close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Технологическое обеспечение качества гидроабразивного резания стеклотекстолитов за счет управления параметрами прошивки

код для вставкиСкачать
На правах рукописи
ЖУРАВЛЕВА ТАТЬЯНА АЛЕКСАНДРОВНА
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ КАЧЕСТВА ГИДРОАБРАЗИВНОГО
РЕЗАНИЯ СТЕКЛОТЕКСТОЛИТОВ ЗА СЧЕТ УПРАВЛЕНИЯ ПАРАМЕТРАМИ
ПРОШИВКИ
Специальность 05.02.08 - Технология машиностроения
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Орел 2016
Работа
выполнена
машиностроительных
на
кафедре
производств»
«Конструкторско-технологическое
ФГБОУ
ВО
«Приокский
обеспечение
государственный
университет»
Научный руководитель:
Барсуков Геннадий Валерьевич
доктор технических наук, доцент, заведующий
кафедрой «Конструкторско-технологическое
обеспечение машиностроительных производств»
ФГБОУ ВО «Приокский государственный
университет»
Официальные оппоненты:
Галиновский Андрей Леонидович
доктор технических наук, профессор кафедры СМ-12
"Технологии ракетно-космического
машиностроения" ФГБОУ ВПО МГТУ им. Н.Э.
Баумана
Яблуновский Ян Юрьевич
кандидат технических наук, главный технолог
Акционерного общества «Рыбинский завод
приборостроения»
Ведущая организация:
ФГОУ ВПО "Московский государственный
университет имени М.В. Ломоносова"
Защита состоится 25 марта 2016 года в 10.00 на заседании объединенного
диссертационного совета Д 999.039.03, созданного на базе ФГБОУ ВО «Приокский
государственный университет», ФГАОУ ВПО «Белгородский государственный
национальный
исследовательский
университет»,
ФГБОУ
ВПО
«Липецкий
государственный технический университет» по адресу: 302020, г. Орел, Наугорское шоссе,
29, ауд.212
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на официальном сайте ФГБОУ ВО
«Приокский государственный университет» http://gu-unpk.ru.
Отзывы на автореферат направлять по адресу: 302020, г. Орел, Наугорское шоссе, 29,
ФГБОУ ВО «Приокский государственный университет»
Автореферат разослан « 2 » февраля 2016 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета,
к.т.н., доцент
Ю.В. Василенко
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы.
В настоящее время изделия из листовых слоистых стеклопластиков потребляются во
многих отраслях промышленности.
Стеклотекстолиты являются одной из наиболее многочисленных и перспективных
групп стеклопластиков конструкционного и электро-радиотехнического назначения. Эти
материалы отличаются высокой прочностью, упругостью, теплостойкостью и
диэлектрическими свойствами.
В России основной объем потребления стеклотекстолитов приходится на
электротехническую отрасль, машиностроение и оборонную промышленность. В
электротехнике стеклотекстолиты используют при изготовлении клиньев для пазовой
изоляции статорных обмоток машин переменного тока, роторных обмоток генераторов и
асинхронных двигателей, панелей, шайб, планок с контактами, прокладок, изоляторов,
колец в электрощитовом оборудовании и др. В машиностроении из данных материалов
изготавливают шестерни, втулки, ролики, кольца и другие изделия конструктивного
назначения. В оборонной промышленности стеклотекстолиты востребованы в
производстве различных панелей, прокладок, корпусов приборов, траверс, колец, дисков.
В авиастроении стеклотекстолиты используются для производства обшивок различных
слабонагруженных конструкций (монолитных и сотовых) пассажирских авиалайнеров.
В настоящее время основными методами обработки листовых стеклотекстолитов
являются обработка резанием и разделительная штамповка. Как правило, штамповка
применяется в серийном и массовом производстве, когда экономически оправдано
изготовление штампов.
В единичном и мелкосерийном производстве чаще всего применяют обработку
лезвийным инструментом: точение, фрезерование, сверление и др. Обработка
рассматриваемых материалов данными методами имеет ряд недостатков, заключающихся
в невысокой производительности процесса обработки, быстром затуплении режущего
инструмента, образовании дефектов (расслоений, пережогов, трещин и др.), высоком
уровне запыленности на рабочем месте и объясняющихся, в основном, особенностями
физико-механических свойств, строения и структуры материала, высокими абразивными
качествами наполнителя, анизотропией и неоднородностью составных частей материала.
Вследствие интенсивного износа режущей части инструмента, требуется большое
количество его переточек.
Гидроабразивное резание (ГАР) - это современный перспективный метод разделения
материалов, основанный на процессах разрушения под действием сверхзвукового потока
жидкости и абразива.
Применение метода ГАР для обработки деталей из стеклотекстолитов позволит:
устранить недостатки обработки механическими методами; достигнуть существенного, в
среднем в 4…5 раз, снижения трудоемкости изготовления деталей; улучшить
экологическую обстановку на рабочем месте; изготавливать детали фигурного профиля за
один установ; значительно (до 30-35%) снизить отход материала вследствие
рационального раскроя и минимальных припусков.
Попытки использования данного метода при резке заготовок из стеклотекстолитов
различных толщин выявили проблему образования в материале расслоений величиной до
70…80 мм во время прошивки («пирсинга») материала. Согласно ГОСТ 20406-75,
расслоение - дефект, выраженный в полном или частичном отделении друг от друга слоев
слоистого материала. По ОСТ 107.460053.011-2003 по контуру изделий из пластмасс
допускаются расслоения площадью до 0,5 мм2 и глубиной не более 0,15 толщины
материала.
3
В направлении увеличения производительности и обеспечения качества резания
листовых материалов сверхзвуковой струей жидкости различного состава следует
отметить работы Р.А. Тихомирова, Е.Н Петухова, Д.В. Кравченко, А.Л. Галиновского, Г.В.
Барсукова, М.А. Бурнашова, Р.Г. Мирзоева, W. Koening, M. Hashish, H. Ho-Cheng, P. D.
Unde, M. D. Gayakwad, N. G. Patil, R. S. Pawade, D. G. Thakur, P. K. Brahmankar, F. Cénac,
M. Déléris, F. Collombet, R. Zitoune J. Zeng, P. Tambe, M. Shukla, D.K. Shanmugam, T.
Nguyen, J. Wang.
Однако, при большом количестве работ, посвященных гидроабразивному резанию,
проблемам появления расслоений при прошивке стеклотекстолитов не уделялось
должного внимания. Отсутствуют практически применимые рекомендации и расчетные
модели по выбору режимов прошивки данных материалов, позволяющие исключить
возникновение расслоений.
Исходя из сказанного, изучение зависимостей влияния режимов и способов
прошивки листовых стеклотекстолитов на величину их расслоения, а также разработка
технологических рекомендаций по их прошивке методом ГАР является актуальной
научно-технической задачей.
Цель работы: обеспечить отсутствие расслоений на поверхности готовых деталей
из стеклотекстолитов при гидроабразивном резании на основе научно-обоснованного
выбора режимов прошивки и траектории движения сопла.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Теоретически изучить и провести анализ факторов, влияющих на величину
расслоения при прошивке листовых стеклотекстолитов методом гидроабразивного
резания.
2. Установить функциональные зависимости образования расслоений в листовых
стеклотекстолитах при прошивке от технологических режимов посредством
моделирования его разрушения под действием гидроабразивной струи.
3. Экспериментально определить влияние режимов прошивки и основных
технологических параметров на возникновение и величину расслоения листовых
стеклотекстолитов.
4. Разработать критерий обрабатываемости листовых стеклотекстолитов методом
гидроабразивного резания по значению величины расслоения материала при прошивке.
5. Разработать и промышленно апробировать технологические рекомендации по
резке листовых стеклотекстолитов методом ГАР, обеспечивающие отсутствие расслоений
на поверхности готовой детали.
Научная новизна.
1. На основе предложенной физической картины расслоения стеклотекстолита под
действием гидроабразивной струи и моделирования напряженно-деформированного
состояния выявлена преобладающая роль касательных напряжений в образовании
межслойных трещин и получены их математические модели, позволяющие определить
условия зарождения трещин при прошивке по предельному значению касательных
напряжений.
2. Выявлены экспериментальные закономерности величины расслоения
стеклотекстолита при прошивке гидроабразивной струей от давления истечения, диаметра
фокусирующей трубки, зернистости абразива, траектории движения и угла наклона
фокусирующей трубки.
3. Предложен относительный критерий обрабатываемости стеклотекстолита по
расслоению, характеризующий физико-механическое состояние материала на момент
обработки. Введение этого критерия позволило классифицировать материалы по
коэффициенту относительной обрабатываемости для определения необходимости и
4
последовательности действий при коррекции режимов прошивки и траектории движения
сопла.
Практическая ценность.
1.
Получены зависимости влияния основных технологических факторов на
величину расслоения листовых стеклотекстолитов, позволяющие технологу назначить
режимы их прошивки, обеспечивающие отсутствие или минимальную величину
расслоения.
2.
Предложен критерий обрабатываемости листовых стеклотекстолитов
гидроабразивной струей по расслоению при прошивке (Кн – коэффициент относительной
обрабатываемости по критерию величины расслоения), позволяющий определить:
 необходимость
корректировки
технологических
режимов
прошивки
обрабатываемого материала;
 целесообразность увеличения межлекального расстояния при раскладке деталей
на листе при его раскрое;
 необходимость удаления точки прошивки от обрабатываемого контура;
 необходимость
применения
специальных
технологических
приемов
(«отсекающие резы» и т.п.) при вырезке деталей;
 возможность обработки внутренних поверхностей (пазов, отверстий, окон и т.д.).
3.
Разработаны и промышленно апробированы технологические рекомендации
по обработке листовых стеклотекстолитов высокопроизводительным методом
гидроабразивного резания, позволяющие исключить возникновение расслоений на
поверхности готовой детали.
Основные положения, выносимые на защиту.
1. Физическая модель разрушения листового стеклотекстолита под действием
гидроабразивной струи.
2. Модель напряженно-деформированного состояния
стеклотекстолита при
действии на него гидроабразивной струи.
3. Зависимости величины расслоения стеклотекстолитов от технологических
режимов прошивки.
4. Методика диагностирования материала и определения коэффициента
относительной обрабатываемости по расслоению листовых стеклотекстолитов.
5. Комплекс мероприятий и специальных технологических приемов, позволяющих
предотвратить распространение расслоений материала, образующихся при прошивке, на
поверхность детали.
Апробация работы.
Результаты работы докладывались и обсуждались на всероссийских научнотехнических конференциях «Наукоемкие технологии в приборо- и машиностроении и
развитие инновационной деятельности в ВУЗе» (г. Москва, 2010г., 2012г.), заседании
научно-технического Совета ассоциации разработчиков и производителей корабельных
информационных и управляющих систем «Моринформсистема» (г. Калуга, 2010 г.),
Международных
научно-практических
интернет-конференциях
"Энергои
ресурсосбережение - XXI век" (г. Орел, 2013г. и 2014г.), региональных заочных научнопрактических конференциях «Конструкторско-технологическое обеспечение качества
изделий машиностроения» (2013г., 2014г.), региональной научно-практической
конференции им. А.Г.Шипунова (г. Ливны, 2014г.). Исследования в области
гидроабразивного резания стеклотекстолитов были отмечены присуждением премии
Городской Управы г. Калуги.
Результаты исследований нашли применение на ОАО «КЭМЗ», АО «Тайфун», ОАО
«Калужский завод автоэлектрооборудования».
5
Соответствие диссертационной работы паспорту научной специальности.
Областью диссертационного исследования является обеспечение качества
поверхности деталей из стеклотекстолитов по критерию отсутствия расслоений,
образующихся в начале гидроабразивного резания (при прошивке) путем управления
технологическими параметрами прошивки и коррекции траектории рабочих ходов.
Область исследования соответствует паспорту специальности 05.02.08-Технология
машиностроения (технические науки):
п.2 - технологические процессы, операции, установы, позиции, технологические
переходы и рабочие хода, обеспечивающие повышение качества изделий и снижение их
себестоимости;
п.3 - математическое моделирование технологических процессов и методов
изготовления деталей и сборки изделий машиностроения;
п.7 - технологическое обеспечение и повышение качества поверхностного слоя,
точности и долговечности деталей машин.
Публикации.
По материалам диссертации опубликовано 20 печатных работ, 5 из них в научнотехнических изданиях из перечня ВАК, 1- в коллективной монографии, 1- в зарубежном
издании.
Диссертационная работа выполнялась на кафедре «Конструкторско-технологическое
обеспечение машиностроительных производств» ФГБОУ ВО «ПГУ».
Структура и объем диссертации.
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из
134 наименований и приложений, содержит 15 таблиц и 74 рисунка.
Общий объем диссертации составляет 171 страницу.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении дана оценка состояния проблемы, изложены основные цели
диссертации, а также ее общая характеристика.
В первой главе приведены наиболее распространенные классификации
стеклопластиков (по методу изготовления, по типу и ориентации стекловолокна, по типу
связующего), отмечена актуальность производства деталей из стеклотекстолитов.
Проведен анализ основных методов обработки стеклотекстолитов: разделительной
штамповки, механической обработки лезвийным инструментом, а также лазерной резки.
Рассмотрены технологические особенности обработки стеклотекстолитов методом ГАР.
Выяснено, что основной проблемой обработки данных материалов методом ГАР является
образование расслоений величиной до 70…80 мм во время прошивки («пирсинга»)
материала струей.
Дан
литературный обзор по современному состоянию рассматриваемых в
диссертации вопросов, проведен анализ состояния теоретических и экспериментальных
исследований в области гидроабразивной обработки листовых полимерных материалов.
Во второй главе разработана физическая модель расслоения стеклотекстолита под
действием гидроабразивной струи.
Выделены следующие стадии разрушения поверхности стеклотекстолита от
действия гидроабразивной струи (рис. 1):
1.
Начальная стадия взаимодействия – изгиб верхних слоев стеклопластика,
сжатие в направлении движения струи. Слои материала внутри угла изгиба сжимаются, а
снаружи растягиваются и удлиняются в продольном направлении. Между удлиненными и
укороченными слоями образуется нейтральный слой. Слои стеклопластика при
проникании гидроабразивной струи стремятся не только оторваться друг от друга, но и
сдвинуться одна относительно другой (рис.1.а).
6
2.
Стадия проникания струи в поверхность стеклотекстолита – по границе пятна
контакта происходит образование трещин, а затем унос материала (рис.1.б).
3.
Стадия поперечного растекания струи – жидкость растекается в зоне
разрушения, на уровне поперечного смещения слоев происходит расслоение (рис.1.в).
а)
б)
в)
Рис. 1 Стадии разрушения поверхности стеклопластика от действия гидроабразивной
струи: а) начальная стадия взаимодействия; б) проникание струи в поверхность стеклопластика
с образованием трещин; в) стадия поперечного растекания струи
Исходя из такой физической картины разрушения, можно обеспечить получение
сквозного отверстия в стеклотекстолите за счет управления давлением истечения струи.
Таким образом, при назначении режимов прошивки стеклотекстолитов с учетом
возможного расслоения, на первый план выступает уровень касательных напряжений,
который должен быть меньше предельных значений для применяемого материала.
Выполнен анализ напряженно-деформированного состояния стеклотекстолита при
проникании гидроабразивной струи под действием сосредоточенной силы. Решение задачи
оценки напряженного состояния стеклотекстолита под действием гидроабразивной струи
проведено для простейшей точечной нагрузки.
В качестве решения уравнений теории упругости исходили из общего решения в
форме П.Ф.Папковича:
U  B
m
4( m  1)
grad  R  B  B0  ,
(1)
где U - вектор перемещения;
m - число Пуассона;
R- радиус-вектор, задающий положение любой точки упругой среды;
В - потенциальный вектор;
В 0 - потенциальный скаляр.
Решение уравнения (1) для случая действия сосредоточенной силы в
неограниченной упругой среде получено А.И. Лурье, сводящееся к определению
перемещений и напряжений на поверхности сферы радиусом R в окрестности точки O
(рис.2).
Рис. 2 Схема к оценке напряженного состояния стеклопластика
под действием гидроабразивной струи
Расчет напряженно-деформированного состояния образца основывался на методе
суперпозиции решений для трех случаев нагружения полубесконечной среды:
1) сила действует перпендикулярно плоскости Oxy в точке O;
2) сила действует в плоскости Oxy в точке O вдоль оси x;
3) сила действует в плоскости Oxy в точке O вдоль оси y.
7
Для первого случая решение сводилось к уравнению расширения линии центров,
которое может быть записано в виде:
(2)
U  Agrad ln( R  R  e) ,
где А - постоянный скаляр;
e – единичный вектор действия силы (в данном случае орт оси z);
R – модуль вектора R.
Для второго и третьего случая решение находилось в виде линейной комбинации (в
алгебраическом и интегро-дифференциальном смыслах) некоторых гармонических
функций 1, 1, 1 и 2 удовлетворяющих (1):
(3)
U  L(1 ,  2 , 1 , 2 ) ,
где L(1 ,  2 , 1 , 2 ) – линейный оператор.
Получено общее решение в перемещениях:
2
2

 xy m  2

1  1
x
m 2 1
x
xy
 Sx  
ux 




  Sy 

 R3
4 G   R R3
m  R  z R  R  z 2  
m R  R  z 2 




 
 xz
S z 

 R3
m2
m

,
RR  z 
x
2
 1 y2 m  2  1

 xy m  2

xy
y
uy 




 
S 
  Sy  
 R R3
4 G  x  R3
m R  R  z 2 
m  R  z R  R  z 2  

 



1 
 yz
S z 

 R3
uz 
m2
m

,
RR  z 
1 
 xz
4 G 
 R3

 Sx 
 2 m  2
S z 



Rm
(4)
y
z
m2
m
 zy m  2

y

S



y 
3
RR  z 
m RR  z
R
x




2 
 ,
R 
3 
где: x, y и z – текущие координаты,
Sx, Sy и Sz – проекции силы резания на оси системы координат;
G – модуль сдвига;
m – число Пуассона.
Получены выражения для расчета касательных напряжений:
 xy 
1 
 6x2 y
 Sx  
4 

 yz 
R
1 
5

 3y2 x
 Sx  
2 

 3xyz m  2 xy  2 R  z    (5)
 x 1 6 xy 2 

S
 5   2S z   5 
y 3 
2 
2 
3
m RR  z 
R 
m R3  R  z   
R R
 R
m2

R
5
2y

3 xyz 
R
5
2
 m2
2
yz  2 R  z  x  2 R  z   




2
2 
3
3
m
R
R

z


R
R

z
R
R

z







  Sy 

 6 z 2 y  3 m  2  y  
 1 
 3 
5
R
m

 R 

S z  
8
(6)
 3 zx 2 3 z 2 x m  2  x 2  2 R  z  x 3  2 R  z   
6 xyz
 zx 
 3
S

 Sx   5  5 
 3
2
3 
y R5
4   R
R
m  R R  z
R R  z 
1 

 S  1 
z 
m2 x
(7)
6 xz  
2

 3
 .
5
R 
R
На рис.3 представлены результаты численного расчета касательных напряжений по
поверхности стеклотекстолита при проникании гидроабразивной струи.
m
а)
б)
в)
Рис.3 Величина расчетных напряжений в зоне проникания гидроабразивной струи в
стеклотекстолит (сила воздействия S=100Н, m = 0,25) а) σxy; б) σzy; в) σxz
Таким образом, в работе установлено влияние силы воздействия гидроабразивной
струи на напряженно-деформированное состояние стеклопластика, что позволяет
выполнить сравнительный анализ уровня созданных напряжений с критическими
значениями и прогнозировать возможность расслоения в процессе обработки.
В третьей главе проведены экспериментальные исследования влияния
технологических параметров прошивки гидроабразивной струей на величину расслоений
стеклотекстолита СТЭФ-I 1с ГОСТ 12652-74.
Исследования включали в себя проведение четырех серий полных факторных
экспериментов (ПФЭ) типа 25. Прошивка образцов проводилась двумя приемами: с
движением фокусирующей трубки по окружности Ø 1мм и с неподвижной фокусирующей
трубкой. В качестве абразивного материала для резания использовался гранатовый абразив
двух видов: со средним размером абразивного зерна 0,125мм и 0,178 мм.
При этом варьируемыми параметрами были: х1 - давление прошивки Р; х2 - расход
абразива Q; х3 - расстояние от фокусирующей трубки до материала l; х4 - диаметр
фокусирующей трубки d; х5 - средний размер абразивного зерна З.
Уравнения регрессионного анализа зависимости величины расслоения от
варьируемых параметров представлены в таблице 1.
Выяснено, что при прошивке материала с движением фокусирующей трубки по
окружности величина расслоений в общем случае меньше, чем при прошивке материала с
неподвижной фокусирующей трубкой. Это связано с лучшим отводом отработанной
абразивно-жидкостной смеси из зоны резания.
Как показали экспериментальные исследования, на возникновение и величину
9
расслоения материала наиболее существенно влияют следующие технологические
факторы: давление при прошивке материала (х1) (до 90%); диаметр выходного отверстия
фокусирующей трубки (х4) (до 9,5%); средний размер абразивного зерна (х5) (до 12,5%). С
ростом давления увеличивается размер расслоения материала (рис. 4). С увеличением
размера абразивного зерна увеличивается величина расслоений. С увеличением диаметра
выходного отверстия фокусирующей трубки размер расслоений уменьшается.
Таблица 1 Уравнения регрессии, полученные в результате обработки экспериментов
2
3
4
По
окружности
Ø 1мм
1
Неподвижная
№
эксп.
Хар-р
движения
фокус.
трубки при
прошивке
Интервал
варьирования d, мм
Уравнение регрессионного анализа
0,6-0,76
у(Н)=13,957+9,054х1+0,825х2-0,819х3-2,316х4+3,365х5 +
0,656х1х2-1,316х1х3+2,123х1х4+3,365х1х5-1,082х2х3
(8)
0,76-1,02
у(Н)=8,013+7,78х1-1,258х3-3,629х4+1,994х5-1,301х1х3-3,396х1х4+1,994х1х5-1,395х4х5-1,347х1х4х5+0,89х2х3х4+
+0,475х2х4х5+0,944х1х2х3х4
(9)
0,6-0,76
у(Н)=23,282+14,761х1+1,525х2+2,255х4+1,738х5+1,349х1х2+
+1,7386х1х5-1,143х2х3+1,726х2х4+1,19х3х4-0,829х1х2х3+
+1,575х1х3х4-2,002х2х3х4-1,11х1х2х3х4
(10)
0,76-1,02
у(Н)=25,689+20,196х1+1,784х3+0,873х5+1,724х1х3+
+3,395х1х4+0,873х1х5-1,007х2х3-2,69х2х4-0,661х1х2х31,89х1х2х4-0,651х2х3х5+2,138х2х3х4+1,279х1х2х3х40,942х1х2х3х5
а)
(11)
б)
Рис. 4 Зависимость величины расслоения стеклотекстолита СТЭФ-I от давления струи при
прошивке с различными траекториями движения фокусирующей трубки: а) Q=150 г/мин; l=3мм;
d=0,76мм; З=0,125 мм; б) Q=150 г/мин; l=3мм; d=1,02мм; З=0,125 мм
В связи с тем, что в конструкции множества деталей в машиностроении часто
встречаются наклонные и конические поверхности было исследовано влияние угла
наклона струи при прошивке на величину расслоения материала. Выяснено, что характер
возникновения и величина расслоения стеклотекстолита при прошивке с наклоном
поверхности резания и без ее наклона аналогичны: на величину расслоения материала
наиболее существенно влияет давление при прошивке (рис. 5).
На основании экспериментальных исследований и производственного опыта
гидроабразивного резания стеклотекстолитов все факторы, влияющие на возникновение
10
расслоений при прошивке, предложено разбить на две группы:
1) «управляемые» - режимы прошивки материала и характер движения
фокусирующей трубки при прошивке;
2) «неуправляемые» - свойства материала на момент его обработки. Под свойствами
материала на момент обработки понимается совокупность микродефектов материала,
приобретенных им во время изготовления, транспортировки и хранения. Данная группа
факторов существенно влияет на возникновение и величину расслоения материала при
прошивке, т.к. во время прошивки у струи нет свободного выхода, и при встрече с
микродефектами под действием гидроклина абразивно-жидкостная смесь проникает по
ним между слоями наполнителя, расслаивая материал и образуя вздутия. В процессе
сквозного резания у струи есть свободный выход, поэтому наличие микропустот в
материале не способствует образованию расслоений.
Рис.5 Зависимость величины расслоения стеклотекстолита СТЭФ-I от давления струи при
прошивке при различных значениях угла наклона поверхности резания
В четвертой главе разработаны технологические рекомендации, обеспечивающие
исключение распространения расслоения на поверхность деталей из стеклотекстолитов.
Внедрение новых технологий изготовления изделий, совершенствование
существующих видов резания вызывают необходимость оценки их обрабатываемости.
Поскольку основной проблемой гидроабразивного резания стеклотекстолитов является
возникновение расслоений во время прошивки, предложено проводить оценку их
обрабатываемости по коэффициенту относительной обрабатываемости по критерию
величины расслоения (коэффициент обрабатываемости по расслоению) Кн:
КH 
Н
Н эт
,
(12)
где: Н - величина расслоения обрабатываемого материала, мм;
Нэт - величина расслоения эталонного материала при прошивке на технологических
режимах, полученных экспериментально, мм.
За эталонный принимается материал СТЭФ-I 1с ГОСТ 12652-74, исследованный в
представленной работе. Чем больше коэффициент обрабатываемости по расслоению, тем
более отличны свойства обрабатываемого материала от эталонного. При отсутствии
видимого расслоения принимается величина Н=1мм, что соответствует диаметру
отверстия при прошивке.
Количественная оценка обрабатываемости стеклотекстолитов по расслоению
является крайне важной характеристикой, позволяющей специалисту, составляющему
раскрой материала определить: необходимость корректировки технологических режимов
прошивки, целесообразность увеличения межлекального расстояния в раскрое,
необходимость увеличения величины захода h к обрабатываемому контуру (рис. 6),
11
возможность обработки внутренних поверхностей деталей (отверстий, окон и т.д.) из
данной партии листового материала.
Исходя из цели экономии раскраиваемого материала, предложено разделить
листовые заготовки из стеклотекстолитов на группы по величине коэффициента
обрабатываемости по расслоению:
 к первой группе относятся листовые материалы, со значением коэффициента
относительной обрабатываемости по расслоению Кн≤5. Обрабатываемый материал
считается близким по своим свойствам к эталонному;
 ко второй группе относятся листовые материалы, со значением коэффициента
относительной обрабатываемости по расслоению 5 ˂Кн≤10;
 к третьей группе относятся стеклопластики, со значением коэффициента
относительной обрабатываемости по расслоению Кн˃10.
Рис.6 Расслоение материала, не
приводящее к браку детали
Рис.7 Пример расположения тестовых прошивок
Разработана методика диагностирования материала и оценки его обрабатываемости
по Кн. Диагностирование материала производится непосредственно перед его обработкой.
На
основании
данной
методики
предложен
следующий
алгоритм
последовательности выполнения приемов для диагностирования и раскроя
стеклотекстолитов:
1. Перед диагностированием материала подготавливается предварительная
управляющая программа раскроя деталей, в которой содержатся не только контуры
деталей, подлежащих обработке, но и несколько тестовых прошивок в различных точках
листовой заготовки. В первую очередь выполняются тестовые прошивки. Прошивку
производят в местах будущих отходов. Пример расположения точек прошивок показан на
рис.7. Технологические режимы обработки назначаются в соответствии с эталонными.
Эталонные режимы представлены в тексте диссертации.
2. Оценивается величина максимального расслоения и рассчитывается Кн.
3. Определяется, к какой группе относится партия данного материала:
 если партия материала относится к первой группе (Кн≤5), материал считается по
своим свойствам близким к эталонному. Следует продолжить обработку по имеющейся
управляющей программе на эталонных режимах;
 если партия материала относится ко второй группе (5 ˂Кн≤10), необходима
корректировка
технологических
параметров
прошивки.
Также
определяется
целесообразность увеличения межлекальных расстояний, а также расстояния h. Значение
межлекального расстояния должно быть больше величины максимального расслоения на
40-50%;
12
 если партия материала относится к третьей группе (Кн˃10), необходимо
выполнение специальных технологических приемов по исключению распространения
расслоений на поверхность детали.
Разработан комплекс технологических приемов на основе коррекции траектории
рабочих ходов, позволяющих предотвратить распространение расслоений на поверхность
обрабатываемой детали для стеклотекстолитов с большим значением Кн (третья группа). К
приемам, входящим в комплекс, относятся:
1) увеличение длины захода струи к обрабатываемому контуру. Длина захода
должна быть на 50-60% больше половины величины максимального расслоения. Данный
прием рекомендуется использовать при обработке крупногабаритных деталей (с
габаритными размерами более 250-300мм), когда увеличение длины захода к
обрабатываемому контуру не приводит к значительному увеличению норм расхода
материала, и при обработке сквозных внутренних поверхностей детали (отверстия, окна и
т.д.);
2) выполнение начала обработки вне материала.
Обработку деталей производят последовательно, рядами. Точка начала обработки
деталей первого ряда располагается не на поверхности материала, а на расстоянии 0,5-1мм
от края листа (рис. 8 а). Этот прием позволяет не выполнять «пирсинг», поэтому
расслоения в материале не образуются. Обработанные детали первого ряда извлекаются из
листовой заготовки, а обработка деталей второго ряда начинается в окнах, оставшихся от
извлеченных деталей предыдущего ряда (рис. 8 б). Аналогично производят обработку
последующих рядов. Данный способ целесообразно применять при обработке деталей с
габаритными размерами ≥100 мм толщиной от 10 мм, когда время вырезки деталей
сравнительно велико и простой оборудования, вызванный затратами времени на
извлечение деталей, незначителен по сравнению с машинным временем обработки;
Рис. 8 Обработка деталей в раскрое с точкой начала обработки вне материала: а) обработка
первого ряда; б) обработка второго ряда
3) применение отсекающих резов.
Перед вырезкой первого ряда деталей на максимально возможной подаче,
обеспечивающей сквозное резание, выполняется технологический отсекающий рез (рис. 9
а). После выполнения отсекающего реза производится обработка первого ряда деталей
(рис. 9 б), при этом, прошивка материала производится левее отсекающего реза, а контур
самой заготовки расположен правее него. Таким образом, отсекающий рез препятствует
проникновению расслоения на поверхность детали. Далее выполняются второй
отсекающий рез и вырезка последующего ряда деталей.
13
Применение отсекающих резов исключает необходимость прерывания процесса
раскроя деталей для их извлечения. Это особенно актуально при обработке листового
материала небольших толщин (до 10 мм), когда машинное время обработки деталей
соизмеримо со временем, требующимся на их извлечение.
Рис.9 Раскрой с технологическим отсекающим резом: а) выполнение отсекающего реза; б)
обработка первого ряда деталей
В заключении приведены основные выводы и результаты работы.
В приложениях представлены материалы о внедрении результатов диссертации в
производство, а также обработка экспериментальных данных величины расслоения
материала при гидроабразивном резании, полученных по результатам ПФЭ 25.
Основные выводы и результаты диссертации:
1. Решена научно-техническая задача обеспечения качества гидроабразивного
резания стеклотекстолитов на основе исследования механизма образования расслоений в
процессе проникания гидроабразивной струи и разработки технологических приемов и
методов коррекции режимов прошивки и траектории движения сопла.
2. На основе предложенной физической картины расслоения стеклотекстолита под
действием гидроабразивной струи и моделирования напряженно-деформированного
состояния выявлена преобладающая роль касательных напряжений в образовании
межслойных трещин и получены их математические модели,
позволяющие
прогнозировать возникновение расслоений при прошивке.
3. Установлены функциональные зависимости величины расслоения материала от
траектории движения фокусирующей трубки при прошивке, давления истечения, диаметра
фокусирующей трубки и среднего размера абразивного зерна. Определены
технологические режимы и параметры прошивки, обеспечивающие прошивку материала с
минимальными расслоениями: прошивка с движением фокусирующей трубки по
окружности; давление прошивки Р = 70 - 76 МПа; диаметр фокусирующей трубки d =
0,76…1,02 мм; абразив со средним размером зерна 0,125 мм.
4. Разработана методика оценки обрабатываемости листовых стеклотекстолитов
гидроабразивной струей и предложена их классификация по коэффициенту относительной
обрабатываемости по расслоению (Кн), что позволяет выявить необходимость проведения
корректировки раскроя с целью исключения возникновения расслоений на поверхности
готовой детали.
5. Разработан комплекс технологических приемов на основе коррекции траектории
рабочих ходов, позволяющий предотвратить распространение расслоений материала на
14
поверхность обрабатываемой детали.
6. Годовой экономический эффект от внедрения методики резания листовых
стеклотекстолитов гидроабразивной струей составил: АО «Тайфун» – 1 580 тыс. рублей,
ОАО «КЭМЗ» – 365 тыс. рублей, ОАО «КЗАЭ» – 240 тыс. рублей.
СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ
В научно-технических журналах из перечня ВАК
1. Барсуков Г.В., Журавлева Т.А. Исследование влияния технологических режимов
гидроабразивного резания на расслоение поверхности деталей из стеклотекстолита //
Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии.-2013.- №4(300).С.47-56
2. Журавлева Т.А., Барсуков Г.В. Разработка специальных технологических
приемов, обеспечивающих исключение влияния расслоений на качество деталей из
стеклотекстолита при гидроабразивной резке // Фундаментальные и прикладные проблемы
техники и технологии.-2014.- №3(305).С.76-85.
3. Михеев А.В., Степанов Ю.С., Барсуков Г.В., Журавлева Т.А. Моделирование
напряженно-деформированного состояния твердой частицы при внедрении в преграду со
сверхзвуковой скоростью // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и
технологии.-2014.- №4(306).С.18-23.
4. Журавлева Т.А., Барсуков Г.В., Михеев А.В., Повышение качества
гидроабразивного резания деталей из стеклотекстолита на основе предварительного
диагностирования состояния обрабатываемого материала // Фундаментальные и
прикладные проблемы техники и технологии.-2014.- №5(307).С.65-71.
5. Журавлева Т.А., Барсуков Г.В., Короткий О.А., Сидоров В.Б. Разработка
технологических рекомендаций по гидроабразивному резанию стеклотекстолита //
Радиопромышленность. - 2014. - №4 .С.153-165.
В других изданиях
6. Журавлева Т.А., Короткий О.А. Выбор режимов гидроабразивной резки при
обработке стеклотекстолита // Наукоемкие технологии в приборо- и машиностроении и
развитие инновационной деятельности в ВУЗе: Материалы Всероссийской научнотехнической конференции 7-9 декабря 2010 г. Т.2 - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана.2010. - С.242.
7. Журавлева, Т.А., Карчагин, А.В., Короткий, О.А. Опыт внедрения
инновационных технологий раскроя листовых материалов на ОАО «Тайфун» //
Радиопромышленность.-2011.-№1.С.78-87.
8. Журавлева Т.А. Разработка высокоэффективной технологии гидроабразивной
резки листовых металлических сплавов и неметаллических материалов // Обнинский
инновационный форум: Тезисы докладов итогового заседания регионального конкурса
молодежных
инновационных
научно-технических
проектов
по
Программе
«У.М.Н.И.К.»,19-20 мая 2011 г., г. Обнинск. - Обнинск:2011.С.80-86.
9. Журавлева Т.А., Короткий О.А., Сидоров, В.Б. Вопросы обработки
стеклотекстолита методом гидроабразивной резки // Наукоемкие технологии в приборо- и
машиностроении и развитие инновационной деятельности в ВУЗе: Материалы
Всероссийской научно-технической конференции 4-6 декабря 2012 г. Т.3 - М.: Изд-во
МГТУ им. Н.Э. Баумана.- 2012. - С.275-276.
10. Степанов Ю.С., Барсуков Г.В., Журавлева Т.А. Влияние режимов
гидроабразивного резания на эффективность раскроя материалов из стеклопластика //
Энерго- и ресурсосбережение - XXI век: Материалы ХI международной научнопрактической интернет-конференции, 1 марта - 30 июня 2013г., г. Орел. - Орел:
Госуниверситет -УНПК.-2013.-С.146-147.
15
11. Барсуков Г.В., Тюхта А.В., Журавлева Т.А. Исследование разрушения
многослойных неметаллических материалов под действием сверхзвукового потока
абразивных частиц // Конструкторско - технологическое обеспечение качества изделий
машиностроения: Материалы региональной заочной научно-практическая конференции,
21-22 ноября 2013г., г. Ливны.- Орел: ООО ИД «Орлик», 2014.-С.43-49
12. Барсуков Г.В., Михеев А.В., Журавлева Т.А. Повышение эффективности
гидроабразивного резания многослойных материалов // Региональная научно-практическая
конференция им. А.Г. Шипунова: Материалы региональной научно-практической
конференции, 26 февраля 2014 г., г. Ливны - Орел: ОООИД «Орлик»,2014.-С.46-51.
13. Барсуков Г.В., Журавлева Т.А., Михеев А.В. Повышение эффективности
многодетального гидроабразивного резания деталей из стеклопластика // Энерго- и
ресурсосбережение – XXI век: Материалы ХII международной научно-практической
интернет-конференции, 15 марта - 30 июня 2014г., г. Орел.- Орел: Госуниверситет УНПК.-2014.-С.87-91.
14. Барсуков Г.В., Михеев А.В., Журавлева Т.А. Моделирование напряженного
состояния слоистого материала под действием сверхзвуковой гидроабразивной струи //
Интернет-журнал «Мир науки».-Вып.4.-2014.С52-62.
15. Барсуков Г.В., Михеев А.В., Журавлева Т.А. Моделирование распределения
напряжений по поверхности многослойного материала при гидроабразивном резании //
Конструкторско - технологическое обеспечение качества изделий машиностроения:
Материалы II региональной заочной научно-практическая конференции 2-3 декабря 2014г.,
г. Ливны.- Орел: Госуниверситет-УНПК, 2015.-С.43-47
16. Барсуков Г.В., Михеев А.В., Журавлева Т.А., Сидоров В.Б. и др. Техника и
технологии XXI века: монография. Книга 4 // Под общ. ред. И.Б. Красиной. – Ставрополь:
Логос, 2015. – 209 с.
17. Барсуков Г.В., Михеев А.В., Журавлева Т.А. Разработка критерия
количественной оценки обрабатываемости слоистых материалов при резании
гидроабразивной струей // Рецензируемый научный электронный журнал «Вестник науки
и образования Северо-запада России» Вестник науки и образования Северо-Запада России.
Т.1. №1. 2015. Эл. Ресурс: www.vestnik-nauki.ru.
18. Barsukov G.V., Mikheyev A.V., Zhuravleva T.A., Sidorov V.B. Waterjet cutting
performance evaluation // Science in the modern information society VII: Proceedings of the
Conference. North Charleston, 9-10.11.2015, Vol. 3. North Charleston USA, SC, SA:
CreateSpace, 2015, 93-96 p.
19. Степанов Ю.С., Барсуков Г.В., Михеев А.В., Журавлева Т.А. Повышение
качества гидроабразивного резания слоистых материалов на основе оценки относительной
обрабатываемости
/
Проблемы
обеспечения
и
повышения
качества
и
конкурентоспособности изделий машиностроения и авиадвигателестроения (ТМ-2015):
материалы 7-й международной научно-технической конференции, г. Брянск, 21-23
сентября 2015 г. – Брянск: БГТУ, 2015 – С. 168-169.
20. Журавлева Т.А., Барсуков Г.В., Михеев А.В., Моделирование напряженнодеформированного состояния слоистого материала при проникании гидроабразивной
струи. / Международная научно-техническая конференция «Молодежный форум:
технические и математические науки» 9 ноября - 12 ноября 2015 г., Воронеж. – С. 231 232.
Подписано к печати 25.01.2016г. Объем 1,0 п.л.
Тираж 130 экз. Заказ № 3
Типография «Полиграф-центр». г.Калуга, пер.Старообрядческий, д.9, оф.156.
16
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа