Скоростное шлифование – шлифование с высокой линейной скоростью движения абразивного материала. Преимущества скоростного шлифования [1]:
- Повышение производительности по машинному времени
- Уменьшение износа и увеличение стойкости круга
- Высокое качество обработанной поверхности
- Возможность работать с повышенной продольной и поперечной подачей при соответствующем увеличении скорости вращения обрабатываемой детали.
Скоростное шлифование предъявляет особые требования к шлифовальному кругу. К числу которых относится, в первую очередь, прочность. Проблемы выбора материала, с достаточным сопротивлением его на разрыв от действия центробежных сил, возникают уже при скоростях до 50-70 м/с. Существуют конструкции, выдерживающие до 160 м/с.
Для достижения скорости 350 м/с и более была предложена специальная конструкция – шлифовальный круг для алмазно-абразивной обработки состоящий из металлического корпуса с отверстиями, в которые устанавливаются цилиндрические шлифующие сегменты [2].
Основные параметры круга:
- максимальный диаметр круга до 250 мм;
- максимальная ширина до 40 мм;
- максимальная рабочая скорость обработки до 400 м/с;
- количество обрабатывающих элементов – 16 штук;
Шлифовальный круг состоит из корпуса и обрабатывающих элементов. Материал корпуса – 13Х11Н2В2МФ-Ш. Свойства материала:
Е=196200 МПа – модуль упругости;
μ=0,3 – коэффициент Пуассона;
σв=1079МПа – предел прочности;
σ0,2= 932МПа – предел текучести;
δ=1,5% – относительное удлинение;
ρ=7800 к г/м3 – плотность.
Необходимо определить надежность, такой конструкции. В основе теории расчета дисков лежат два допущения:
- Радиальные напряжения и окружные напряжения постоянны по толщине диска.
- В площадках, нормаль к которым направлена параллельно оси вращения, напряжения отсутствуют .
Эти два допущения не вносят существенных погрешностей в расчет, если толщина диска составляет не больше 30..40% от его внешнего радиуса. Из допущений и обязательного условия для этой теории осевой симметрии следует, что по граням элемента диска касательные напряжения отсутствуют.
Если первое допущение упрощает расчет и в оконечном счете отражается лишь на точности полученного результата (приемлемая точность), то второе ограничивает возможности применения полученных методик для дисков произвольного профиля.
Для диска постоянной толщины радиальные и окружные напряжения определяются по формулам [3]:
где – плотность материала; – угловая скорость; – радиус расчетного сечения; – радиус центрального отверстия; – радиус периферии
При параметрах разрабатываемого высокоскоростного шлифовального круга максимальные радиальные и окружные напряжения в центре будут .
Существует большое количество различных методов определения напряжений в диске произвольного профиля. В основном эти методы подразделяются на три группы:
- Методы разбивки на участки
- Методы конечных разностей
- Интегральные методы
В методах первой группы диск заменяют в пределах небольших участков диском другого профиля, для которого известно точное решение.
В методах второй группы используют линейную аппроксимацию функций на отдельных участках диска.
В методах третьей группы применяют способ последовательных приближений (методы Р. С. Кинасошвили, Томпсона, И. Ш. Неймана и И.С. Королева).
Главное, что все эти методы являются по своей сути численными и их использование не даст более точных результатов чем МКЭ в ANSYS, в силу того, что в них заложены допущения искажающие физическую модель.
В методе Кинасошвили, к примеру, есть коэффициент выбирающийся из диапазона полученного из практики расчетов. Его метод примечателен лишь тем, что позволяет получить сравнительно более быстрый ответ, за счет меньшего числа операций. Томпсон в своей работе составляет интегральное уравнение и не указывает на пути его решения.
Стоит также отметить, что эти методы не позволяют определить местные напряжения, которые важно учитывать для циклического нагружения.
В работе [4] была создана параметрическая расчетная модель на базе ANSYS. Такой подход применим лишь конструкциям относительно простой геометрической формы.
Библиографический список
- Семенченко И.И., Матюшин В.М., Сахаров Г.Н. Проектирование металлорежущих инструментов. Учебное пособие под редакцией И.И. Семенченко. Государственное научно-техническое
- Реченко, Д.С. Шлифовальный круг для алмазно-абразивной обработки. / Д.С. Реченко, Ю.Р. Нуртдинов, А.Ю. Попов ; Пат. 55665 РФ, МПК B24D 17/00. – № 2006111080/22; Заявлено 05.04.06; Опубл. 27.08.06. Бюл. № 24. – 2 с.: ил.
- Биргер И. А., Мавлютов Р. Р. Сопротивление материалов: Учебное пособие. – М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1986. – 560с.
- Ласточкин Д.А., Скуратов Д.Л. Прочность шлифовальных кругов// Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета им. академика С.П. Королёва (национального исследовательского университета). 2006. № 2-1. С. 139-143.