автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Разработка борштанг с корпусами из композиционных материалов на основе бетона с повышенными демпфирующими свойствами

Тульский государственный университет

Ъ .1 ■ . ■ ; ' ■

. . На прапях^к^писн

. с^/0

Денисона Полина Павловна

1’ЛЧРЛБОТКЛ КОРШТЛНГ С КОРПУСАМИ И ) КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛО» ИЛ ОСНОВЕ ККТОНА С ПОПИШЁННЫМИ ДКМН«!*ИИУ10ШИМИ СВОЙСТВАМИ

Специальность 05.03.01 - Процессы механической и физико-техиической . обработки, станки и инструмент

Л Н ГО РЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Работа выполнена на кафедре "Инженерная графика и дизайн" Тульского государственного университета, . . ' . ■

Научный руководитель . . . . доктор технических наук>

профессор-Васин С. А.

. доктор технических наук, профессор Верещака А. С.

кандидат технических наук . Моисеев Е.Ф.

ПО «Тульский.комбайковый завод»-

Защита диссертации состоится "8" октября 1999 г. в ]1 часов во 2 учебном корпусе, аул 104 на заседании диссертационного'совета К 063.47.0i Тульского государственного университета (300600, г. Тула, пр. Ленина, 92). . • '

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тульского государственного • университета. ' • . ' . - '

Автореферат разослан "7" сентября 1999г,

Ученый секретарь диссертационного совета к. т.н., доцент

Официальные оппоненты:

Ведущее предприятие

Кбг>г.5-125.

К6$2.5-5нг-ог,о

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Акгуаіііліосіь rcsibL IІронесс расгачинания ннлястея олним иі расиро-

f і рапсі 11 п.іх и сложных » современном м;іііппніс грон іс іі.ппм нрс,іпн;пс nie 1’асючные операции иеполыуиисн і.ін у іч- тчеінія дидмеїрон опіерсіин. а 'іак'же ;пя окончаіечмюнчк обработки после сііер.-нлшя, шымшшки її.ні оі-чинки. Наружный лпамеїр н ч.тнна боршіанпі определяются ікси іуаіацнон-ilU.Mil іребоїіапиячи, г. е. раїмер.іми рас іачішаемого о і поре і ии, іак как нріі рнсіочке' iiv'pi 11 Гпті гп должна »Холить іі іцнсрспіе,.1іем меньше- днамцф раеіа-чніиомоіо оі персі ня, і i-м ичи.тс до і:ьсн бы п. корпус боршіажи и іш*е се Mut. ІК.ОСІ і... Ü процессе рас іачинании ні ношение длины поринані п к дн.імеїру мо'.і.еі оми. ооліаііим. І? мом е.іучлс, ітиму ші іксії жесткое ш. а соотвегстиеи-ііо, її ниброустйчиьоаи ппеірумі-Чіїї», обрабоїка опіеренні оіііосиієіи.ііо большой проіяжеиііисиі-сиїїриии'.клпі,'!!.» шіпрапнчми. Наряду і: ма.тіі аєсім>-¿тью, борлшщіи Имеют сравніт-лі.но діпкне демпфирующие характеристики. DlO ДОІШ.НИІТС'ПЛНІ еннж-яет-угккЙИИЬОк11> Процесій Ріпаїшя, ТЯК ;-'ИК рржуиіі»« кромка инструмента сонершаеі ін.ісокоч.ієготііьч' і'ол*>'П!нія пгносии*чын» иб-рабагьніаемоіі noisepxiiocni, которые недуг к ее иніенсіиіному інітсу, снижению качесіїш и пронкіолительНосін обработки. /{ля перехода н іону растачивания с' допустимыми амплитудами колебании борштанги приходится рабо-

• тать на пониженных режимах резания или увеличивать число проходов. Следовательно, при растачнмшш ннстру.мент является Наиболее слабым чпеиом технологической системы, н полгіосшо избежать вибраций традиционными моголами невозможно ГІопому чаляча повышения »ііброусгоіічніїосги пронесе» ¡чмчиии. ари расгачітаніпі. ил_ основе использования композиционных Mi'H'pii.VHiB я корпусах ш>рші.і>іг, которые ¡іоіво'ім«ч стлан, их иьи.«К*'Л,'МП-фнрукшше коне і ру міни. лпляеіся як-1 уа.іьнон.

Спиіь рабріі,і е научными проїрамчами. Диссертация выполнялась и со півеїсіиии с мокнуіовскими ноучно-іехническимії программами «Механика, машпноне.тенне и процессы управления» и «Высокие гехнолої ин высшей школы»), исследованиями но хо ш‘ісіиенн'>'>\ д<н опору <•! Іош.шіение ннПро усюичиностн процесса юнкого растачивания на основе применения компот юн п корпусах борштанг».

1 Іель и задачи исследовании. Цепь работы сосюит и повышении эффективноеГИ процесса растачивания на основе разработки и оценки конструкции борштанги, реаліпуюшеіі принцип демпфирования колебаний в ре-іультате использования комношшюнных материален С нЫсокичи дисгппптнр-ными сноііс і нами при ткиовтении ее корпуса. ■

Поставленная цель определила основные задачи рабош: .

1. Разработка нового композиционного материала на основе шлакомаг-незиалыюто бетона, Пригодного для использования в корпусах бор’ штанг. ' ' , ,

2. Кнрлбшка маи-матпческоп.модели оценки влияния демпфирующих cumie i и маюрн.па корпуса борнпашн 'на ее нпброус.тончиность.

. V 'Хснернметальные исследований динамических параметров'бор-нпаш с кортсачп н t компоншиоипого материала на основе шлако-ч;н НО man :uil о f'CiolU. ' ■ ’ ■ ■ ■

(. СоП.’.нне метлики проектирования корпусов боршганг из комнозп-нн<>' ¡ ¡ 11,1 ч ч.иериадон па основешлакомагнезнального бсчопа. .

5 |»ц||моои.а конструкции борштлнг с корпусами иi комткгиштлтого ч,нерпа м на оЫоне шллкочш и'енттьпых бетонов. . •

<>. I'' !p,M)(>l(.il U'MIO 1Ш im Н Н ОНЖК'НИЧ корпусов из композиционных чак-рна юн на основе шлакогип незналыкн.о бетона. ' 1 .

Mein и.г necio,(Овация, ieopciн'ческие исследования .проводились ка ос-ногс ч-.1 iLMaiH-Ri.мч о- лнализ<«,. метла конечных ра тост di, tiporраммирхшл-пи:1. п i Hiii|v¡baiiii!i .н.снернмсц'тв. Окспернменшл.ьиыг исследования пынол-I! нцкч. е и. пользованием современных прибором и методов измерений: ,

ЛпИ'р.».ппипыек ' .

I. шдлкомагнешальнмп композиционный материал для

'.nrn.Hi'B борнпанг, на который получен патент РФ 21 I40H7, нл. С 04 ' (J </ о«, •. ■ ■ .

- 2. Уравненн.т рецессии, уианлвлнваюшйе зависимость пределов проч-

мос i и на Hiido н с;ка rile шллкомаспсзпалыюги.бегснш от его акт им.

Ч. М.ИеМЛП'ЛесКЛН) модель опенкй В11ИНИИЯ демпфирующих СНРПСТ!) материала wpnyi а ‘З^рииаи' » на ее впброусгОН'птостЬ. ' ■ ,

4. Конструкции б'||Ш1кчп' с корпусами нз компотшмпшго материала . на основе шлакомт щипальных бетонпв'. . ' .

Инженерную меЮднку проектирования корпусов борнпанг-йч.комгю-■nitimi'HHMV мапгрпало» на основешлакомагнезнальною бетона, .

Н.г./мыл новизна: l’aip/Coian шлакочагпетнальнып композиционный mü-•■'P':-! i л iü Kupuu-oH (¡opijmmr. Получены урзши-ция регрессий и построены homi'iрампы. \c.ianaoлшйиошие зависимпап прочности на mino н сжатие от нр.иг.тиною содержания компонешов. Разработана1 магематическал модель otichmi влияния демпфирующих .свойств материала корпуса боршташй на ее ib;r>pojcToÍ',4Himctb, которая позволяет.установить массу наконечника и его м.иернал, при югорых обесисчнваегся мИнишлмшП рапш'кчяебяиии. " Практическая ценность: . ■ ■ ' ' .

1 Повышена эффективность Процесса, растачивания путем pnjpnóожи бор-

ти ганг с корпусами, из композита на основе тилакочашезнЛлЫюго тчона, i'Mtwiiicio повышенные диссипативные спойствя. • .. •

2 Pü'p.TñoiüH'.i и рсп<имонапо в виде пакета нротримм для персонального комг

m-iotcpü математическое обеспечение расчета режима кпезаплен) .ран ру-и ■ пня <!1'рштли и. . ■ . ' . • ■ .

3 Сыд;шп п.н.1 сн-. ри:м MrrtvñiKa проспиропвНия корцусон oopiiTi aisr из ком-покнш'лт' ц.-'м.нериачо!» на. оснопе лплаьома! не шальною беюии, •

4. Разработаны и я проб правами оригинальные конструкции корпусов бор-нпанг, изготовленные, из нового композиционного материма.

Реализаций результатов работы заключается и проведении лабораторно производственных испытатш конструкции- боршшщ с корпусами in композиционных материалов на основе бегона, ' “

. Апрооация пабочы, Основные положения н речультшы раСкчы были доложены на ежегодных научнй-техннчееких конференциях -ТулГУ с 1.99/-.1940 гг.,, а также в 1997 г. в Туле на Международной юбилейной конференции “Прогрессивные .методы проектирования технологических процессов, Meiaji-лорежуших ’ станков и ннсгрумеМтов’У'И- 199.7 г. и Курске на V научпо-гехннческои конференции с международным участием "Май-риалы и упрочняющие le.xHOJiobni - 97. И 199,7.. а Набережных Челках па Международно:! научно-технической конференции «Механика машиностроения - ММ -97»:

• 'Публикации. lio -iоме rtiic.icpt лит'ипубл!11'ппп!1о 6 pnóo-r.

Структура и- nói.e.vi раПоШ. Диссертация состой*- и< никиашя, чи глав, заключения, списка использованных источников из 105 наименовании п приложений на 6 страницах. Papota содержит 146 стр. машинописного текста п том числе 34 рисунка ц ¡ ( таблиц. ' . '•

, • ' . ' Основное содержание'работы •

. Во ипедешп! обоснована актуальность темы, и сформулированы

гч'н.шиые положения, (наносимые на защиту . .

Н ¡lepIlDlí j'.HlMf ni.:полпен aiM'IHV ЧСТОЛОН ni!uliu'n.;IHii ТЯ^рЗуСТОНЧ!!“«»-

счп йоркпат .-

Мерчпришия, снижающие уровень иибрг.иии и повышающие .цтлчиче-сми' \ri|uii.-repncitiKTi борнпаши, можно обьединть в два направления:

Í ) р.чн.' im'.niee улуптпь ее КЧЧ1Сipy к¡ палые ппрл'ичры;

2 i <;:■(* кн ьрапиношее рлымие .ikihhi ieôanini т-рнплнчсп.-ого пч.чене-

:иг: чаенмы вр'нпепия в процессе размачивания ( i i} ’ и паю.п. юнаннн liea.v, пенчаю p:i улнруе.чых приводов нр.ашешг! н;нпнде.1'1 ).

1:еа шыция jroio направления не нызыв.к-i сог.шеннй, ночтчу боче; чем риино в paüuiç расс.м01реи.ы.иоаможн1.]е кучи осуществления перико направления. , ' . . ' '

Д-1« снижения уровня вибраций ¡!¡'.¡t «apaqv с. известными

з. 1'1.ч:оп,чм11. предла! асчея применяй борппай! н с кысокпми дисснпапншычн свойствами, которые достигиктя при иенолмовашш в к-'Честве материала л ni -изготовления их корпусов композитов на.основе бетона, обладающих высокой демпфирующей способностью. . - ' .

■ h..„^Te í- те.и нщестно. что моменг, изгибающий борштангу, линейно

\!;i- [»‘пишется но направлению к месту ее ?аделки. Но пому, с точки ¡peim-сбсепечения высокой -жесткости борштанги, особое пни,мание при проектировании саелует улгтпть ткесткосТи на нчгиб (HJ) корневого ушат, ¡a¡. как ~‘:е

с і кскть остальной консольно/! части борштанги менее важна. В случае 5ор-шкшги, полностью изготовленной и.1 композита на основе бетона, данное положение не. выдерживается,..и область сс применения ограничивается чистовым и топким расіачимапнем. Дія расширения области использования предла-іаеіся осуществить оптимизацию конструкции на основе создания борштанги со сборным корпусом, состоящим из металлической оболочки,'заполненной компоштом на оснопс бетона. При ном достигается необходимая жесткость корисного сечения и уменьшается эквивалентная масса борштанги, приведенная к ее свободному концу, что обеспечивает повышение собственной частоты, благої верно влияющее па ві.іброусіончиность процесса растачивания: Очевидно, такая борштанга создает условия lie только для снижения Вибрации ввиду использования а конструкции композита, с высокими диссипативными свойствами п увеличения основной собственной Частоті) колебаний, Но и для расширения обдастн ее применения. • . ! . ' . . ■ • .''

Таким образом, пріїмсненіїе композитов в борштангах позволит не только повысить виброустойчнвость процесса растачивания и снизить стоимость инструмента, но также улучшигь качество обработки.-. . '

. 11а основе проверенного анализа сформулирован^ цель работы и определены задачи исследования. ' ■ . ... , • ... ■

Но щоііоіі главе- проанализированы существующие Композиционные материалы на основе шлакощелочных и щлакомагнезиальных бетонов, и сделан. вывод о возможности их применения в корпусах борШта-нг. Несмотря на достоинства этих материалов, они имеют ряд Недостатков, в частности, обладают сравнительно низкими прочностью при изгибе, и адгезией с поверхно- . стыо металла. ' . ‘ ."... . ' - ■ .

Для изготовления корпусов борштанг был. разработан состав шлакомаг- • иезиальпого (безклинкерного) дисперсію-волокнисто го бетона с Повышенными прочностью при изгибе и адгезией с поверхностью металла (нреймущест- ' пенно стальной) ири одновременном обеспечении.предела прочности прн.сжа.-' ІИИ (не менее 100 МПа), то їсть без его снижения .по отношению к ранее разработанным составам я сохранении безусадочного эффекта при твердении. В качестве матрицы и объекта дли исследования был Тіржіят состав дисперсно* армированного шлакомагнезиальиого бетона, но С частичным изменением качественного и количественно!-» состава. ГТри 3TdMчи состава исключается дефицитная и дорогостоящая паливщшлацетатная эмульсия и гашеная известь..

В месте с тем упростилась технология изготовления разработанного бетона. Матрицей является бетон, содержащий, каустический .магнезит, тонкомолотый основной доменный гранулированный шлак.ti железосодержащие отходы до. матого производства с использованием в качестве , затворителя сухой' смеси . . водного раствора бишофита плотностью 1,3 ¡/см3 без предварительного его подогрева долемпературы ,70-100 °С. Роль -волокнисто-армируЮщих материи- . лон выполняли базальтовые, асбестовые и муллцтто-кремнезсмистые волокна.- '

. Сопоставит.елъиый а'иалІП ошияаяі.нріі сосіацов комікпішиошіьіх ма-геричлов і»оккад, чґр шнЦучишм. лрн всех равных .уі'лсійпяк дозирования н гехнолопш пїттилеїшя.'окаЗшшн шлактЬіГіїе'ііі^і’ьііьіГГ'беіоіі, армированный мул,ЇМі<г-крсмпе)еміісіі.іми волокнами.- - , '

І\і ;|кн1(ііашц.іП новий .сосіаV иілакчмщш-пшііїшго оеюиа (шгснг ï*«l> 211-І087', кл. Г Ô4-B. 3?/О579/0О'с 11Ю8;) по СіН/иМ свшісівам лучшс всею нодхо-. дні и і я п п.оіон.іенпя йоршілш'. В процессе изучения нового ма їериала опре -дедсрч. р! «> іііки-ме\аішческнс свойства .(R„, = 30-32 Ml la, - 110 - 122 МПії 'уіісні.Ішс усилие при отрыве отчюверхіїости стали '2,6-3,34 МПа), которые превосходя! снойсіиа іпвес.іньїх аналогов. 1 Іредлагаемьш сосіав в сравнении і fipujuuiuüM имекі. li искодоріл; ^'чмияо-^оноь^и'.гескне нреимушеегва:

1 ) "Жоноч'пГся расход дорогое иілшеї о бШпофита на 2,З-ft.ТВ %; что і:ом Ui*ii«.i;pji‘t іаірліи на мудліпо-крсміїезсміїеіук» іігпу.

¿J Предельное кчличесціч каусіпчосиоГи ¡aanieiiifa.u ¿ияа,|аемой смеси 27 %,'а в составе гіррісті'ипа 30.%, iq есть в среднем'иилучаїотся'одииа-¡.¿бСіс jatpîitn.iin дпцйпПът^Понепт - •

■ , ,i) І.оОеспліиосїь иредлаї аемиїї смеси, tintcooiioit • ,>іиснічнії ¡аменіїїі.

с'иїль'вкожірумїііч'; инструмент», на 80-85% ниже ее сіоимости. " '

Для днеиерсио-лрчщрщипиых коміниинш па основе шлаксмагнетпалі.-иою tieioiia исслс.іоь.і і.к_ь кн.не.іикд роста прочности. (скороСіь шердення). .Аііалігі характера ».ривой (рис.!) іі'оказьі'Віїеі, чн> t-aStï.iii высокий іеміі.роста . пр.очт>сііГ(скорйсіи иіердатч) Наб.подается в первые 28 сурж,'далее в течение-2-го i.j 3-го месяцев', скорое)!,' тнорлсішя замедляемся^ я затем (через год терпения) процесс імбораїпрочікісіи чксиоиенциальпо прийлписаегся К неко--и>1>.'ку мпм'НАїіїлі.ші.у. .iiia4cuut^.i;p04liuciu киішазита, ..ПрИче;.!. т.і рдплнл-.11 „і 11 мсі ічісь інер'їсипн прочное ri» > нсличнласі. ио.отношению к прочі.с.спі, Лік і пі .іс.мі-іі 4c|.v;- I'd суі ні. се лес і тчи un о і нердення, nil 14.7.S Ml la

Ср.г.ме іию, ом ні ироиелСіи.і «цсчелоиаші» №(іміііія-і'емнерд'їурм на сні і'.'. 11. > .ічііі.і.і.іііия пі, іісріліо-:ір\іирив.ішш\ композитов на основ..' ппіамімаї її’.1 їїи імю ôcibn.i І- лы (ill HU) in jiCiV.ii.i.n'L'ii испытаний, принеленнпч в іЕісі■:

І 11 рі і тс -. прочих ¡милых ) с:кі:;іі.'('. сроки и іч.иіа и кїмшз сх їм і М!:;ліиіі меню і.іШііі піні (і II ті и л с сої ким і.іинслі .4 ¡счпер.ііурн

. ". ■ . . Гаплика І

і. і пік іімщ. 11, іц-іли схилі ь/іинїі* і) і темпера іурм дненерсно-армировлинои»

•• -. • MiMlIttllHrt па основе. -¡ИЛаКОМаНіЄІН<ІЛЬ1ЮХО UCTCUU .

і p..Ml . 15"С 2 ОС ' '5 Гг С Ю0"С 15(ГГ

1 .j. J і I i Л ,1:11)1

Начало. 5.112 2Ш/. ' 180 ' 45 ' •' 15

Гонец - 3.744 3400 2 5-Й ' ■ ; 60 .. . 30

100 . '. ІОО. ' ■ ЗАО

hГАЛОПІ«ЦрДІМИЯ сути •

,-'. Г’ііс.І . Кинетика наґміра прочности компріНГов.

Композиция,’формируемая методом лигья, имеет при нагревании малые сроки схватывания її, наоборііг, высокую-жизнеспособность tipil нормальных"' . условиях: Эго позволяет с одной стороны увеличить' оборачиваемость форм за счет подогрева'смеси, а. с друюн фітрмовать Изделия сложной конфигурации при обычных комнатных условиях бе» опасения схватывания этой смесії. . .

’ Таким.обратом,-пропече схватывания и тверлення’ріпрабопшітй компо-ЗИЦПИ речулнруетея и зменением температур. Такая kÓ МІКИ fl Н И Я. Я fU Я.Є ТС Я ’встЬ-матехііологнчНой. .. . : . "' .'

fía основе применешіа метода Математического планирования зкепери-мента-установлены уравнения. регрессий для определен^* иПтй'мадьнЫх вели-: чиіг прочности на. йзгнб й сжатие .в Зависимости ої Состава шлаколіагнезиаііь-ных бетонов* армированных муллиїо-кремнеземйстьімн волокнами: ■ ■

Y, (Н;„) - 30,27 Т0.244Х, -<>.45(УХ:>и,48Х5 (0,1<бХаХІ- • 3>М.ХД, ♦ . '

. +0,056Х2ХіХ4 - 0,069 X2X5X5 - Q,031XJX4X5 + Ó,Í19.'X¿X4X, ; (1) ■

Y2(RC*) = 100,94 + 5,675Х| +5,4'5Xj-l2185XjX, -.24,2 Х,Х., -24,2 Х,ХГ> .

. ' 21,87 XjX, -2,29 Xj X.XV .• ‘ . •• ' ■ . '• ' •• (2) ’

В результате- обработки'з'кспер.ймеігшьмідх данных .н проверки-мате- , магических моделей на адекватность .строятся номограммы зависимостей прочностей на сжатие и йзриб от состава. композиционных Материалов, на ос- . нобе ці лакомагнезиальных бетонов. Для построения номограмм бы ли. написаны программы для-ПЭВМ, которые позволяют выполнить необходимые расчеты для определения искомых функций. На'полученные. номограммах запи-симостей предела Нрочностй на изгиб (рнс.2) и предела прочности' на сжатие (рис.З) шлакимагнезішьного бетбнп от его состава, включающего пять ком-

п6иентов.(пяіь факторов), показаны зоны оптимальных составов композити,

рекомендуемих'Для использования п корпусах режущих инструментов.

^ие. 3. Номограмма зависимости прочности на сжагий ШМ1> оі его состава

Трсіьн і лап а посвящена исследованием гшброустоґічнноеіи боршппп і: корпусами іп К'омпозицношшх маїериалоп на оспопе шлакомаї незнании їх бетонов/ " •" ‘ ' . ' ; ' ' •••-.• '

Разработана математическая модель опекки влияния демпфирующих сиоиетн материала'корпуса. борштанги на ео виброустоПчивость. Конструкция бгірпп'аі'тт •прелстаожіт 'как одггомсрпий сбібігг - бика Длттй І, защк.пси-ная в основании и несущая массу т, сосредоточенную на расстоянии (1 от .реформируемого тела балки (рис.4). .

Рис. 4. Расчетная схема конструкция’борштанги

Точка А, в, которой прикладывается нагрузка И определяется Перемещение, возникающее в процессе растачивания, сориентирована относительно конструкции борштангИ посредством параметров л,/>, с. (рис.4). .

Полагаем материал балки фойхтовскнм. В нем характеристики напряженно-демпфированного состояния связаны соотношением: • ’ . • • . .

■ • ■ ■ Зе ■ :

: ■ д=Е{е+у~)-, ' • ’ (3)

. : ¿1: ■ \

где д - продольное' напряжение;^ - продольная -Деформация; Б - мгновенный модуль; ¡1 - параметр вязкост») среды; бремя. • •

Удачное уравнение изгибных движений для-бдлкн. из'фойхтовского ма-=

■ гериала было предложено II. ДавиденковиМ.’ ¡¡ простейшем случае, Когда параметры внутреннего затухания можно считать независящими от амплитуды ■ колебаний, динамическое уравнение функций прогиба .н(х, ■() записывается . 1 ак: ’ ■ ■ ■

гг?4и>

¿2н-

Ег *рГ

¿кА а

71 ^5,Г

■Р1

д^\\'

агаг

= F(x,0> (4)

где / - момент инерции сечения 01 носи гелию оси у;/’ - плотность мам-риала; /-Ух, I) - распределенная вынуждающая сила.

В результате преобразопашш математическая модель представлена ю вокутшисшо разрешающего уравнения (5) и условий (6), (7). (8). которые со стцвляют начальную краевую задачу математической физики:

,-Т

, С Н’

8£Г

+ 5

■,г72н-

а

+ М

сЩ4

ЕІ

м, 0.

с?2іу сІ <9\>

а-Уі'д?.

с __

= м.

1 ЕІ

Ус

(?)

(6)

(і ду\\' ЕІ а1 і гха2~-т1ъ д£.

¿г: {=()

(7)

(8)

Для решения краевой задачи выбрана явная схема метола конечных р.іі посте».. Составлен алгоритм расчета режима внезапного раиружения (рис. 5), и написананрограмма для ПЭВМ, а также выполнен иллюстратвнын пример расчета рибрОусіойчивости боршиішті, который, пока мл следующее:

І)для иовьіШешія эффектипност демпфирования и снижения шероховатое ці інТрабоїшшой поверхности рекомендуется подбирай, дл ■ трпуг ; борштанг материал с высоким значением коэффнцнечма вгнкцсш;

. 2) необходимо снйжатї, до міінпмума массу головки боршіаши, исіи;л„

• зуА для ее изготовления сплави алюминия вместо стали.

Полагаем Х=У=2=0

Назначаем узловые значения функции прогиба дли слоев ]=0;1 в соответствии с

Меняя к—2, К-2, вычисляем узловые значения функции прогиба для ноаого слоя )+1 в соотвётствии.с

* = 2ц1 - и. аЧ •

*■' *•' ■ ае4- 4„1, ' '

считая опорным вкачала слой ]=1 ' ■

'*гт*яг*"**щктуя>. мишшгшй

Вычисляем для \~2 значения К-1.К)'

в соответствии с выражениями^,! -£>1^1

а!,2 ' ' ‘4% . ' л^. ' -

Вычисляем перемещение в точке А на оснцбаиии выражения - . , V \ -

' ‘ дх х=1

(наблюдаемое движение) '

Переходим к слою )=3, назначая в качестве опорного слой \-2 . ' •

Рис. 5. Алгоритм расчета режима в/гезапного разгружения

. Для определения, собственны*' частот И логарифмического декремента колебании боршганги с корпусом mi комлошшюнного материала на основе шЛакомагнеталый,1ч Истомой исшпг.товплся метод ударного позбужленця с последующей обработкой сипшлоп силы удара и виброускорений на дкухка-на.тмнш ( пемро.тализаторе. пришли! денетня которою базируется на one рлшш fii к. ipoio ¡цк'опряюничия Фурье. Уляр обесчечпппа »'’»бужденис КОЛС-бэннй R широкой полосе Miier'o'r.

. ' )ксмеримен|Ы проводились с помошмо ус 1 японки, показанной на рис. 6

У'ЇПрШІЙ Mo Kni'h ÎC07

------гз—t,і, ,д.

Рис. 6. Схема нагружения борштанги и измерения ее

собственных частот колебаний

Корпус 1 бор^данги закрепляется в резцедержателе 2 токарного станка 16К20 двумя болтами, момент, затяжки которых контролировался динамометрическим клнпчЬм. На конце Чрйсолытго.цилиндрического участка корпуса

борштати с нижней стороны обрашвынадась плоская Поверхность, к которой приклеивался ре.тьбоиоП элемент для крепдешй кубика, имеющего размеры 10x1(5x10 мм и несущего' два легких акселерометра 3,4 тина ^37i (мяссй

ni—0,65 i ). Резьбовой злемеит и кубик изготавливались из iniatia. ü результат общая масса акселерометров тнна 4374 и узла их .крепления была намного меньше массы крнсольций части корпуса брршпщги и jje Могла окадываг». су-, шественного влияния на величину ишеряемои со6етвеП|к»й частоты колебаний. . . • ' • ‘ '

Ь качестве средств-измерения неподьзовалеч комплект аппаратуры фирмы Крюпь и Кьер'(Дйпня), вмючавшцй’ и себя удлрццй молоток типа 8202 с встроенным датчиком силы модели Ь2GU (чувстьнтеликкг.ь I • m.V/N),. пызю-. «лектрнческий акселерометр пни -И74 (ч) иезвн/ельноегь 0,309 inV/мс, частотный дианаюц измерении m' 1 до 2(> Ми), портативный измерительный магнитофон модели 70Ú7. ■ • '

'iaieM записи сзНналов, предсивлиншшх входное nuiNiyui.eiuje и ускорение на выходе, обрабаилвались с помощыо двухканальногб, снектроцнал1Наго- ■ ра модели 2034. Ц рег.дыарс на »кране cneKipoaiía'iniáiopa.получались.временные и чае10шые..характсрнспн.п, которые после маенпабйронашш регистрировались На листа* бумаки етшсыриш) оформата посредством графичгско-го шюперл модели 7550 фирмы I IcwIcu i’^icKaid Го.чСШЛ). . • ■ ■

Опиеьтаинся. методы 'женерилипгильршо сшределешы собственных часни пзпюныч колебаний и аемпфпрчощей Сзшсобпостн'корпуса боршган-1и ' ' ' '•

I 1сслсдоьин' \apaKivp п imcticihbi ui (ы резания при обрабЫке борппан-1 olí с корпусом пз ko*.Uioiuíu И peí) nb.'alc сраыпшакпся СПлы. резания, депс i -uyuuiHie а условиях точения ni» ij¡s мен ими с корпусами из с Гали'и комнозша на основе бекны. (.’лед) и I ошсипь, что процесс изменения силы рцлшнн но-í ni случайный хараыер саки и.шом, iмк п в другом, случае. IViua* колебаний динамической С01'1авЛ1!ИНЦС1( СИДЫ peWHHX ИПчМрз МСШОМ с ьо.риусим п> композит н 1,6 paia npcBi.iuiaci аналш.П'шую сое1авляк»цуи> ири.нсподькшлнип сдалымГо корпуса. Однако, жесткость па изшб <KJ) инструмента с корпусим из композит в 4 pa¡a меньше,' чем для счальшно корпуса. .0 услсишкх рае-смацишаемого зкеиернмеша онюешельно небольшая рпппща.в pair.waK колебании динамической составляющей силы реЗашш при (Очешш мгъьег бьпь обьяСНСНЛ более ВЫСОКОЙ Демнфиру ¡OIHÜÍÍ способное |ЬК) (HICipyflCllIOB с кор-nj сами н i компот i.oh на оси lueóeioiia ' . . :

( 'ледоыпелыю, исцолезоыппе. компошюв на.основе ñeioim для изю-твлення корпусов борны-агп «ьляеи'я простым, надежным li- эффекшыилм сретспюм стабилизации пропела рас. (ачшышя. . .

В чс ir.nnuii главу описани конструкции борипапг с корпусами n¡ ком-HoiniiiíoHuoi'o.Maiepiw.Tá на ослопе шчамшгн не niaat hoi обегона н инженерная m-юдик'а проеклировання iu корпусов.

На рпс. 7 проведена л.Чпс’римсзнальпая к0-нс1рукниь борпн.инги. корпус I мнорий ВЫПО'ШСН ИЗ ЛИ IOI ,► (знаки .1 U незиаиыю! О бскни . •• ' •

Рисі 7. Конструкция экспериментальной борштанги с корпусом из

■ , ■ ■ шлакомагнезиального бетона . .

Наконечник 2 и соединительные элементы изготовлены из стали.'Для крепления наконечника использовались винты 3 и гайки 4, которые находятся внутри литого корпуса. Наконечник служит’для базирования твердосплавной режущей пластины 5. Данная пластина имеет трехгранную 'форму и закрепляется я п.'сіде йакопепгтм посредством ггрпхпята 6 іг тгггта, Следует отметить, что наконечник может быть выполнен не только из стали, но и силумина Корипаша, содержания корпус из комиошционнога материала и наконечник пі стали, прошла лабораторные испытания. Преимуществом данной коне і рук НИИ явлненя оптимальпог сочеіапне демпфирующей способности с лопаточной жесткостью П [СМЮ.Т01 ИЧПОС1ЫО. '

Для обеспечения требуемой точности растачивание обычно пронзн'>:ш за несколько проходов, что снижает производительность. С целью сокращения времешг, связанного с многопроходной' обработкой, на борштангах обычно устанавливают по лва резня. На рис.8 представлена экспериментальная со ставная борштанга для обрпбоі-кй отверстия диаметром 80 мм и длиной не бо-

1 Ж) м*«. ■ ■

В металлическим корпус I помещена огтиюя из комнощпчонншо мл1’ риала »ставка 2. Резед 4 ;г>я чсрт>»оГі обрабоїко закрепляется іігм-}и>!нлч<>-< зажимного винта 6. Резец 5 для чистовой обработки устанавливается п отверстие вставки ’ 2 н закрепляется винтами 8, 10. В связи с тем-, что резцы усгаиав-ливаюгея'низвнеимо один от другого, прогиб корпуса 1, обусловленный сн лои резания первого реща, не влияет на про; но вставки 2.

Ряс. 8. Конструкция сборной борштанги '

Рабочие чертежи предлагаемой конструкции борштанги также приведены вприложении. . ' . .

Данные конструкции боршташ являются перспективными не .только для инструментального производства. Они так же позволяют утилизировать отхо,-лы металлуртчсских предприятий путем их использования для приготовления компочиционных. Корпуса таких борштанг■■можно, изготовить литьем или виб-ропрессопиннем. . .

Ртработанпая конструкция борштанги включает в себя корпус, состоя- . шин 1ы композита на основе бетона и йаконечник из металла (стали, ¿плана алюминия и т. д.), предназначенный, для крепления режущей пластины. Поэтому для обеспечения высоких динамических характеристик борштанги при проектировании необходимо реши п. две задачи: .

1) выбрать состав композита, при котором обеспечиваются требуемая прочное п> ее корпуса и относительно Невысокая стоимость; ■

2) установить, используя математическую модель, материал наконечника, при

ко юром обеспечивается наибольшее демпфирование, колебаний ее консольной части. . ■ . '

Следует отмстить, что проектирование борштанг с корпусами из композита

на основе бетона осуществляется с учетом силы резания, которая зависит от выбранных режимов резания. Рассмотрим методику проектирования боршта/н с корпусом из компоша и наконечником: . ". ■■

1. Назначаем режимы резания применительно к конкретным условиям обработки. Здгсь же, на основе схемы наладки, решается вопрос о длине консольной чао и борпнаиги и диаметре поперечного сечения ее бетонного корпусе.

Принятые режими резания позволяют установить составляющие силы резания

I’.., 1\ и 1\.

• 2. Нычтлнем необходимое доиусіимое напряжение магерня,(іі корпуса

борштанги на изгиб: . ____________ ________

іде 1\ - ».ила рсчанни.І - нилсі оорпііані її; |R„„] т допусшмое напросіте на її <i їм ml1 о.-пиала ь‘Ори\ ca fu inш, ані и. МПа. ,! ■ лмчмімр к< .печами и ■ і.»» і и кор ТІ \ СІ* мир,II UH и и

Определяем требуемое допустимое напряжение па сжатие чаїернапа корн> еа'бчр.Шаши: ■ '•

тле I’j - радиадыЧал состапляюгцля силы резания при растттншнтп отиерстіп:. F - птотадь поперечною сечеіпіч консольной части корпуса ííopin они м.

4. Для выбора состана маїериата корпуса поринаній осуществим пер:

I ¡C К,.,,. , - Предел III ЮС Н.ЫрЧЛ МІНІ', при V I o¡ чм 1'рчц., il HU I ! J ". ■ ' I ' чч.-;

и • «ewiinia wiiJca прочноеш < м.'!' р.ми.-.і:» v иер'.-а.т-ч» ;i - ■ ! e )

Дч* iiÇiixiic’iiimiH ipeñyiíMoii ¡ijwmucnt материли» корт ca íí«>piчіптч ip

н ! і H ft її ела ї не oc\ iiíc" і иі'ч’ч ім'ач'р і > ¡ чім ч^ ч . ; і і ч мч - ■• м , ч " ! ~ -1 і г ■■ 1

і нг h а c.hvijкчцеіі ііі'с.тс.і. iii.iie.li.їм’, іч.

Цыбнрагм ;н;с - ірії точки на »тчоїраіимач ipoc. \ |n*t:J) miyipii ч< «■<>-

ДЧСГП, ОчрхіОВЗІШОІІ ПІ'рССі'Ч'ЧИИІІМ крнін.і'і, О'рчч.аюрн'ч Р’-МІЧІН"" HT Прп’И'-к ;,ч. і'ґі'стпго in гніти комнонеи'пч, pvorntlim-x ц KtiMiiiuiiT. ч mipo.iciihCM с'ммпгг i-nv:riiiiic mi сос.нты. 'buti иычпе іі-'ч продеты г. ■r > ■ i • i • ч ю ¡v ;¡"¡;4 o ■ • .< >

v¡ 'i Инн .».'и'.' i H'í i i!,,,, ,II ¡< ,r„,,,. < en-1 ".¡.i. ;i ¡'i i, 11, i’jii.i s i'i ■ ¡ • пі.;" i. ■> v. (>

(1 °)

хоч or nijiivi: і її мі.ix noHpüvi.cinifi на ції пГ иЧ<*.чіК » r>X нр,'”г'’п.п'-!'.г •»пг.’г.-піг Я-i '

( ІІіКіч.і

IK

К|||>сл Htl ” ^ И ^ И|‘С.Ч L* — ^ UpCtC*

могут ОЫТ1. НСПОЛЬЗШИИЫ дли нзгоювдения корпусов боршзанг.

Здесь R" и R" „рг1С* - предельные напряжения соотнетсщешю на ini иб и ежаше, установленные по номограммам для выбранных точек.

Н противном случае ныбнраегся ;)py/'oii состав композита или снижаюi • ся режимы резания. .

При этом в качестве состава композита дня получения корпусов бор-ипанг принимается тог из них, который Наряду с требуемой предельной прочностью имеет наименьшую стнмоеть.

Стоимость композита определяется из выражения: .

Qwurf-i mi К'г т> К!) in, -tCi mi -*С} in5 -+ min, (12)

где (Д. Сг, С(, С.(, С< - стоимость соответственно первого, второго,

' и т.д. компонентой, »ходящих в состав

композита; ' •

пт| ,ni,> . п)), 1H.I, пи - Mihcii соответственно первого, второго,

- и т.д. компонентов, входящих в состав

■ композита '

5. Устанавливаем минимально возможную массу наконечника борштпн-III для обеспечения высокого уровня демпфирования. Это можно'решить, используя дна пути, а именно:

: выбор материала наконечника с меньшей плотностью;

- минимизация массы наконечника на основе его конструктивного .оформления. . . . •

Решение по выбору варианта конструкции наконечника принимается после проведения расчетов с использованием математической модели. .

Разработанная методика позволяет определить конструктивные параметры борштанги и установить на основе технико-экономического анализа рациональный состав композита, из ко юрою изготавливается ее корпус и материа; наконечника mi основе минимизации его массы. . .

Особенность технологии изготовления корпусов борштанг на основ' шлакоматнезиалышго бетона состоит в том, что их можно изготавливать еле дующими способами:

- литьем в формы; ’ .

- вибропрессованием на установке вибрационной УФВ. .. •

Каждый из способов производства,корпусов борщтанг имеет как' поле ;ки тельные, так и отрицательные стороны. Пыбор технологии изготовлёни корпусов боршгапг обусловлен возможностями конкретного производства.

Основные ВЫПО.Ш

Ü результате исследовании решена актуальная научно-техническая ¡ала-ча повышения эффективности процесса растачивания, р »решаемая посредством.разработки борштанг с корпусами из композита на основа бетона, имеющею повышенные диссипативные свойства. '

' !’. ПропеленнЫё исследования покачали, что ратраЗотатшыл комнолши-

рнггый материал ни основе штаком и тчиалытого бетот (nua-ih .Vü 211--Í0R7' РФ, МКл. С04В 35/05, 9/00. Сырьевая т^ормогочная смесь, олуГи 1WX) обладает необходимой. прочИостыр (R„,-24-32 Mita,. Re*"1! 10-120 МГ1а) и может примениться. для 1пгот*в;№Н1'ч корпусов бпДштапг. ..

2. На основе метола математического пл^ифйиатЛ.л DKcncjwMctrm неучены уравнения регрессии и построены номограммы, по»аолыоише установи ib зависимость;пределов прочности на,изгиб и сжатие шлакомагнеиталыюго бетона от его состава.' Для построения номограмм разработаны программы для ПЭВМ. . . .

' 3. Разработанная Математическая.модель оценки влияния демпфирую

щйх свойств материала корпуса борштанги на ее-виброутгойчивость позволяет установить' массу наконечника и его материал, при которых обеспечивается минимальный размах колебаний. При этом установлено что необходимо снижать до минимума .маСсу голдакк бргштзнги; используя для ее изЬоговлеиия с/тланы алюминия вместо стали.

4. Экспериментально 'установлено, что логарифмический декремент кч дебаштй подсистемы инструмента, оснащенного корпусом из композшш'-нно-' го материала, на норя.чЬк иренос.чолнт его течение п обычных порнплигах с корпусом нз Стали. Полученные результаты ло.пттгрдилн ирлпюпожеиис о вы соки* дисстшагивных свойствах борииалг, оспгппепш.м корпусами из компо• зшшошюю мат ериала на основе шл иаэматпезиального бетона.

■ , 5. Разработанная методика просктропатшя борппанг с корпусами ш

композиционных материалов позволяет установить их состав, прочность па сжатие и изгир irá основе технико-экономического анализа. При этом достигаются необходимая прочность корпуса борштанги и ее минимальная себестоимость. ■

. 6!. Разработанные .конструкции борштанг с корпусами из композиционных' материалов ha основе шлдкомаптезиального Сетона обеспечивают пибро-устойчивость процесса растачивания, .

(

Основное сочспяч-анис диссертации отражено и следующих роботахI

1. ВасНн С.А., Мишунина Г.Е., Денисова П.П. Применение нетрадици-

онных литейных композиционных материалов в корпусах режущих инструментов// Международная тех. конф. "Механика машиностроения''; Тез. докл. -Набережные Челны, 1997,- С. 138-139. . ; . ■

2. ВасиН С.А., Мишунина Г.Е., Денисова П.П. . Применение компози-

ционных материалов из отходов производств в корпусах режущих инструмеа-тов// V научно-тех. конф. с междунар. участием "Материалы и упрочняющие технолопш-97": Тез. докл.- Курск, 1997,- С. 28-30. . ■ ' ' ■ ■ ■

3. Мишунина Г.Е., Денисова П.П., Денисов'И.В. Высокопрочные компо-

зиционные материалы из отходов производств для корпусов режущих инструментов // Известия ТулГУ, Серия «Экология и безопасность жизнедеятельности». Вып. 3. ,1097.-с. 340-341 '■ ' ' '' ’

4. Патент 2114087 РФ, МКИ С04В 9/00.Сырьевйя формовочная смесь.

/С.А.Васин, М.И.Горбачева, Г.Г.Мишунина, П.П,Денисова.№ 97107214/03; Заявлено 06.05.97; Опубл. 27.06.98; Бюл. №18.-12 с. •

5. Васин С.А., Мишунина Г.Е., Денисова П!П. Применение нетрадици-

онных литеГшых компонщионпых материалов в корпусах'-режущих инструментов// Международная тех. конф. " Прогр. мет. проектирования технологических проц., металлорежущих станков и инстр": Тез., докл. -Тула, 1997.- С. 147. . ;

6. С.Л. Васин, Г.Е. Мишунина, П.П. Денисова,-Конструкция борштанги с корпусом из композиционного материала на основе отходов производств // Известия ТулГУ. Серия' «Экология и безопасность жизнедеятельности». Вып.

5., 1999.- с. 247-250. ' . ■ .• • ' ' . !

Подписано в полть ?.(>!/. си, Формат бумаги 60x81 1/16. Бумага типограф. -V 2. Офсетная печать. Уел. Псч.л. /, /, Уел. ир.-отт. /, / . Уч.-иад.л. (О Тираж +0 экз. Заказ ^У_-Г , ' ,. '

Тульский государственный уни«£ре*геу. ' 300600, Тула; нросп. Леииыа, 92. Подралделение опсрат намой полш рафии Тульскою государственного унивср-СИ1С1Й. ЗООбиО Тула, ул.Голдина* 151. , ..