Электронная библиотека

УНИВЕРСИТЕТ: Донецкий национальный технический университет

СПЕЦИАЛЬНОСТЬ: Технология машиностроения

НАЗВАНИЕ СТАТЬИ: ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ТРЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ СТРУЖКИ

АВТОР: Нечепаев В. Г., Гнитько А. Н.

РУКОВОДИТЕЛЬ: Нечепаев В. Г.

СДЕЛАНО: Донецк 2002

E-MAIL: gnitko@ukrtop.com

The outcomes of experimental definition the metallical swaft friction characteristics in conditions of a full-scale bench are adduced.

Перспективным направлением повышения технического уровня современных технологических машин различных видов является оснащение их механо-гидродинамическими и гидродинамическими системами транспортирования сыпучих материалов. Применение гидродинамических систем транспортирования и удаления металлической и неметаллической стружки из рабочей зоны современных металлорежущих систем автоматизированного производства позволяет в значительной мере повысить производительность и точность механической обработки [1,2]

Предлагаются также новые направления использования в автоматизированном производстве СОТС, подаваемой в рабочую зону в виде напорных струй:

- принудительное удаление стружки из зоны резания с целью предотвращения ее повторного попадания в рабочую зону. Особую актуальность этот вопрос имеет при фрезеровании глубоких и профильных пазов, фрезеровании лабиринтов и т.д.;

- очистка режущего инструмента от налипшей стружки (метчиков, пазовых и червячных фрез и др.) с целью исключения ее попадания в зону резания;

- очистка инструмента при обработке вязких материалов;

- очистка поверхностей шлифовальных кругов;

- защита от шаржирования поверхностей обрабатываемых заготовок;

- удаление стружки из труднодоступных полостей деталей при сборке;

- транспортирование мелких деталей к месту сборки;

- относительная ориентация и сборка деталей в струйных сборочных автоматах. Преимуществом такого варианта ориентации и сборки является отсутствие жесткого кинематического замыкания между ориентируемой деталью и ориентирующим устройством.

Несмотря на наличие значительного числа фундаментальных работ в области триботехники [3] и др., закономерности влияния параметров технологических систем (параметра шероховатости , давления в перемещаемом объеме стружки и влажности ) на сопротивление перемещению стружки практически не установлены (в наименьшей мере исследовано совместное влияние этих параметров).

Изложенное определяет необходимость проведения специальных исследований, направленных на определение коэффициента трения стружки в области возможного изменения параметров (режимных и состояния поверхностного слоя рабочих элементов) механо-гидродинамических и гидродинамических систем транспортирования стружки и установление закономерностей его изменения методами регрессионного анализа. (Поскольку механизм процессов, протекающих в зоне контактирования металлической стружки с рабочими поверхностями при ее перемещении, исследован недостаточно, в дальнейшем будем говорить о коэффициенте сопротивления движению стружки ).

Структурная и параметрическая оптимизации рассматриваемых технологических систем предполагает использование зависимостей, отражающих связь между параметрами (состояния поверхностного слоя, режимными и др.) и коэффициентом сопротивления перемещению стружки. Наиболее удобной для практического использования формой представления такой связи являются зависимости вида

, (1)

где - коэффициент сопротивления перемещению стружки;

- параметр шероховатости;

- давление стружки на рабочие поверхности транспортирующих устройств;

- влажность транспортируемого сыпучего материала.

Например, математическая модель процесса перемещения стружки вдоль Т-образных пазов при их фрезеровании содержит в качестве одной из основных составляющих коэффициент сопротивления движению стружки [4].

Для получения достоверных данных, обеспечивающих получение зависимостей вида (1), на основе положений теории планирования эксперимента разработана методика проведения экспериментальных исследований, которой предусматривается проведение полнофакторного эксперимента (ПФЭ). Определены необходимые число опытов и число их повторений в исследуемых точках факторного пространства. Необходимое число повторений опытов в каждой точке факторного пространства определяется из условия однородности дисперсий, обусловливающего пригодность полученных экспериментальных данных для проведения регрессионного анализа. Однородность дисперсий при этом устанавливается при помощи критерия Кохрена.

Разработанная методика и принятые средства ее реализации позволяют корректно определить характеристики трения, необходимые для оптимального проектирования механо-гидродинамических и гидродинамических систем транспортирования сыпучих материалов.

Для проведения указанных экспериментальных исследований спроектирована и изготовлена полноразмерная установка [4], основными составными элементами которой являются: система привода (на базе токарного станка); система перемещения (основой которой является специальный подвижный бункер); система измерений (содержащая тензометрический усилитель 8АНЧ, светолучевой осциллограф Н-117, линии связи, элементы управления и др.)

При проведении исследований варьируемые параметры изменялись в диапазонах:

- параметр шероховатости = 1…500 мкм (= 1, 25, 100, 300, 500);

- давление в насыпном материале p = 0.00275…0.00975 МПа (p = 0.00275, 0.0055, 0.0075, 0.00975);

- влажность сыпучего материала (стружки) изменялась на двух уровнях (избыточное наличие и полное отсутствие воды);

- физико-механические свойства сыпучих материалов (использовалась стружка трех видов: стальная, алюминиевая, чугунная).

Из анализа результатов следует:

1. Тип стружки не оказывает существенного влияния на значение коэффициента сопротивления. Так, при варьировании давления в исследованном диапазоне изменения параметров (без смачивания), значение , соответственно для стали, алюминия и чугуна, составляют: при =0.0025 МПа – 0.82, 0.73, 0.91; при =0.0055 МПа – 0.64, 0.5, 0.64; при =0.0075 МПа – 0.6, 0.47, 0.6; при =0.00975 МПа – 0.51, 0.41, 0.51. При изменении параметра шероховатости в исследованном диапазоне изменения параметров (без смачивания) значения , соответственно для стали, алюминия и чугуна, составляют: при =1 мкм – 0.32, 0.32, 0.363; при =25 мкм – 0.64, 0.5, 0.64; при =100 мкм – 0.82, 0.68, 0.82; при =300 мкм – 0.685, 0.64, 0.75; при =500 мкм – 1.0, 0.73, 0.91;

2. Увеличение параметра шероховатости (при=const=0.0055МПа) приводит к росту значения коэффициента сопротивления. Так, при изменении , в исследованном диапазоне = 1…500 мкм, значения изменяются в пределах: 0.32…1.0 (для стали), 0.32…0.73 (для алюминия), 0.363…0.91 (для чугуна);

3. Увеличение давления в перемещаемом объеме стружки приводит к уменьшению значения коэффициента сопротивления (примерно в 1.8 раза). Так значения изменяются в пределах: 0.82…0.51 (для стали), 0.73…0.41 (для алюминия), 0.91…0.51 (для чугуна);

4. Избыточное смачивание стружки приводит к увеличению значения коэффициента сопротивления для всех типов стружки. При этом значения (соответственно для стали, алюминия и чугуна) равны: при =0.0025 МПа – 1.0, 1.09, 1.18; при =0.0055 МПа – 0.82, 0.82, 0.91; при =0.0075 МПа – 0.8, 0.8, 0.83; при =0.00975 МПа – 0.75, 0.67, 0.74.

Выводы.

1. Исследованные параметры (, p и ) оказывают существенное влияние на значение коэффициента сопротивления. Наибольшее влияние на коэффициент сопротивления оказывает варьирование параметра шероховатости (увеличение примерно в 3 раза), меньшее - изменение давления в перемещаемом объеме стружки (уменьшение примерно в 1.8 раза), наименьшее - смачивание (увеличение примерно в 1.5 раза);

2. Максимальное изменение значений в исследованном диапазоне варьирования параметров составляет: 0.23…1.36, то есть 6 раз.

Список литературы: 1. Власов А.Ф. Удаление пыли и стружки от режущих инструментов. -3-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1982.-240 с. 2. Куприн А.И. Гидротранспорт стружки с импульсной подачей жидкости //Станки и инструмент. – 1975. - № 12. - С.11 3. Крагельский И.В. Трение и износ.- М.: Машиностроение, 1968.- 480 с. 4. Прогрессивные технологии и системы машиностроения: Международный сб. научных трудов. – Донецк: ДонГТУ, 2001. Вып. 17. –270 с.