CC BY
13Решетневскуе чтения. 2018
УДК 621.7.09
МЕТОД КОНСТРУИРОВАНИЯ ДИСКОВЫХ ПИЛ С ВНУТРЕННЕЙ РЕЖУЩЕЙ КРОМКОЙ
К. Ю. Филиппов, В. В. Раменский, В. И. Бокова, Ю. А.Филиппов, Е. В. Раменская*
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
*E-mail: [email protected]
Приведены результаты разработок технологии раскроя стальных труб кольцевой пилой оригинальной конструкции, обеспечивающей «технологический прорыв» в заготовительном переделе машиностроительного производства; производительность раскроя более чем в 10 раз превышает существующую технологию. Впервые получена функция для определения переменного парного шага зубьев с учетом их числа на дюйм (TPI).
Ключевые слова: технология, кольцевая пила, тонкостенные трубы, математическая модель, напряжения.
METHOD OF DESIGN ANNULAR SAW WITH INTERNAL CUTTING EDGE
K. Yu. Filippov, V. V. Ramensky, V. I. Bokova, Yu. A. Filippov, E. V. Ramenskaya*
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation *E-mail: [email protected]
Results of development of technology of cutting of steel pipes by an annular saw of an original design are given. This will provide a "technological breakthrough " in the procurement redistribution of machine-building production. Cutting capacity is more than 10 times higher than the existing technology. For the first time the function for determination of variable pair step of teeth taking into account their number per inch (TPI) is received.
Keywords: technology, annular saw, thin-walled pipes, mathematical model, stresses
Во исполнение послания Президента РФ Федеральному собранию и последующего Указа заметно выросли скорости технологических изменений в производстве ракетно-космической техники, особенно при освоении новых изделий. Создаются новые принципы развития в машиностроении в форме «технологической долины» с глубокой переработкой сырья, первые шаги в этом направлении в городе делает «Русал».
Отставание в технологических переделах современного производства наблюдается в заготовительном модуле, вследствие использования неэффективных технологических процессов. Особое внимание обращает на себя технология раскроя и резки круглой пилой в операциях заготовительного производства. Здесь в отдельных операциях раскроя можно значительно увеличить производительность за счет создания новых средств производства с технологией резки труб кольцевой пилой с внутренними режущими зубьями. При такой мерной резке тонкостенных труб вместо прохождения режущим инструментом пути равного диаметру трубы, ход резания составит только толщину трубы.
Проработана конструкция пилы и устройства, обеспечивающая выполнение такой операции раскроя труб [1]. На изобретение круглой пилы претендуют: англичанин Самуил Миллер, получивший патент в 1777 году на лесопильную ветряную мельницу; немец Гервинус, изготовивший в 1780 году пилу; англичанин Уолтер Тейлор в 1762 г. применил механизмы с циркульной пилой, но последнее не запатентовал.
Сохранились описания о том, что древние египтяне, а потом и римляне, первыми начали использовать сверхточные и прочные пилы, которые изготовлялись из меди, а в качестве зубцов снабжались гранеными алмазами. Именно такими пилами пользовались мастера, которые изготовляли саркофаги для знатных лиц Египта, поскольку точность запила такого инструмента позволяла делать очень качественные изделия. Кафедра ТМС имеет патент на изобретение дисковой пилы RU 2624924С2, выданный 11.07.2017 г.
По принципу Д Аламбера, учитывая инерционные нагрузки, распределенные по объему, как составляющие внешних сил при элементарном объеме s■r■dфdr, инерционная сила в пиле равна произведению массы (у^)^т^ф-^ на нормальное ускорение ю2г описывается функцией [2; 3]
dp = (Y•s/g) • ю2 • г2 • dфdr, (1)
где у - удельный вес материала пилы.
При наличии отверстия для базирования и резки трубы, кольцевая пила с внутренним радиусом а и внешним Ь испытывает напряжения, описываемые целевыми уравнениями [4]:
- радиальное
Сг = (ую2%) • (3 + ц) • [Ь2 + а2 - (Ь2а2/г2) - г2], (2)
- окружное нормальное
^ = (ую2%Н3 + ц) х X [Ь2 + а2 - (Ь2а2/г2) - (1 + 3ц)•г2/ (3 + ц)], (3) где ц - коэффициент Пуассона; г - координатная характеристика.
Технология и мехатроника в машиностроении
TPI 14 12 10 8 6 4 2 0
0 10 20 30
40
50
100 300
60 «, мм
Зависимость числа зубьев на дюйм от толщины пилы
По расчетному значению шага назначают парное число зубьев на дюйм (TPI) из типового ряда: 10/14; 8/12; 6/10; 5/8; 4/6; 3/4; 2/3.
Получены графические модели (см. рисунок) и физические уравнения, описывающие характер изменения параметра TPI от толщины пил:
- TPI = 17,126-5 -
с коэффициентом сходимости R2 = 0,952 для пил диаметром 100 мм;
- TPI = 12,809-5 -0,535 с коэффициентом R2 = 0,927 для пил 300 мм.
Контурные углы кольцевой пилы формируются по типовым регламентам в зависимости от марки обрабатываемого материала и режимов резания. Соотношения сочетания зубьев по окружности пилы влияет на уровень вибрации [5].
Ход рабочего движения пилы по новой технологии рассчитывают по формуле u = S-ф; типовой u = 1,06^тр. Следовательно, соотношение врезного пути и времени составляет D/S1F > 10, что свидетельствует о возможности технологического прорыва в операции раскроя труб.
Научная значимость работы заключается в разработке уравнений для расчета и анализа линейных параметров кольцевой пилы с внутренними зубьями.
Таким образом, в результате исследования:
- подтверждена гипотеза о возможности существенного повышения эффективности резки стальных труб кольцевыми пилами с внутренними режущими зубьями;
- разработана усовершенствованная технология резки мерных труб кольцевой пилой, обеспечивающая снижение машинного времени на разрезания труб более 10 раз;
- предложены уточненные соотношения числа зубьев на дюйм для расчета конструкции кольцевой пилы;
- оснащение зубьев кольцевой пилы быстрорежущей сталью обеспечивает стойкость до 100 час непрерывной работы.
Библиографические ссылки
1. Филиппов К. Ю., Янковская Н. Ф., Раменская Е. В. Ортогональная устойчивость дисковых пил // Решетнев-ские чтения : материалы XX Юбилейной междунар. науч. конф. (9-12 ноября 2016, г. Красноярск) :
в 2 ч. / Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2016. С. 581-583.
2. Феодосьев В. И. Сопротивление материалов. М. : Наука, 1979. 560 с.
3. Давиденков Н. Н. Избранные труды. В 2 т. Т. 2. Механические свойства материалов и методы измерения деформаций. Киев : Наук. думка, 1981. 656 с.
4. Фрейденштейн Ф., Мейси Ж. П., Мейки Е. Р. Оптимальное одновременное уравновешивание вертикального и горизонтального моментов в быстроходных машинах // Конструирование и технология машиностроения : тр. американ. об-ва инженеров-механиков, ASME. 1981. Т. 103, № 3. С. 9-15.
5. Раменская Е. В., Филиппов Ю. А. Механизм генерирования и распространения вибрации в технологических машинах // Вестник СибГАУ. 2012. Вып. 1 (41). С. 132-138.
References
1. Filippov K. Ju., Jankovskaja N. F., Ramenskaja E. V. [Orthogonal stability of circular saws] Reshetnevskie chtenija: materialy XX Jubilejnoj mezhdunar. nauch. konf. (9-12 nojabrja 2016, g. Krasnojarsk): v 2 ch. / Sib. state. aerocosmic. university. Krasnoyarsk, 2016. Р. 581-583. (In Russ.)
2 Feodos'ev V. I. Soprotivlenie materialov [Resistance of materials]. M. : Nauka, 1979. 560 p.
3. Davidenkov N. N. Izbrannye trudy: v 2-h t. T. 2. Mehanicheskie svojstva materialov i metody izmerenija deformacij [Selected works : in 2 vol. Vol. 2. Mechanical properties of materials and methods of measuring deformation]. Kiev : Science. Dumka, 1981. 656 р.
4. Freydenshteyn F., Meysi Zh. P., Meyki E. R. [Optimum Balancing of Combined Pitchyng and Yawing Moments in High-Speed Machinery]. Konstruirovanie i tekhnologiya mashinostroeniya. Trudy amerikanskogo obshchestva inzhenerov-mekhanikov, ASME. 1981. Vol. 103, No. 3. Р. 9-15.
5. Ramenskaja E. V., Filippov Ju. A. [Mehanizm generirovanija i rasprostranenija vibracii v tehnologicheskih mashinah]. Vestnik SibSAU. 2012. No. 1 (41). Р. 132-138. (In Russ.)
© Филиппов К. Ю., Раменский В. В., Бокова В. И., Филиппов Ю. А., Раменская Е. В., 2018
