авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 |

Разработка и исследование новых конструкций технологического оборудования для механической обработки гуммированных деталей бумагоделательных машин

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Мкртчян Артем Фурманович

РАЗРАБОТКА и исследование новых конструкций

ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ для механической

обработки гуммированных деталей бумагоделательных машин

Специальность 05.02.13 – Машины, агрегаты и процессы (машиностроение)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Ижевск – 2011

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Ижевский государственный технический университет»

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент Музафаров Раис Салихович
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Сентяков Борис Анатольевич кандидат технических наук, доцент Иванов Юрий Васильевич
Ведущая организация: ОАО «Буммаш», г. Ижевск

Защита состоится «09» февраля 2012 года в 16 00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.065.03 в Ижевском государственном техническом университете по адресу: 626069, г. Ижевск, ул. Студенческая, дом 7, ИжГТУ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ижевского государственного технического университета.

Отзыв на автореферат, заверенный гербовой печатью, просим направлять на имя ученого секретаря диссертационного совета.

Автореферат разослан « » декабря 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

доктор технических наук, профессор _____________________ Ю.В. Турыгин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Развитие современной полиграфической техники предъявляет возрастающие требования к качеству продукции, выпускаемой целлюлозно-бумажной промышленностью. Для выполнения этих требований необходимо применение высококачественных бумагоделательных машин. Поэтому разработка нового оборудования и совершенствование технологических методов, обеспечивающих высокую производительность и качество обработки деталей бумагоделательных машин, является важной народнохозяйственной задачей.

В первую очередь это относится к оборудованию, используемому в процессе обработки, при которой формируется поверхностный слой формообразующих деталей, определяющих эксплуатационные свойства машины в целом. Особенно актуальна эта задача при обработке рабочих поверхностей гуммированных валов бумагоделательных машин. От качества изготовления валов и их износостойкости зависит качество выпускаемой бумаги по таким показателям, как равномерность и однородность, гладкость и другие, а также производительность машин, определяемая скоростью схода бумаги и временем простоев, связанных с заменой гуммированных валов.

В отечественной и зарубежной литературе практически отсутствуют систематизированные сведения о механической обработке валов, покрытых различными марками резины. В тоже время практика механической обработки требует применения оборудования, инструмента и рациональных режимов для изготовления гуммированных валов. В этой связи разработка оборудования для высокопроизводительной механической обработки гуммированных валов на базе новых технических решений представляет актуальную научно-техническую проблему, имеющую существенное значение для развития страны.



Цель работы. Повышение производительности механической обработки гуммированных валов бумагоделательных машин, обеспечивающей требуемое качество обработанных поверхностей путём разработки и исследования новых конструкций технологического оборудования.

Задачи исследования. Сформулированная цель и проведенный анализ нерешенных проблем по теме диссертации позволили определить следующие основные задачи исследований диссертационной работы:

  1. Исследовать особенности процесса механической обработки гуммированных валов бумагоделательных машин;
  2. Определить недостатки существующего оборудования, инструмента и технологической оснастки, применяемого для механической обработки гуммированных валов бумагоделательных машин;
  3. Разработать математическую модель описания поведения резины в зоне резания;
  4. Разработать методику силового анализа при взаимодействии резца с неметаллическим материалом;
  5. Разработать высокопроизводительное оборудование, инструмент и технологическую оснастку для механической обработки гуммированных валов бумагоделательных машин;
  6. Выполнить экспериментальные исследования разработанного оборудования, инструмента и технологической оснастки.

Объект и предмет исследования. Объектом исследования является механическая обработка гуммированных валов бумагоделательных машин. Предметом исследования является оборудование для точения и шлифования формообразующих поверхностей валов бумагоделательных машин и технологический процесс применения данного оборудования.

Методы исследования. Теоретические методы исследования базируются на теориях механизмов и машин, теоретической механики, технологии машиностроения, теплофизики, резания и шлифования, а также на методах математического исследования, научного планирования эксперимента и обработки результатов экспериментального исследования. Расчётные исследования проведены с применением средств вычислительной техники по разработанным автором программам. Экспериментальные исследования выполнены в лабораторных условиях с помощью с помощью метрологически обеспеченного специализированного контрольно-измерительного оборудования.

Достоверность и обоснованность. Достоверность исследований обеспечена обоснованностью теоретических положений, реализацией их в конструкциях экспериментальных образцов оборудования для обработки гуммированных валов бумагоделательных машин, экспериментальной проверкой в лабораторных условиях.

На защиту выносятся разработанное специальное оборудование для механической обработки гуммированных валов точением и шлифованием, теоретические и расчетные исследования разработанного оборудования, научно-обоснованные рекомендации по внедрению разработанного оборудования и обеспечению качества обработанной поверхности гуммированных валов бумагоделательных машин.

Научная новизна заключается в следующем:

  1. Разработана математическая модель для описания поведения резины в зоне резания;
  2. Разработана методика силового взаимодействия лезвия резца с неметаллическим материалом;
  3. Разработано специальное оборудование для точения и шлифования гуммированных валов, позволяющее повысить качество обработанных поверхностей и производительность процесса механической обработки;
  4. Разработаны технологический процесс изготовления гуммированных валов с применением созданного оборудования и структура САПР технологического процесса механической обработки гуммированных валов;
  5. Разработаны научно-обоснованные рекомендации по выбору рациональных режимов резания, обеспечивающих производительную обработку.

Практическая ценность. Полученные в работе результаты позволили разработать технологическое оборудование для обработки гуммированных валов бумагоделательных машин, обеспечивающее необходимые требования к деталям на стадии предварительной и окончательной обработки.

Разработаны конструкции инструмента, позволяющие вести обработку с использованием разработанного оборудования.

Практическая полезность результатов подтверждена девятью патентами РФ на полезную модель и двумя свидетельствами на регистрацию программ ЭВМ.

Реализация результатов. Разработанные теоретические положения диссертационной работы внедрены в практику проектирования и применяются при разработке новых экспериментальных конструкций оборудования для обработки гуммированных валов бумагоделательных машин, в ФГБОУ ВПО «ИжГТУ», а также в учебном процессе при подготовке специалистов по специальности «Металлообрабатывающие станки и станочные комплексы».

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались: на 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7-ой выставках-сессиях инновационных проектов студентов и молодых ученых (г. Ижевск, 2004, 2005, 2006, 2007, 2008, 2009, 2010 г.г.); на научно-технической конференции «Современные технологии в машиностроении и автомобилестроении» в рамках научно-технического форума с международным участием «Высокие технологии – 2005» (г. Ижевск, 2005 г.); на Всероссийской научно-технической конференции «Проблемы и перспективы автомобилестроения в России» (г. Ижевск, 2008 г.); на электронной научно-технической конференции «Автомобиле- и тракторостроение: проектирование, конструирование, расчёт и технологии ремонта и производства» (Российская Академия Естествознания); на 13-ой Международной научно-технической конференции «Новые материалы и технологии в машиностроении» (г. Брянск, 2011 г.); 4-ой Международной научной заочной конференции «Актуальные вопросы современной техники и технологии» (г. Липецк, 2011 г.); на 12-ой Международной научно-практической конференции «Актуальные вопросы современной науки» (г. Москва, 2011 г.); на 6-ой Всероссийской конференции-семинаре с международным участием «Научно-техническое творчество: проблемы и перспективы» (г. Самара, 2011 г.).

Диссертация неоднократно докладывалась и обсуждалась на кафедре ФГБОУ ВПО ИжГТУ «Автомобили и металлообрабатывающее оборудование».

Публикации. По теме диссертации опубликовано 20 научных статей (в том числе три статьи в журналах, включенных в перечень ВАК); получено девять патентов на полезные модели, два свидетельства о регистрации программ ЭВМ.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения и выводов, списка литературы. Диссертационная работа изложена на 169 страницах машинописного текста, содержит 56 рисунков, 9 таблиц и список литературы из 118 наименований.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы работы, определен объект исследования, проведена краткая аннотация всех глав диссертации и дается общее представление о диссертационной работе.

В первой главе дан анализ существующих методов механической обработки гуммированных валов, а также анализ существующих технологий обработки.

Анализ работ по теме диссертации показал, что исходным сырьем материала, применяемого для облицовки гуммированных валов, является каучук. Однако каучук в чистом виде не может обеспечивать требования, предъявляемые к резиновым покрытиям. Для придания каучуку дополнительных свойств к нему добавляют наполнители. Изменяя тип наполнителя и его весовой состав к связующему материалу (каучуку) можно получать покрытия с заданным сочетанием механических свойств: твердое, средней твердости и мягкое. Основной метод получения гуммированных валов, применяемых в бумагоделательных машинах – вулканизация.

При производстве гуммированных валов большого диаметра одной из проблем является снятие значительных припусков до 1520 мм на сторону. Повысить производительность на этих операциях посредством выбора инструментального материала, придания оптимальной геометрии не удается. Поэтому обработку наружного диаметра, с целью удаления неровного поверхностного слоя вулканизированной заготовки, приходится осуществлять в 3-4 прохода. Указанные трудности, возникающие при обработке гуммированных валов, обусловлены особенностями их структуры и физико-механических свойств: интенсивным абразивным воздействием наполнителя на режущую кромку инструмента, концентрацией температуры в зоне резания вследствие низкой теплопроводности материала.

Исходя из анализа исследовательских работ и производственного опыта в области механической обработки гуммированных валов бумагоделательных машин, сформулированы цель и задачи исследования данной работы.

Во второй главе разработана математическая модель для моделирования вязкоупругого поведения резины в зоне резания.





Разделению материала на части под воздействием лезвия предшествует процесс предварительного сжатия им материала до возникновения на его кромке разрушающего контактного напряжения р. Момент возникновения последнего определяется значением усилия Ркр, прикладываемого к чашечному резцу и преодолевающего ряд сопротивлений различного происхождения, возникающих в материале. В большинстве случаев при резании упруговязких материалов усилие Ркр, при котором завершается процесс сжатия материала и начинается его резание, является максимальным. Условия, при которых усилие резания принимает величину Ркр, являются критическими. Рассмотрим указанное взаимодействие лезвия резца с материалом.

При углублении лезвия в слой материала на его режущей кромке возникает разрушающее контактное напряжение р, начинается процесс резания. На чашечный резец действуют следующие силы (рис. 1): Ррез - сопротивление разрушению материала; Робж - силы обжатия материалом; Рсж - сопротивление слоя сжатию.

От нормальной силы N на фаске лезвия возникает сила трения:

Т2 = Nf,

где f=tg - коэффициент трения массы о материал лезвия; - угол трения.

Силу N можно выразить через угол трения:

.

Аналогичная сила трения Т1 возникает на другой грани лезвия от силы Робж:

Т1=Робж cos f.

Горизонтальная проекция сил Т1 и Т2 равна:

Т’1=Т1 sin =Робж f cos sin , Т’2=Т2 cos = f cos ,

где - задний угол резца, - передний угол резца.

В момент начала резания критическая сила Pкр, приложенная к резцу, должна преодолеть сумму всех сил, действующих в горизонтальном направлении, т. е.:

Ркр=Ррез + Рсж + Т1’+ Т2’. (1)

 Сопротивление, возникающие при-2

Рисунок 1 - Сопротивление, возникающие при внедрении лезвия в материал

Силу Ррез можно определить как произведение площади кромки лезвия Fкp на разрушающее контактное напряжение р:

Ррез=Fкр·р=lр,

где - толщина лезвия; l - длина лезвия.

Зависимость величин сил Рсж и Ро6ж, входящих в выражение (1), от других параметров процесса аналитически можно определить следующим образом.

Примем для упрощения задачи, что .

Рост напряжения с увеличением сж отстает от роста силы Рсж вследствие того, что с внедрением лезвия в слой при условии (где b - толщина лезвия), площадь Fx, на которую действует сила Рсж, растет по закону:

Fx=lhсжtg .

Элементарную силу сжатия dРсж, действующую со стороны столбика площадью dF, длиной, равной единице, и шириной dx можно представить в виде:

dPсж=Есж dhсж tg .

Подставив значение сж, получим:

dPсж=Е dhсж tg ; .

Таким образом, необходимая сила Рсж для сжатия слоя фаской ножа, находится в квадратичной зависимости от величины hсж и графически представляет собой квадратичную параболу.

Если в вертикальном направлении относительная деформация равна 1, то элементарная сила обжатия:

dРобж=1Еdhсж.

Относительную деформацию 1 можно выразить известной зависимостью

1=сж ,

где - коэффициент Пуассона.

Деформации в поперечном направлении здесь поглощаются главным образом за счёт уплотнения материала в слое.

Сила, обжимающая фаску,

Робж==.

Если учесть, что коэффициент Пуассона имеет малые значения, можно сказать, что Робж составляет незначительную долю от величины Рсж.

Подставляя значения всех сил, противодействующих Ркр, получим значение последней для лезвия длиной l=l:

,

или, преобразуя, будем иметь:

.

Для учета трения материала о фаски увеличим угол клина на величину двух углов трения материала о фаски, таким образом, получая антифрикционный клин с углом о=+2 (рис. 2). В дальнейших рассуждениях допускам, что угол и сила N нормального давления поверхности клина на материал неизменны при всех значениях угла . Связь между силами N, воздействующими на материал фасками клина, и вызывающей их внешней силой Р', действующей в направлении перемещения, выражена уравнением:

, (2)

где Ncos - нормальная к плоскости симметрии клина сила, раздвигающая материал при внедрении клина.

 Схема сил, возникающих на-14

Рисунок 2 - Схема сил, возникающих на гранях клина, внедряемого в материал

Полное усилие Р, необходимое для внедрения клина в материал, выражается уравнением:

, (3)

где Р1 - усилие, необходимое для внедрения клина без участия фасок; Nsin - совпадающая с направлением резания слагающая нормального давления фаски клина на материал без учета силы трения; Ntg - сила в плоскости фаски, преодолевающая силу трения, a Ntgcos - ее слагающая в направлении внедрения клина.

Однако как в уравнении (2), так и в (3), не учитывалось то обстоятельство, что с возрастанием угла сила N возрастает пропорционально приращению ширины разреза при условии, что величина внедрения клина при этом одинакова. Уравнения (2) и (3) с учетом этого принимают вид:

и

. (4)

Указанные уравнения хотя и не учитывают всех особенностей процесса резания лезвием, однако по существу отражают основную закономерность изменения усилия Р, необходимого для внедрения лезвия в материал. В них учтены наиболее важные факторы силового взаимодействия лезвия с материалом, хотя свойства материала не нашли отражение.

Существенное влияние на процесс формообразования среза оказывает скорость резания. Установлено, что при малых скоростях резания, соизмеримых или меньших, чем скорость распространения деформаций, разрушение материала происходит по слабым сечениям слоя, не совпадающим с плоскостью разреза, и, поэтому, срез получается не чистым. Чем значительнее скорость резания относительно скорости распространения деформации в материале, тем волна напряжений быстрее доходит до менее удаленных от среза слабых сечений в слое, и их разрушение происходит ближе к сечению разреза. Этим и объясняется более чистый срез. При значительных скоростях резания, разрушение слоя происходит вне зависимости от слабых сечений в слое только по поверхности разреза.

Для определения условия качественной обработки и значения величины скорости резания в зоне упругого поведения резины использовано условие:

,

где а – скорость движения упругой волны в упругом теле; Е=Е1+Е2 – мгновенный модуль упругости резины; – плотность резины.



Pages:   || 2 | 3 |
 

Похожие работы:









 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.