Обоснование способа подачи смазочно-охлаждающей жидкости при дискретном плоском торцовом шлифовании

Анализ двух способов подачи смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) при плоском торцовом шлифовании сегментными абразивными кругами. Снижение температуры поверхности при подаче СОЖ по каналам дискретных абразивных сегментов по сравнению с подачей поливом.

Рубрика Производство и технологии
Вид статья
Язык русский
Дата добавления 02.11.2018
Размер файла 73,4 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 621.922

Обоснование способа подачи смазочно-охлаждающей жидкости при дискретном плоском торцовом шлифовании

П.С.Швагирев, аспирант, (4922) 54-47-35, pshvagirev@mail.ru

(Россия, Владимир, ВлГУ)

Аннотация

охлаждающий жидкость шлифование абразивный

Рассмотрены два способа подачи смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) при плоском торцовом шлифовании сегментными абразивными кругами. Доказано существенное снижение температуры обрабатываемой поверхности при подаче СОЖ по каналам дискретных абразивных сегментов по сравнению с подачей поливом, широко применяемой в промышленности.

Ключевые слова: плоское торцовое шлифование, сегмент, дискретная режущая поверхность, температура, смазочно-охлаждающая жидкость, способ подачи.

Для повышения эффективности плоского торцового шлифования заготовок используют абразивные сегменты с дискретной режущей поверхностью, реализованной в виде открытых продольных каналов, выполненных на установочной базовой плоскости сегментов [1]. Наилучшего результата можно достичь, если дискретность (прерывистость) режущей поверхности сегментов объединить с высокой эффективностью действия смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ).

Это возможно, если СОЖ направить непосредственного в плоскость резания, в локальные точки контакта обрабатываемого материала с режущими абразивными зернами. В конструкциях торцовых шлифовальных кругов, используемых в настоящее время в промышленности, реализовать подвод СОЖ в плоскость резания не представляется возможным по причине отсутствия для этого магистралей.

Новые перспективы в этом направлении открывает торцовый шлифовальный инструмент, оснащенный дискретными абразивными сегментами, продольные каналы которых могут служить магистралями для течения СОЖ в плоскость резания. В этом случае СОЖ следует подавать в конструкцию быстро вращающегося инструмента и направлять ее по каналам дискретных сегментов, при этом СОЖ разгоняется до скорости резания, осуществляя эффективное функциональное действие на процесс резани. Описанное техническое решение требует своего научного обоснования в сравнении с используемым в промышленности способом подачи СОЖ поливом по шлангу. Для этого проанализируем процесс теплообмена при подаче СОЖ в зону плоского торцового шлифования в соответствии с указанными способами подачи: поливом и через конструкцию вращающегося инструмента.

Из теории конвективного теплообмена следует, что эффективность охлаждения определяется режимом движения СОЖ. В общем случае для конвективного теплообмена справедливо уравнение

,(1)

где - количество тепла, уносимого из зоны резания смазочно-охлаждающей жидкостью; - коэффициент теплоотдачи; S площадь поверхности заготовки, омываемая COЖ; - температура заготовки; t0 - исходная температура СОЖ.

Способ подачи СОЖ влияет на коэффициент теплоотдачи и площадь поверхности заготовки, омываемой COЖ.

Коэффициент теплоотдачи характеризует интенсивность тепло-обмена между СОЖ и заготовкой и зависит от ее теплофизических пара-метров, характера ее течения (ламинарный или турбулентный режим), скорости движения СОЖ, формы обтекаемого тела, его размеров и др.

Сравнение двух упомянутых выше способов подачи СОЖ свидетельствует о том, что для каждого из них коэффициент теплоотдачи будет различаться в основном из-за разных скоростей движения СОЖ относительно обрабатываемой заготовки, площади обрабатываемых заготовок, омываемой смазочно-охлаждающей жидкостью.

Таким образом, для оценки способов подачи СОЖ следует рассматривать единую модель распространения тепла, которая будет одинаково справедлива для сравниваемых вариантов. Существуют режимы распространения тепла: стационарный и нестационарный. В нашем процессе плоского торцового шлифования режим распространения тепла в обрабатываемых заготовках является нестационарным, так как СОЖ взаимодействует со шлифовальным кругом и заготовкой периодически.

Стремясь к более простому математическому описанию теплооб-мена, соответствующему стационарному режиму, более правомерно принять этот режим для абразивного сегмента. При этом можно считать, что температура нижней грани сегмента равна температуре шлифуемой поверхности заготовки.

Расчетная модель теплообмена представлена на рисунке, где изображен абразивный сегмент I, находящийся в контакте с обрабатываемой поверхностью 2 заготовки 3. На поверхности 2 контакта сегмента и заготовки происходит процесс резания-трения при движении сегмента со скоростью V относительно заготовки. Требуется определить температуру на нижней грани сегмента.

При шлифовании примерно 95-97% работы силы резания-трения переходит в тепло. Поэтому можно принять, что интенсивность внешнего теплового источника равна

,(2)

где Py - радиальная составляющая силы резания, направленная перпендикулярно обрабатываемой поверхности заготовки; f - коэффициент резания-трения; V - скорость резания; I - механический эквивалент теплоты.

Расчетная схема теплообмена сегмента.

Выделим в нижней части сегмента на высоте Z элемент А высотой dZ. Площадь нижней режущей грани сегмента обозначим через S. Согласно закону Фурье, количество тепла, поступающего в элемент А в единицу времени через его нижнюю грань,

,(3)

где - коэффициент теплопроводности, - градиент температур. Количество тепла, уходящее через его верхнюю грань,

,(4)

Количество тепла, поглощенное элементом А, равно разности

(5)

Разность градиентов температур можно представить в виде

(6)

Таким образом, в единицу времени элемент А получает следующее количество теплоты

(7)

Благодаря СОЖ элемент А охлаждается, т.е. тепло уходит через его боковую поверхность площадью Ldz, где L - часть периметра поперечного сечения сегмента, по которой он омывается СОЖ.

Количество тепла, уносимого из элемента А посредством СОЖ,

,(8)

где - исходная температура СОЖ; - коэффициент теплоотдачи.

Так как , то в уравнении (7) под знаком дифференциала можно поставить член

Для абразивного сегмента тепловой режим стационарный, поэтому

,(9)

или

,(10)

Заменяя в уравнении (10)

, ,(11)

и сокращая на dz, получим дифференциальное уравнение теплопроводности

(12)

Интегрирование выражения (12) приводит к уравнению

(13)

Считая, что температура верхней грани сегмента не изменяется (или изменяется очень незначительно), можно принять, что высота сегмента не ограничена, т. е. равна ?.

Таким образом, граничные условия состоят в следующем:

при , или .

В результате подстановки этих условий в уравнение (13) получим

, отсюда следует.

Следовательно, уравнение (13) примет вид

или (14)

В абразивный сегмент уходит какая-то К-я часть от всего тепла , выделяющегося в зоне резания, тогда в заготовку будет поступать (1-К)-я часть тепла Q. С учетом сказанного общее количество тепла, выделяющегося в зоне резания, можно представить QQ+(К-1)Q. В то же время через боковую поверхность из сегмента уходит количество тепла, определяемое по уравнению (8),

(15)

Учитывая то, что , составим для абразивного сегмента уравнение теплового баланса,

(16)

Из выражения (16) имеем

,

или

(17)

С учетом (17) уравнение (14) представится

(18)

Очевидно, что максимальное значение будет на нижней грани абразивного сегмента, то есть при , поэтому

(19)

Анализ формулы (19) показывает, что способ подачи СОЖ в зону резания влияет на температуру шлифуемой заготовки (температуру нижней грани сегмента, находящейся в контакте с заготовкой) посредством изменения коэффициента теплоотдачи ; периметра поперечного сечения сегмента, омываемого СОЖ; площади поперечного сечения сегмента S; коэффициента резания-трения .

Значение коэффициента теплоотдачи определяется выражением

,(20)

где - критерии Нуссельта; - коэффициент теплопроводности СОЖ; - определяющий размер потока СОЖ (длина потока).

Способ подачи СОЖ на и практически не влияет, но он значительно влияет на значение

В общем случае критерий Нуссельта () зависит от формы обтекаемого тела и режима движения жидкости. Для двух сравниваемых способов подачи СОЖ режим движения СОЖ является турбулентным. При обтекании жидкостью плоской поверхности в турбулентном режиме известна зависимость [2]

,(21)

где Re - критерий Рейнольдса; Pr - критерий Прандтля для СОЖ при нормальной температуре;критерий Прандтля для СОЖ при температуре потока, - критерий Прандтля для СОЖ при температуре заготовки.

В то же время [2]

,(22)

где V скорость движения жидкости; определяющий размер потока; н кинематическая вязкость жидкости, c теплоемкость жидкости, с плотность жидкости.

Из выражений (21) и (22) следует, что влияние способа подачи СОЖ отражается на значении только критерия Рейнольдса из-за изменения скорости V движения СОЖ. При этом

,(23)

где значение критерия Нуссельта при 1-м и 2-м способах подачи СОЖ; скорости движения CОЖ при 1-ом, 2-ом способах подачи СОЖ.

Из выражения (20) следует, что

,(24)

где коэффициенты теплоотдачи при 1-ом и 2-ом способах подачи CОЖ соответственно.

Таким образом, коэффициент теплоотдачи при 2-ом способе подачи будет выше, чем при 1- ом способе. Скорость течения СОЖ по 1-му способу подачи поливом по шлангу можно определить по формуле

,(25)

где = (40-50)л/мин минутный расход СОЖ, подаваемой по шлангу, определяется экспериментально;=20мм - диаметр шланга.

Фактическая скорость течения СОЖ по обрабатываемой поверхности заготовки меньше скорости течения по шлангу, так как движению СОЖ по поверхности заготовки препятствуют аэродинамические потоки, генерируемые быстровращающимся инструментом. Несмотря на это скорость течения СОЖ по обрабатываемой поверхности заготовки принята равной скорости движения ее по шлангу, что предоставляет 1-му способу подачи СОЖ определенные предварительные преимущества.

Подача СОЖ по 2-му варианту осуществляется через конструкцию быстровращающегося торцового шлифовального круга. Попав из трубопровода в инструмент, СОЖ разгоняется до скорости резания

,(26)

где - диаметр, на котором расположены режущие абразивные зерна; - частота вращения дискретного торцового шлифовального круга.

Подставив в (24) выражения (25) и (26) и решая полученное уравнение относительно коэффициента теплоотдачи при 2-ом способе подачи СОЖ, получим

(27)

Таким образом, используя выражение (27), можно рассчитать коэффициент теплоотдачи для реально действующего процесса торцового шлифования с подачей СОЖ по 1-му и 2-му вариантам. Для численных значений л/мин, =20мм, мм и =980 мин-1, в соответствии с равенством (27) получим, то есть коэффициент теплоотдачи при подводе СОЖ в плоскость резания по каналам абразивных сегментов более чем в 6 раз выше коэффициента теплоотдачи при подводе СОЖ поливом.

Представим формулу (19) в виде

(28)

Пусть , тогда . Оценим в относительной форме, - превышение температуры детали над температурой окружающей среды при 1-ом способе подачи СОЖ. Тогда то же самое при 2-ом способе подачи СОЖ: . Отношение .

Ранее было установлено, что . Следовательно, .

Таким образом, подача СОЖ в зону резания через конструкцию быстро вращающегося торцового шлифовального круга, по каналам абразивных сегментов приводит к снижению температуры в зоне резания в 2,51 раза по сравнению с подачей СОЖ поливом на заготовки из шланга.

Оценим влияние увеличения скорости течения СОЖ при 2-м способе по сравнению с 1-м на относительное изменение температуры (см. таблицу)

(29)

Таблица. Влияние увеличения отношения скоростей течения СОЖ на относительное изменение температуры

1

2

3

4

5

10

15

1,0

1,31

1,55

1,74

1,90

2,51

2,95

Анализируя полученные данные, можно констатировать, что подача CОЖ по каналам дискретных абразивных сегментов в плоскость резания при торцовом шлифовании более эффективна и позволяет существенно уменьшить тепловыделения в обрабатываемые заготовки по сравнению с подачей СОЖ поливом, применяемым в условиях производства.

Список литературы

1. Швагирев П. С. Дискретизация абразивных сегментов выполнением каналов на установочной базовой плоскости: Мат-лы Международной НТК«Иновационные технологии в автоматизированном машиностроении и арматуростроении» .- Курган: Изд-во Курганского гос. ун-та, 2010.- с.157-162.- ISBN 85-86328-821-3.

2.Резников А. Н., Резников Л. А. Тепловые процессы в технологических системах. - М.: Машиностроение, 1990. - 288 с. - ISBN 978-5-4217-0055-5.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

  • Обзор математических моделей и зависимостей для расчета контактных температур. Распределение тепловых потоков между заготовкой, стружкой и шлифовальным кругом в зоне шлифования. Определение массового расхода смазочно-охлаждающей жидкости для шлифования.

    лабораторная работа [95,6 K], добавлен 23.08.2015

  • Описание источников образования отработанной смазочно-охлаждающей жидкости. Определение ее состава, степени и класса опасности, воздействия на окружающую среду и человека. Анализ методов утилизации и разработка комплексных мероприятий по обращению.

    курсовая работа [201,7 K], добавлен 24.04.2014

  • Особенности процесса резания при шлифовании. Структура и состав используемого инструмента. Форма и спецификация шлифовальных кругов, учет и нормативы их износа. Восстановление режущей способности шлифовального инструмента. Смазочно-охлаждающие жидкости.

    презентация [1,7 M], добавлен 29.09.2013

  • Определение вида заготовки и припуска на обработку. Выбор станков с указанием паспортных данных, измерительного инструмента, смазочно-охлаждающей жидкости. Расчёт режимов резания при обработке на токарно-винторезном и вертикально-сверлильном станке.

    контрольная работа [57,7 K], добавлен 06.05.2013

  • Определение числа ходов при сверлении, инструментального материала, смазочно-охлаждающей жидкости, глубины, силы, мощности резания и проведение расчета частоты вращения с целью исполнения операций токарных, осевой обработки, фрезерных, шлифовальных.

    курсовая работа [181,5 K], добавлен 25.02.2010

  • Токарная обработка и классификация токарных станков. Сущность обработки металлов резанием. Геометрические параметры режущего инструмента. Влияние смазочно-охлаждающей жидкости на процесс резания. Образование стружки и сопровождающие его явления.

    реферат [1,8 M], добавлен 04.08.2009

  • Основные трудности обработки отверстий. Варианты наладок при операциях глубокого сверления. Функции смазочно-охлаждающей жидкости, способы ее подвода. Разновидности глубокого сверления. Формирование удовлетворительной стружки и ее вывод из отверстия.

    методичка [891,9 K], добавлен 08.12.2013

  • Предназначение системы автоматического управления поперечной подачей при врезном шлифовании. Построение функциональной схемы. Расчет передаточных функций преобразователя, электродвигателя, редуктора. Определение устойчивости по критерию Найквиста.

    курсовая работа [1,1 M], добавлен 12.08.2014

  • Заготовки фасонного монолитного инструмента из твердого сплава. Припаивание пластин из твёрдых сплавов. Процесс шлифования. Смазочно-охлаждающие жидкости. Затачивание и доводка алмазными кругами. Шлифование многогранных неперетачиваемых пластин.

    курсовая работа [8,8 M], добавлен 27.12.2008

  • Методы проектирования систем применения смазочно-охлаждающих жидкостей на операциях шлифования. Математическая модель процесса очистки СОЖ от механических примесей в фильтрах и баках-отстойниках. Исследование движения жидкости и механических примесей.

    дипломная работа [439,5 K], добавлен 23.01.2013

  • Причины движения жидкости, его виды. Свойства потока при плавно изменяющемся движении. Гидротрансформаторы: устройство и применение. Устройство и рабочий процесс гидротрансформатора. Вальные насосы: виды потерь, снижение неравномерности подачи жидкости.

    контрольная работа [2,3 M], добавлен 03.01.2013

  • Определение рабочих параметров гидравлической сети с насосной системой подачи жидкости. Исследование эффективности дроссельного и частотного способов регулирования подачи и напора. Расчет диаметра всасывающего, напорного трубопровода и глубины всасывания.

    курсовая работа [1,1 M], добавлен 01.12.2013

  • Методы придания обрабатываемой поверхности высокой чистоты. Устройство и предназначение круглошлифовального станка. Автоматизация основных циклов работы при шлифовании деталей. Расчёт частоты вращения шпинделя. Виды и свойства абразивных материалов.

    презентация [3,4 M], добавлен 15.06.2017

  • Общие сведения о заточном полуавтомате. Анализ и сравнение технических характеристик моделей ВЗ-392Ф4 и ВЗ-295Ф4. Разработка режима резания при шлифовании. Характеристика системы управления станком. Исследование конструкции привода продольной подачи.

    дипломная работа [3,8 M], добавлен 24.02.2014

  • Способы повышения эффективности процесса шлифования, основные схемы, обзор оборудования и инструментов. Абразивные материалы. Связка шлифовального круга. Смазочно-охлаждающие жидкости. Форма и маркировка шлифовальных кругов. Автоматизация процесса.

    курсовая работа [1,4 M], добавлен 04.11.2014

  • Расчёт нерегулируемого объёмного гидропривода возвратно-поступательного движения. Определение расчётного давления в гидросистеме, расхода рабочей жидкости в гидроцилиндре, потребной подачи насоса. Выбор гидроаппаратуры. Тепловой расчёт гидросистемы.

    курсовая работа [166,7 K], добавлен 06.02.2011

  • Требования к физико-химическим и эксплуатационным свойствам смазочных материалов в классификациях и спецификациях. Смазочно-охлаждающие жидкости и нефтяные масла. Классификация нефтяных масел и область их применения. Стандарты рансформаторных масел.

    контрольная работа [26,3 K], добавлен 14.05.2008

  • Описание работы гидропривода и назначение его элементов. Выбор рабочей жидкости, скорости движения при рабочем и холостом ходе. Определение расчетного диаметра гидроцилиндра, выбор его типа и размеров. Вычисление подачи насоса, давления на выходе.

    курсовая работа [232,2 K], добавлен 20.01.2015

  • Создание сложных информационных измерительных и вычислительных систем. Принцип работы узла подачи ингибитора коррозии и нейтрализатора на АВТ-2. Датчик уровня для емкости. Радарный датчик уровня. Оценка погрешности канала измерения уровня жидкости.

    отчет по практике [1,4 M], добавлен 21.05.2015

  • Подбор оптимального варианта насоса для подачи орошения колонны К-1 из емкости Е-1. Теплофизические параметры перекачиваемой жидкости. Схема насосной установки. Расчет напора насоса, построение "рабочей точки". Конструкция и принцип действия насоса.

    реферат [92,1 K], добавлен 18.03.2012

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.