автореферат диссертации по строительству, 05.23.08, диссертация на тему:Разработка технологии скоростного-силового шлифования монолитных полов с применением принципиально новых видов плоскошлифовальных машин

центральнш «тно-иссвдоватюгьский и проектяо-экспе^имеятальшй институт оршшзац1ш, механизации .и телнической помощи строительству

• аозг цншомтп

На правах рукописи

аракшн га;альт гурпяювич

разработка технологии скоростного - силового шлифования монолитных полов с применением принципиально новых ввдов шюскошлшювальшх

шин

Специальность 05.23.08 - Технология и срганкзУ ч-

п'рошшлонаого и гг строительства *:

Диссертация в видо научного доклад' на соискание ученой отйпенп кандидата. : технических наук

Моокна 1995

Работа выполнена в Центральном научно-исследовательском 'а цроактно-экспериментальном институте организации, механизации и технической помощи строительству (ЦШИШТИ) Научный руководитель - кандидат технических наук, с.н.о

Б.В.Жаданоаский

Официальные оппоненты

- доктор техничеокис наук, профессор А.А.Афанасьеа

- кандвдат технических наук, с.н.с., Р.А.Каграманов

Ведущая организации - Институт механизированного инструмента

(вгшисми)'

Защита состоится декабря 1995 года на заседании специализированного совета К.033-08-01 в Центральном '

укаучно-исоледовательском к ироектно-зкспериментальном 1.;.',статуте организации, механизации и технической помощи .строительству (ЦНИИОМТИ) по адресу: 127434, Москва, Дмитровское шоссе,д,9

С диссертацией можно ознакомиться в методфонде ЦНШШТ11. Автореферат разослан ¿У ноябре 1995 г.

Учений секретарь специализированного совета, кандидат техн.наук, с.н.с

А.С.Мензурешсо

з

I, Обцая характеристика работы

Настоящая работа являете* обобщением в иаложаииом основных результатов нвучнях исследовали® и практических разработок по созданию новой ресурсосберегающей тчхяологал скоростного - силового шлифования монолитных полой о приуэ-ноциом принципиально новых видов шюскошлифовалышх машин, выполненных автором в течение 1980-1994 г.г. В работе выполнено обобщение и спстеуаткэадия научных исследований опубликованных в статьях, технических ржсиеидадиях, докладах на совещаниях, семинарах, конференциях.

Актуальность выполненных исследований и разработок, основывается на широком применении монолитных конструкций полов (60 шгн.м2) в странах СНГ, снгошще трудоемкости я энергоемкости устройства, которых принесет значительный экономический эффект.

Использование теоретических и практических результатов-исследований при подготовке нормативных документов и отраслевых рекомендаций, определяющих порядок устройства и отделки монолятпих полов, позволяли автору рекомендовать юс в качества основы для дальнейших разработок в этой области. Падью работы является разработка и внедрение в строительную практику научно-обоснованных технологических решении по скоростному (силовому) шлифованию монолитных полог? малинами нового поколения.

Для достижения указанной цели поэтапно решались следующие задачи :

- Лроводояо изучение и обобщенно отечественного г зарубежного опята шлифования монолитных полов ;

- рааработаны шлифовальные машины нового поколения;

- исследованы и Научно - обоснованы режимы процесса шлифования монолитного пола ;

- разработаны и внедрены в производство рекомендации

с -по технологии шлифования монолитных полой , основывающихся

на применении машин нового поколения.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- разработаны научные основы скоростного силового шлифования монолитных покрытий ;

- впервые в практике строительства предложены шлифовальные машины нового поколения, защищенные авторскими свидетельствами ;

- выявлен и разработан методический подход по назначен! рационалышх режимов шлифования полов о учетом физико-механлчесжих свойств обрабатываемого материала и вида шлифовального инструмента ;

Практическая значимость работы состоит в том, что по результатам исследований разработаны и внедрены в производи высокоэффективные шлифовальные машины и предложена методика назначения режимов шлифования монолитных покрытий полов.

Апробация работы. Положения и рекомендации автора с грифом Ыинюгстроя СССР получили одобрение научных работников проектных х научно-исследовательских организаций и строительной общественности. Материалы основных разделов диссертации докладывались автором на конференциях, семинарах, совещаниях.

Результаты работы опубликованы в следующих изданиях.

I» "Временное положение об учаотке налой механизации" г, Москва, типография объединения "Зарубежстрой",

£

2. Технологическая карта "Устройство самоанравнивао^ 1ДЯХСД наливных полов", г. Ставрополь, типография треста "Оргтехстрой".

3. "ЭлектрнфицнроваяннЯ нютрумент я средства малой 1'вханязацкя в строительстве", г» Москва, Сборник докладов международного семинара, 1992 г.

4. Временное положение об участке малой механизации, г. Ставрополь, типографии "Оргтехстроя" , 1992 г»

5. Доклад на международной конференции в г.Москве 1992 г.

¡1о разработанной теме автор имеет три изобретения, а именно :

1. Установка для приготовления и пневматического транспортирования бетонных смесей а.с. Я 1818289.

2. Установка для уплотнения в отделяя овежеуложекннх бетонных смесей а.с. № 990932 .

3. Цлоскотлнфовальная ммшна а.о, Л 1569190

Указанные установки отмочены двумя серабряшшмв ж

одной бронзовой мэдалью ВДИл СССР За большой вклад в рационализацию строительных процессов и технологий автору в 1993 году присвоено почетное звание "Заслуженный рационализатор Российской Федерация".

Результаты работы прошли глубокую апробацию на объектах строительства Главзарубежсгроя в Монголии, территориального А,0. "Ставропольстрой", Главснецстроя Минстроя РФ в г. Грозном.

Структура а 061 ем работы Дисаертациж в форме научного доклада, состоит из общей характеристики, содержании работа, общих выводов к списка опубликованных работ.

Научный доклад содержит ЗУ страниц машинописного текста, & рисунков, б таблиц.

введение

Шлифование мозаичанх к бвтаитх полов ведется как в

гфомишлвшгом, так и в гражданском строительстве, при атом

?

1ж9годно в России шлифуете* около 60 млн.м покрытий.

Для этих целой ежегодно серийно внпускается 10 тис.шт. юзаачно-пшфваяып« мамн гит C0-I99, 00-134, СО-Ш (основной поставщик - Одесский завод СОМ). Кроме того, около 500 шт. ежегодно мелкими партиями шли единственными екземпля-pawn мозанчнемалифовошше машияы изготавливают строительные управления собственными силами.

На стройках Россия я стран СНГ занято около 100000 ыозаично-штфовальних катш, которые обслуживают соответственно I0000Q операторов. Бри сродней зарплате шлифовальщика 250 т.руб. в месяц только на юс зарплату ежегодно расходуются сотая млн. руб.

В настоящее время в качестве абразивного инструмента дам мозаично-шлифовальных машин в основном используются сегменты 60 по ГОСТ 2464-85 на основе карбида кремни,-выпускаемые Московским, Духским, Волжским я др. абразивными заводами.

Погонная производительность шлифования при использовании этих сетактов на мозаячно-шлифовалъкнх шшигях C0-II1 не превышает 5,4 м^/ч при сродней глубине шлифования 2,5 мм (я пересчете на I т глубины шлифования это составляет 13,5 м2/ч).

Стойкость этих сегментов (потеря обьема при шлифования) не превышает 0,3 млн/см3, что в пересчете на объем одного комплекта сегментов (6 штук) для мозаично-шлифовальной машины

СО-Ш составляет 4,1 ч. Таким образом, один комплект инстру-, мента позволяет шлифовать лишь 22,14 и2.

Недостаток серийных сегментов вынуждает в качестве абразивных инструментов исшлъзовагь отходы и бой абразивных кругов, применяемых машиностроительными заводами. Это требует значительных затрат времени на их обрезку для. установки в гнезда мозаично-шлифовальных машин. Кроме того, из-за случайных характеристик этих кругов, не соответствующих режима» обработки на мозвично-шяфовальннх машинах, производительность шлифования оказывается еще более низкой.

В последнее время наряду с абразивным инструментом на основе карбида кремния начинает применяться абразивный инструмент на алмазной основе. ВЯИИАлмазом разработаны фрезы, состоящие иэ стального корпуса, на котором равномерно закреплены алмазные элементы сечением 24x7*7 ш в количестве 8 шт. В комплект мозаично-шлифовальной машины входят б фрез. Зернистость алмазных порошков от 1000/800 до 315/250, свяака металлическая» Содержанке алмазов в одной фрезе £4,4 карата (X карат 0,2 1'раша). Комплект из шести фрез дли мозаично-иишфовальной машины СО-Ш содержит таким образом 86,4 карать ил* 17,28 г.

Погонная производительность при алмазном шлифовании, достигнутая на ыозаичнсмнлифовальной машине СО-Ш, составляет 12 ь^/ч. ври средней глубине шлифования 2,5 мк; ( в пересчете на I мм глубины ашфввяия это составляет 30 а стойкость комплекта алмазных фрез - 14 ч.

Таким образом, производительность при алмазном шлифовании в 2,2, а стойкость в 3,5 раза выше, чем нри шлифовании сегментам.» на основе карбида кремния.

Один комплект алмазного инструмента (бфроз) позволяет шлифовать 12х14«168 м2 площади полп, что в 7,6 раза больше, чем инструментом на основе карбида кремния. При годовом, объеме шлифования 250 мля.м2 это потребует выпуска 1,48 млн. комплектов алмазных фрез, на .изготовление которых потребуется 25,57 т алмазного порошка.

Совершенно очевидно, что выделить такое количество алмазного порошка для нужд строительства в настоящее время не предотавляется возможном.

Низкая стойкость инструмента я производительность шлифования являются следствием того, что композиция абразивных сегментов (тип, связки, зернистость, концентрация, твердость) по отношений к мозаичным и бетонным покрытиям является случайной, поскольку они предназначены для металлообработки. Положение усугубляется еще и тем, что композиция абразивных сегментов ко увязана с режимами шлифования (скорость шлифования, усилие на зерно н др.). Сказанное, хотя и в меньшей ■ мэре, относится также н к абразивному инструменту на алмазной основе.

Таким образом, наряду с поиском новых видов инструментов значительным резервом повышения производительности шлифования л стойкости инструмента является выявление оптимальных параметров композиции абразивных инструментов (в пределах стандартных зернистости, концентрации, твердости и связки) я соответствующих им режимов шлифования.

Что касается конструкции ыозаачио-шшфовалыгах машин, то они должны проектироваться с учетом возможности работы как с абразивным инструментом аа основе карбвда кремния, таге х с

инструментом на алмазной основе, да* чего они должна быть енабяены сменными планшайбами, Поскольку алмазное шлифован»» , более эффективно при высоких скоростях резания, то вновь создаваемые мозакчно-пши^овалънив машины должны иметь две скороот рвзмии», соответственно 5-7 м/сек для шлифования инструментом на оонове карбида кремния и 12-20 м/сек при алмазном шлифовании.

Значительным резервом повышения производятельности шлифования является также создание моааячно-шлифовальшх машин (агрегатов), включающих в себя несколько шлифовальных головок (4 и более).

Виполнение работ по комплексному рашеиию проблемы - высокопроизводительная мозаично-шлжфовалъная машина, оптимальная композиция абразивного инструмента и соответствующие им реюын шлифования, является актуальной задачей, решение которой дает много миллионный экономический эффект.

I. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР

1.1. Сущность процесса шлифования

Шлифований ~ это процесс микрорезанкя крошками зерен абразивного материала, определенным образом закрепленных на некотором расстоянии друг от друга на рабочей поверхности режущего инструмента.

Шлифование осуществляется за счет совместного действия усилия приадма, перемещения абразивного инструмента до обраба' ваемой поверхности и разности их твердостеЗ.

Абразивный инструмент дня шлифования мозаичних полов не имеет сплошного лбзвшс. Каждое зерно снимает с обрабатывав*ой поверхности стружу, толщ1Яой от долей микрона до десятков микрон. Снятие стружки абраоивнш зерном длится тысячше до.ч*

/У

секунда, я количество снимаемых в минуту етруаек до нескольких сот тысяч.

Вращательноо движение абразивного инструмента определяет скорость отдолеяия гаяаряола, а поотупазвльноо движение, создаваемое силой подачи, обеспечивает непрерывность врезания инструмента в новые слои обрабатываемого пола. В зависимости от зернистости в работе шлифования участвуют от 10 до 30% рожущпх кромок, эякрвштентх на поверхности абразивного инструмента. Больший процент относите.! к более крупным зернам.

В процессе шлифования, естественно, происходит износ абразивного инструмента, т.е. потери его объема в г.идо частяц абразивных зерен я смай я. Время износа единицы объема абразивного инструмента определяет его етойкость. 1.2. Обрабатываемый матерям

Рабочей средой мозпично-илифовальннх машгн являются мозаичные и бетонные пода, площадки и другие виды покрытий.' Эти покрытия представляют собой кристаллические образования, различающиеся по размеру, минералогическому н цементному сосотаву и прочности.

В мозаичных (террацетовнх) растворах заполнителем слухит крошка дробленых горных и полирующихся крупнокристаллических пород (мрамор, гранит, базальт х др.) крупностью 0,15-15 мм. Предел прочности при скатал применяемых пород: вО МПа. при марко покрытий 200, 80МПа 300,

100 МПа 400.

№

Песок используется крупно- или среднеэерикстий. В качестве вяжущего - белый илш разбеленный нормандцем*, ¿т. Пигменты - 1Ъ% от массы цемента.

Марка террацвтового раствора для пола по прочности на скатив принимается не менее 150. Подвюсиость раствора соответствует осадке кояуеа 2-4 см.

После обработки покрытия 76-85$ поверхности составляю® каменные заполнит»ли к 15-25$ - цементный камень.

Основными параметрами характеристики пола являются его марка, вид наполнителя и возраот.

Конечным итогом длифом&аия является получение поверхности пола требуемого класса шероховатости. Для бетонных и мозаичных полов класо шероховатости должен быть равен 4-ш, т.е. шероховатость поверхности должна бить 0,3-0,6 мм на базовой длине замера 100 мм.

1.3. Абраэяйнив материалы и инструменты

Абразивный инструмент состоит из шлифовального аерна, связки, скрвплянцей зерна, ж пор.

•Для шлифования мозаичных и бетонных полов наибольшее распространение аашш алмазные порошки А2, АЗ, А5, АВ или АРСЗ зернистость» от 1000/800 до 315/250 и карбид кремния (черный и заданий) зернистостью от 125 до 16, Реже используются электрокоруид нормальный я элъбор.

Физико-механические свойства абразивных материалов, применяемых для шлифования мозаичных а бетонных палов приведены в табл. 1.2.

Таблица I<2.

Физико-механические свойства абразивных материалов

Матеря- Плот- Микро- Предел про'!- Идкфзсрно ал иость, ТвСр_ цооти. кгс/м^_

г/смэ дость, npj кгс /мм

Относительная

при МК сжатия изгиба

0,01мм мияро-твврдость

Алмаз 3,48-3,56 10060 200 природный

Алмаз 3,46-3,52 8600- 200 снвгев— -10000

тический

Карбид 3,12-3,20 2800- 150 кремния -3500

Электро- 2,0-2,10 2000- 76

корунд _2400 нормальный

,21-49 1000-250 -

30

5-15

8-9

1000-250 -

125-16 0,33 200-16

-0,22

Зернистость шлифзорна обозначается как 0,1 размера атороян ячейки в свету п микрометрах, иа котором задерживаются зерна основной фракции.

В производстве абразивного инструмента применяются даа вида связок : органяччекмо (бакелитовая,вулйаяитоаая, глисеталяовоя) и неорганические (к.рлмичвеки»).

Абразивные инструменты на алмазной основ* чшця всего изготавливаются на металлических едязках (М6-01, М6-02 а др.)

Соотношение объемов абразовыого зерна, связки л пор образует: структуру абразивного инструмента.

В страна*. СНГ абразивный инструмент на основе карбида кремни*, элвктрокорунда я др. подобных материалов нзготььлива-ется по 13 структурам (№ 0-12). Чем выше номер структуры, тем меньше объем зерна. С увеличением объема связки ж уменьшением объема пор увеличивается твердость инструмента.

2. ЭЮЗИЕРИШИШШЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

Экспериментальные исследования проводились иа специально разработанном стенде в лабораторных условиях н на мозаично-шлифовальной машине СО-Ш (С0-111А) и МЖ-1400 в производствеи-ных условиях.

Абразивные инструменты использовались на основе карбида кремния черного и зеленого, элвктрохоручда нормального, природных я синтетических алмазов. В частности использовались сегменты СП, С5, 6С ы абразивные круги типов Ш и 311, приобретенные на Ташкентском абразивном комбинате и в Молодечнен-ском отделении "Болинструм«нтсыабсбыт". Часть сегментов 6С быля поставлены Волхскнм абразивным заводом. Экспериментальные образцы алшэннх фроз поставлены ВНИИАлмазом.

Абразивные инструменты иа основе карбида кремния имели (выборочно) зеряистооть от 16 до 125, концентрацию от- 60 до 38?, твердость от М1 до Т2 на керамической (Волжский абразивный комбинат) и бякелнтоаой (Таижеитскай абразшмий комбинат) связках.

Абразивные фрозы ¡шали (выборочно) зернистость от 1000/800 до 315/250 при кощектрации 50 к 100 %.

В качестве обрабатываемого материма для экспериментов в лабораторных условиях использовались плиты.

fS

tirara соответствовали мозаичному покрытию марки 300 « мраморным заполнителем. Возраст плит более 21 суток.

Экспериментальные жсоледоваяяя в производственных условиях проводились иа бетонных и мозаичных полях о мраморным заполните-• лем марок 200, 300 и 400 в возрасте от семи до 20 суток.

Техническая характеристика стенда приведена в табл. 2.1.

Таблица 2.1,

Основные технические данные стенда

Наименование показателей

! Значения

Ход штока гидроцалкядра пряжима, мм Частота вращения траверсы (регулируемая,

Усилие, развиваемое в гндроцпляндре пртшпла

И (кГо)

СТ1 (об/мян)

200-8000 (20-800)

300

3-15,0 (180-900)

Потребляемая мощность, кВт Габаритные размеры, мм

12,1

длина

ширина

высота

3000 1900 2800

Масса, кг

800

3. экспшмшггально-теоретические шсвдованш абразивного инструмента

3.1. Зернистость

Зернистость шлифовального инструмента является одним из основных факторов, определяющих егс характеристику.

t6

Чей крупнее зерно, тем больше срез материала покрытия пола одним зерном и тем внще (при постоянном усилии прижима) производительность шлифования,

3 результате проведенных экспериментов установлено, что в диапазоне аерпистости от 40 до 125 рост производительности шлифования практически пропорционален размеру абразивных зерен. Что касается стойкости инструмента, тс при увеличении зернистости она снижается. При этом, при одних и тех же режимах шлифования и в пределах указанной зернистости производительность шлифования и стойкость абразивного инструмента связаны обрктнопропорциональ-ной зависимостью (рис, 3.1. Такая же зависимость имеет меото и при шлифовании абразивным инструментом на алмазной основе.

В процессе экспериментальных исследований выявлены так жо и

яруги» стороны проявления зернистости.

о

Чноло рабочих зерен па I ом поверхности инструмента определяется по формуле

, » (3.I.).

"г

и иж всей поверхности инструмента :

Mp'-^-F; , un. • (3.2.),

- средний диаметр зерна абразива, мы j

- процентное содержание зерна в инструменте (кондвятрацЕя) ;

2

- площадь рабочей поверхности инструмента, см

где d.j К

Fn.

//

30

3 20

е э

1а

5

(5

Ю

_ 9

П-ЙО Ш/иии

— £

50 83 <25

зернистость, о,01 мм

МАРКА ЛОКГЫШИЯ НАПОЛНИТЕЛЬ ПОЗРЛСЯ! ПОЛА УСИЛИЕ ГГИЖИМА канцншглция

500

МРАМОР

10 стол. 200 кг Аб%

4,5

и

о,К

0,5 1

0,5 а э

РИС. 5. /.' ЗАВИСИМОСТЬ ПРОИЗЗОДШПЕЛьНОСиШ №1ШШ*({)

И стойкости абразивного инструмент Ш от зернистости

3.2. Концентрация

Концентрация - это процентное содаржаккв абразивного зерна в инструменте. Концентрация зерна в абразивном кнстррлвита на основе карбида кремния составляет от 62 до 3£>%.

За 100,1 концентрация алмазов в инструменте принимается содержание 4,4 карата (0,88г) в I см3 алмазного слоя, что занимает 25% ого объема, независимо от типа связки. Карат - 0,2 г. (табл.3.1.)

и

Таблица 3.1. ¿драхтеристияа концентрация алмазного слоя

Концентрация алмазов в няструм«ито

ВЕС ядыазов в кара- Объем, занимаемый тах в I ем3 алмазо- алмаэамя в алмазоносного слоя носном слое инструмента, %

25 76 100 125 160 Г75 '200

1.3

3,?

4.4

5.5

6.6

7.7

8.8

6,2 18,7 25

31,2 37,5 43,7

50

Для расчета количества рабочих зерен иа поверхности алмазного инструмента (по формулам 3,1 х 3.2) значение К принимается из гра^н 3 табл. 3.1.

Во всех случаях, как для абразивных инструментов иа алмазной основе, так и на основе карбида кремния, независимо от марки покрытия поля при постоянном усилии прихима, с увеличением концентрации абразивного материала в инструменте, стойкость посл»дн»го увеличивается. Производительность шлифования при этом либо не изменяется, либо уменьшается незначительно (рис.3.3.) В случае шлифования «бразившш инструментом на основе

карбида крепка о увеличением концентрации стоимость шлифования

о

I м" поверхности пола уменьшается, а в случае шлифования инструментом на алмазной основе - увеличивается. Это объясняется

существ »иной разностью в стоимости (ибразсвиых материалов нц осново карбида кремнии н на алмазной основе.

На шероховатости обрабатываемой поверхности пола изменение концентрации практически не сказывается, 3.3, Твердость

Классификация твердости абразивного инструмента по связке основана на пропорции связующего вещества и режущего материала в абразивном инструменте. Повышение процента связки вызывает увеличение твердости абразивного материала.

Абразивный инструмент на алмазной основе по твердости не классифицируется.

Твердость инструмента в основном оказывает прямое влияаяе на производительность в шлифовании, стойкость абразивного инструмента и чистоту обрабатываемой поверхности.

Ab

конценшсл^ия - %

56

шш лохсыгаия

НАПОАНИШСЛЬ

возглст полл

УСИЛИЕ ПРИЖИМА

- 300

- MCAMÜP

- IQ СУПЮК

- 350 КГ (33 Н)

- 60

- 510 ОБ/мин

¡егнисдаосгиь

РИС. - ЗАЙИСИМОСШЬ 0Т10ЙК0СГЗИ ABPASUßHOm

инстггментл (4) и пгсмбодительности

шлиокшния (2) опт конценшглции

МАТКА П0ЛРЫЛ1ИЯ НАПОЛННШЕЛЬ БООРЛСШ ПОМ

усилиг пгнхнм.л

КГНИШООШь

а

- 300

, - МРАМОР

- ю шок -350 КГ (3ЯН) -60

- 540 06./ мин

Рйс.лЗ зависимость стойкости а) л

■■■ производительности (2) от пвйадсли лбгазявного инспичменшл '

С увеличением твердости инструмента при постойном усилии прижима и постсиишой частоте вращения траверс мозаичао-дашфо-вальноЁ машины, производительность шлифования снижается, а стойкость инструмента возрастает (рио.3.4.)

С увеличением твердости улучшается качество обрабатываемой поверхности иола. В результате проведенных экспериментов установлено, что ошимальиой является твердость в да&пазсие ЫЗ-СТ2, одинаково удовлетворяющая требуемому качеству шероховатости..

3.4« Стойкость

Стойкость абразивного инструмента проявляется в процессе шлифования и зависит от композиции абразовиого инструмента и от режимов шлифования.

Стойкость инструмента - это время потерн единицы его объема в процессе шлифования.

С увеличением зернистости при постоянном усилии прижима и скорости шлифования стойкость абразивного инструмента уменьшается (рис, 3.1.), а с' увеличением концентрации и гвердоотн -увеличивается (рис. 3.3 и 3.,5).

5,9

2.»

Н

ж

г

0,7

о е

уП • 540 01 ./МИН. у

.2 П- 270 ОБ., мин п'5ао оь/мгк

п-т оь'/и

30

20 I

0,СИ 0,02 0,05 УСИЛИЕ НА ЗЕРНО - КГ (>0

0,м

И

£ 2.

■л Л

10 Е \

А

¡5 '

„ е £ ®

о 5

с- < с= а

зернистость шббрлость КОНЦМШРАЦИЗ марка покгышия ЭАПОЛйцШЕЛь В05РАСИ ПОМ

л

- 60

- С7{

- ъгу»

- 300

- МРАМОР •

- ю илок

- 5л0 ОБ/мни

РИС." / Зависимость СШОЙлОСШИ АБРАЭИбНОГО

инсиргшш <1,2) от скорости имигоойАния

И УСИЛИЯ НА 5ЁРНЛ (.5,4) - ЭлВИСИМОСШЬ

ПРОиаю^ительиосши от тех же фАитогов

№

При поотояниой зернистости и концентрации о увеличением скорости шлифования к усилил прижима (усилия на зерно) стойкость абразивного инструмента уменьшается (рис. 3¿1, кривые I и 2).

Обращает на себя внимание тот факт, что во всех случаях стойкость обратно пропорциональна (хотя и не линейно) производительности (рио. 3.1, 3^3, 3.5, 3.4)

Стойкость абразивного инструмента будет оценивать по времени износа единицы его объема, т.е.

с-доо'-зс- мин/см5 (3.3) Уп

где i - время шлифования, мин ;

Уа - обьем изношенного инструмента, мм3.

Стойкость полного комплекта абразивного инструмента на основе карбида кремния

г *" . 0,466фук

где у* - рабочий объем комплекта инструмента, см3 ;

А * - средняя величина износа комплекта инструмента, мм ;

* 2

Я к - рабочая поверхность комплекта инструмента, см ,

Стойкость абразивного инструмента на алмазной основе

/«Л 913 '!. 4*

° а^й (3.5)

где К - концентрация алмазов в инструмента, %.

Соответственно стойкость полного комплекта инструмента

иа глг.г.заои основе

<3.6)

гда

А - содержание алмазов в комплекте инструмента в каратах.

4 . ЭХС1ШР;№1ГОШ>НО-Т£ОРЕТИЧШСИЕ ИССЛВДСШАШЯ РЕШ.Ш ОБРАБОТКИ

4.1. Усилие прижима. Усилие на зерно.

Если усилие придам* отнести к числу рабочих зерен, находящихся иа поверхности абразивного инструмента, получим усилие, приходящееся на одно зерио, т.е.

В результате проведении* предварительных экспериментальных исследований установлено, что оптимальная стойкость и производительность и оптимальное соотношение меэкду им имеет место в тех случаях, когда величин« ycu.nu, приходящегося на одно зерно, лехит о пределах 0,05-0,5 кгс/зерао.

В табл. 4.1 м 4.2 приведены значения Pj , вычисленные но (формуле 4.2 для ^оэаичло-йшифлааяьиоЗ к.аишы CO-III.

Из таблиц видно, что оптимальная величина усилия на зерно дня машины C0-III обеспечивается лишь при зирыастости 63 и вшив для ииструммтов на осиояв карбида кремния и при зернистости 400/315 и выше для инструментов иа алмазной основа.

Во «cet случаях увеличение усилия ла зерно ведет к увеличению производительности минования и уменьшении стойкости сбра-зжвного шютрз^.ечти (рпс. 3.4). Режимное ноле усилия vit э-эряо

показано на 4.1.

M

Зиле и ив M его значением (зависик.ость(3.2), получим :

р. . fSl-d-a. , кгс/зерио (4.2)

« 0,12-K-Frv

Таблица 4.1

Значения Рд, , кгс/зврио для инструментов на основ« карбида кремния

,да Концентрация, %

62 50 38

200 0,64 0,79 1,036

160 0,320 0,40 0,53

125 0,16 0,19 0,261

100 0,079 0,098 » 0,128

80 0,041 0,05 0,066'

63 0,02 0,025 0,032

50 0,011 0,012 0,016

40 0,006 0,0068 0,0083

32 0,002 0,0029 0,0039

25 0,0012 0,0015 0,0019

20 0,00059 0,00093 0,00096 .

16 0,00032 0,0004 0,00052

Таблица 4.2

Значения Р^ , кгс/з?рно для инструментов на алмазной основ«

, мм

Концентрация, ^

12,5 (50)

25 (100)

630/500 ¿00/400 '"СО/31!)

0,167 О.ОБ? 0.05

0,0835 0,0435 0,025

Введение показателя усилия и* зеряо позволяет конкретизировать понятие стойкость. Если стойкость отнести к усилию на зерно, то в этом случае уже будут учтены тькие вгииейшие параметры композиции инструмента, как концентрация и зернистость. Выражение 3.3 для стойкости инструмента примет вид :

С» ¿000--Цг- , мин/см*' от/зерно (4.3)

Однако, в этом случае, стойкость комплекта инструмента, поскольку она выражается в часах, необходимо определять но формулам :

а) для инструментов на основе карбида кремния

пм 0.166 «Ь- Ук

Ск —ЙТЖГ"^

,чао (4.4)

Рис, 4.1. Режимное поле усилия иа зерно б) для инструментов на алмазной основе

гА Vе • р

* К " ГЭ"

,час

(4.5)

¿ё

Продолжение табл. 4.2

мм ! Концентрация,?

12,5 (50)

25 (100)

315/250 250/200 200/160 160/125 125/100 100/80

0,0203

0,0107

0,0055

0,00275

0,00177

0,00069

0,0104

0,0053

0,00275

0,01375

0,00885

0,00365

4.2, Скорость шлифования

Поскольку шлифование мозаичных и бетопшх полов осуществляется зл несколько проходов (обычно 6-10), то для характеристики скорости шлифования подача п» имеет сущест- -венного значения. Поэтому в дальнейшем, говоря о скорости шлифования, ш будем иметь в ваду частицу вращения шлифовальных головок.

Как выяснялось в результате предварительных экспериментальных исследований, скорость шлифования - фактор наиболее противоречивый и трудяоучитываший. В то же вреш, как параметр режима обработки, он в той или иной стопады оказывает прямое или косвоияое влияние на весь комплекс Факторов, характлриэущих процесс илифоиаияя.

Во всех случая::, при увеличении скорости шлифования, иммт к;,осто рост производительности. Что касается стойкости инструмента, то в зависимости от сочетания композиции инструмента и рэшшов шлифования, оаа комет как ус сличи-

и

__ ч

ваться, так и снижаться. В частиостн, при условиях вкопери-мвита, показании* на рис. 3.-4. имеет мйсто снижение стойкости (кривая 2, соответствующая большей скорости, лежит ниже кривой I). Приведенные соображения говорят о том, что оати-мальяая величин* скорости шлифования долаиа выбираться в каждом конкретном случае отдельно.

5. ЭМЕКТИВНООТЬ ШЛИШАНШ

■6,1, Производительность шлифования Объем аошлифованяого материала в единицу времени, обычно

в минуту, представляет собой минутную производительность : у

íl мин *~jr~ , см /мин (6.1)

где Vn - обьом сотлифованного зерна, см3 ;

Минутная производительность - это объемная производительность. Через параметры мозшинондлифокальной: машини она внражавтся как :

п 60 • .Зов'Доб 3, /г --___-гУчао, (5.2)

где 5os. - площадь, обрабатпяаемая одной траверсой за

еу

оборот, к /обор. ; Лов, - толщина сдоя материала, снимаемого тралврсой аа

оборот, мм/обор.; I - количество траверс } П - частота вращения траверс, сб/маа. Отирся объемную производительностл к глубине пиифоаанцд К(ьм), получим анрааениь доя погонной производительности : Qлог . g'^-AoB.i.n ^ Mf/4AC (й>3)

и

Площадь, обрабатываемая одной траверсой за оборот определяется как (рис,1,2)

£ов.1(4й-С12) , м2 (5.4)

где Д - диаметр, описываемый наружной кромкой сегмента шш фрезы, м { с1 - то же, внутренней, м.

Толщина слоя материала, снимаемого траверсой за оборот, зависит от всего комплекса Факторов и режимов шлифования и определяется на стенде экспариментальяо.

Погонная производительность может быть определена так же

(5.5)

(5.6)

где -рп - площадь шлифованной поверхности пола, м^.

Поскольку в каждом конкретном случае глубина шлифования различна, го погонная производительность, вычисленная по формулам 5.3, 5.5 и 5.6 будет несопоставимой величиной. Чтобы ока стала сопоставимой, ее необходимо отнести к определенной общей для всех случаев глубине шлифования, например, к I мм глубины шлифования. Тогда внрааения для определения погонаой производительности на один мм глубины шлифования примут вид:

(5.7)

(5.8)

(5.9)

по формул™.:

Ооог. -60--^ ( 1 м2/чао

• йпог,. 0,06; м^/чао

ЦпогШ • 60-^ , м^/час .Опор(4)-0,06-^г , ы2/чао 0 пот ДО • 60-£<* 'Лсе-ь-П^'^/час

Производительность шлифования увеличивается о увеличением зернистости (рис. 3.1), усилия на зерно (рис.3,4) и уменьшается о увеличением твердости (рио. 3.3). Производительность сминается с повышением марки покрытия дола и увеличением его возраста.

Как ухо было указано, получение трубуемого качества поверхности пола осуществляется эй несколько проходов. Зависимость между количеством проходов л поступательной скоростью движения мшшшы определяется по формула :

V _ jSoS • Лоб ' Л« t* Z „/„с, /с-V* -607ВТК- t М/сек (5.10)

где 2 - число проходоа ;

Б - ширина захвата, м.

5.2. Качество обрабатываемой поверхности

- Для мозаичных и бетонных полов класо шероховатости принят 4-ш, что соответствует шероховатости обработанной поверхности 0,3-0,6 мм при базовой дошив замера 100 ым (СНд11~1-А4-78). Факторы, влияющие на шероховатость обработанной поверхности показаны на рис. 5.1.

5.1. ¿'акторы, влияющие на шероховатость обработанной ■ поверхности

В пределах зернистости до 125, твердости M3-TI, величины усилия на верно 0,05-0,5 кто, скорости шлифования 7-15 м/сек, коицентреция 42-66^ (КЧ и 50-150^ (А) иероховатость обработанной поверхности всегда лежит в пределах 4-ш.

5.3. Мощность привод* и удельный расход электроэнергии

Мощность привода при установившемся шлифовлнии определяется до формуле:

dcp» , см (рио.2.2.)

где -f.mp - коэффициент трения при шлифовании (,-fmp«. 0,25-0,35).

Выражея усилие пршшма через параметры абразивного инструмента ( К и dj ) и усилив на зерно ( Pj ) будет иметь :

H.^.ÜiÜg^biSE. ' , кВт (5.12) Удельшй расход электроэнергии определяется по формуле i

' кВт.чао/см3 (5ЛЗ)

Wva. , кВт.час/м2 (5.14)

Önof(t) '

5.4. Стоимость шлифования

Стоимость шлпфоиаиия одного м*2 илд см3 поверхности покрытия определяется по формулам :

lu.iäfii,руб/м2 (5.15) с • Qnor.fl)

.Vi

, pyö/ои3 (ti, 16)

н C'VHmw»

i-де - чаооиж стаака шлифояаши, руб/час ;

Цк - цена комплекта ичструмчата, руб.

6. ШЛ113 ШШ'ШРШ РЕЗУЛЬТАТОВ И ПЛЛКЛРОВАГИБ ЭКСПЕРИМЕНТА

В результате вииолиеиянх теоретических и акоперамеыталь-шц асследомний установлено, что оцвила. ексалуатацаоииых качеств мозаичио-шлиЯопмльцих м«а:и.и н a6y«3na«ovo инструмента иеоСиодцмо и достаточно приадть оледувдие иокьиатела: »¿«о^'.зло— дительноеач млйфовмнин, стойкость абраэиьаого иасгрумита и СТОИМОСТЬ ll.'U«i<CiltiUlie вЧ!ЫНШ1 IfOltt JlitíOCTtf lKKpUÏÏjt. ¡h'U ti- »1Сil—

зи?«ла илпасят or сладуи>1их фмсадюь: композиции i»ua*pyueuttt,

режш.юа иишфоьаиил, типа и г. арки покрытия а ею чочраста. Композиций аиструиеита определяли: ыатьрыщ зврии i оая лки, зернистость, коицен-града* а тлердооть. Реасшл шлн^оваиши х»р;,и--теразуетм скоростью иишу ьаиия и уолчаеи праккш.

За единицу сиоЗдостм «¿{ызелаою аии^уигит* ¡wj upiiJ-ivo a pit'Л a'jüoca сдуилы ero orfbft a. f< luviftfiTue едачацы ytuiui*. лралаьа нрц.мто yi':jjm<j ja 38|U0, ЛротасдАГвЛьКОсть отиес^им к одиоьу глубим .ii.fiíóoeii4i'n. lípvmiue гдяашы оцеик* д«-лше рвэул1Т<1ТК йксиерамеатальанх аоелад'^.лгИ со.юстцзлдаш.

В процессе экоивршеш'альчих асслрдЛЕаааО устлиозлыш влаяаае уну.ч^аиих. фиктороа (к*к Ътдел'.апх, тик л а иомшш'.йе) ' иаэ.|'1«кта1!яс-?гь ллифошал*. Определяй.*, тмхв р«ми->к»ям1йя область aepuacTocvu, ктщватркциа, тае^дисти, ьдторкила зерви к судака, с.орости шшфлмаи«, уоклад ил эерао и возрасти цок i « тал, з пределах кохорпЛ стойкость tJcrt у>-еит», lipo« м>-

ж

дительность я стоимость шлифования могут иметь оптимальные значения.

В частности, концентрация зерна в абразивном инструменте нг основе карбида кремния, электрокорунда нормального и др. подобных материалов должна быть ограничена значениями 42-55/?, я твердость - значениями M3-TI, При твердости ниже МЗ резко снижается, стойкость, к при твердости выше TI - производительность. При концентрации менее \2% резко снимается стойкость, л при концентрации выше 56% рост производительности не наблюдается. ' ■

Зернистость на ооноде карбида кремния должна быть ограничена значениями 50-125. Дри зернистости монее 50 резка падает производительность шлифования (при рациональном усилии правима). При зеряистости более 125 резко падает стойкость, сопровождающаяся объемным разрушением зерна.

По тем же причинам зернистость инструмента на алмазной осноге должна быть огршйкчеаа значениями 630/500 - 315/250, а концентрация - 150~50£.

Усилие на зерно во всех случаях должно быть в пределах 0,05-0,5 кгс/зерно. При усилии менее 0,05 кгс/зерио резко падает произЕрдительность шлифования (при рациональном усилии пришыа),, а при усилии более 0,5 кгс/зорно резко уменьшается стойкость, сопровгвдыацаяся объешнм разрушением зерна и оаиого инструмент*. Рациональная скорость шлифования должна быть принята: для абразивного инструмента на оонове карбидь кремния 5-7,5 м/сек, ял алмазной основе - 13-25 м/сек, Оптимальней возраст покрытия - 7 суток. Более высокие показатели абразивный инструмент на основе карбида кремния имеет на -бакелитовой связке,' а алмазный - на металлической. Из числа «е алмазных абрпаилных матеркадоа наиболее эффективен карЗдд кр?г.*т!х черни'!.

Рациоиальныв значения факторов и параметров, определяющих эффективное«* шлифовали* приведены а табл. 6,1.

Для окончательного решения; проблемы эффективности шлифования, необходимо из числа указанных в табл. 6.1 факторов и параметров выделить те, которые будут иметь оптимальные значения. Эта задача успешно может быть решена на основе планирования эксперимента,

'На первом этапе экспериментов будут определена оптикишьние значения зернистости, концентрации, твердости и усилия на зерно при постолычих скорости шлифования, марсе покрытия и его возрасте, на втором этапе эти ае оптвдальние значения будуч увязыш со скоростью шлифования и мьрки покрытия. Ба параметр оптимизации принимается произведение производительности на стойкость.

Таблица 6.1.

Рациональнее значения факторов и параметров

пуп 0Акторы и параметры

Рациональные значения

на алмя злой"

на основа карбида кремния'

основе

1. Материал зерна КЧ

2. Тип связки бакелит

3. Зернистость 50-125

4. Концентрация, % 42-56

5. Твердость ЫЗ-Т1

6. Скорость ШЛИфОЛАЙШЯ,

м/сек 5-7,5

7. Усилие на зерно, кгс 0,05-0,5

8. Возраст покрнтня, сут, 7

алмаз

металлическая

630/500-315/250

150-50 (37,5-12,5)

.13-25 0,05-0,5 7

Ограничение - стоимость илифэвания единиц« поверхности покрытия.

ощйе вывода

Согласно методики выполнения работ были проведены теоретические и яксперинентальные исследования, по которым получены следующий результаты :

1. Определены критерии оценки эффективности шлифования и получены их математические выражения. Такими критериями является: стойкость инструмента, производительность и стоимость шлифования,

2. Выявлен« фактор-] и характер их влияния па эффективность ппифонании. Иш являются : материал зерна и связки, зернистость, концентрация, твердость, скорость шлифования, усилие на зерно, марка и возраст покрытия.

3. Установлены грачицы, в пределах которых необходимо выбирать, характеристику инструмента и соотпетствупдие им режим« шыфоптнш.

1. Разработана методика планирования эксперимента для определэнки оптимальной характеристики абразивного инструмента и режимов шлифования.

5. Ио материалам экспериментальных и теоретических ясслецовачий разработан экспериментальный образец мозаично-шли.^онадыюй г/аштаы Ш{-Г100-ГРАНГ» конструкция которой пчщгчена авторским стгдетелъством.