Применение полимербетона для изготовления базовых деталей тяжёлых фрезерных станков Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

МАШИНОСТРОЕНИЕ

УДК 621. 914.3-181.2.531 Ю. В. КИРИЛИН ПРИМЕНЕНИЕ ПОЛИМЕРБЕТОНА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БАЗОВЫХ ДЕТАЛЕЙ ТЯЖЁЛЫХ ФРЕЗЕРНЫХ СТАНКОВ

Проанализирована возможность применения «синтеграна» для изготовления базовых деталей тяжёлых фрезерных станков. Установлено, что изготовление станины и стойки из синтеграна позволит увеличить виброустойчивость станка в 2 раза, а металлоёмкость этих базовых деталей позволит уменьшить на 70 % по сравнению с чугунным вариантом.

Ключевые слова: жёсткость, полимербетон, синтегран, динамическая характеристика, виброустойчивость, металлоёмкость.

Развитие химической промышленности позволило создать новый класс композиционных материалов, так называемых полимербетонов, основой которых служат природные камни (галька, граниты, известняки), а связующим -синтетические смолы.

Внимание станкостроителей к полимербетонам обусловлено следующими их преимуществами по сравнению с традиционно используемым чугуном: высокая демпфирующая способность, отсутствие остаточных напряжений в деталях, повышенная стабильность во времени, малая теплопроводность, коррозионная стойкость, возможность получения из них точных деталей без последующей механической обработки.

Одой из разновидностей полимербетонов является синтегран, название которого образовано из слов «синтетический» и «гранит». Синтегран [1] представляет собой композиционный материал, состоящий из полимерного связующего на основе эпоксидных смол, высокопрочного минерального заполнителя типа габбро-диабаза (размер фракций щебня 0,6...20 мм) и мелкодисперсного наполнителя с размерами частиц менее 60 мкм. По основным физико-механическим и эксплуатационным свойствам синтегран аналогичен природному граниту. Физикомеханическими свойствами синтеграна можно варьировать в достаточно широких пределах в зависимости от конфигурации и толщины стенок деталей, области их применения, специальных требований и т. д.

© 10. В. Кирилин, 2008

Важной областью применения синтеграна являются базовые детали металлорежущих станков, к прочности которых не предъявляют особенно высоких требований, а синтегран обеспечивает необходимую статическую и динамическую жёсткость при достаточной технологической прочности.

Объектом исследования автора явился тяжёлый вертикально-фрезерный станок мод.

_ _______ ’ •

65Б90ПМФ4. Для расчётного исследования использовали стержневой метод моделирования и методику расчёта динамических характеристик несущих систем металлорежущих станков [2], которая позволяет получать амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) или амплитудно-фазовую частотную характеристику (АФЧХ) несущих систем, строить формы колебаний на резонансных частотах и оценивать долю отдельных элементов в общем балансе динамической податливости несущей системы станка.

Расчётная динамическая модель несущей системы станка состоит из сосредоточенных масс, стержневых элементов и упругих звеньев, имеющих жёсткость и демпфирование (рис. 1).

Поперечные разрезы базовых деталей, изготовленных из синтеграна, показаны на рис. 2. Металлоёмкость таких базовых деталей значительно меньше чугунных, так как металл используется в них только для изготовления закладных элементов, арматуры и привертных направляющих.

Проведённые расчётные исследования позволили сделать вывод, что применение синтеграна для изготовления базовых деталей тяжёлых

а

Рис. I. Расчётная модель несущей системы станка мод. 65Б90ПМФ4: 1 - шпиндель; 2, 4, 6 - сосредоточенные массы заготовки, стола, салазок; 3, 5, 7, 2! - стыки; 16 - регулируемые опоры станка; 8 - 15 - станина; 17 - 20 - стойка; 22 - 24 - бабка

Рис. 2. Синтеграновые базовые детали (сечения)

а - стойка; б - станина

Г1е • 10"8, мкм/Н —•»- Яе • 10-8, мкм/Н

3-2-1 0 1 2 З -1 о 1

1971'81. 2 V. «Р - 75 -94 ? ,Ч зз"3'2 V \66 //’Гц

" \ 73\ ° * 71 70 -2 н 69

б

Рис. 3. АФЧХ \УХХ станка: а - все базовые детали изготовлены из чугуна;

б - стойка и станина изготовлены из синтеграна

фрезерных станков можно считать перепек тивиым методом, причём использование гра-новой станины более эффективно, чем синте-грановой стойки.

Маилучший результат достигается, когда стойка и станина изготовлены из синтеграна. При этом анализ динамических характеристик станка показал (см. рис. 3), что при переходе на синтегран динамическая податливость на первой резонансной частоте не изменилась, на второй и третьей уменьшилась соответственно в 2 и в 2,7 раза. Качественная характеристика виброустойчивости (— ) у станка с

■ стах

синтеграновыми стойкой и станиной в 2,75 раза меньше, чем у базового станка.

Таким образом, расчёт с применением метода конечных элементов подтвердил, что для тяжёлых вертикально-фрезерных станков переход на изготовление базовых деталей из синтеграна возможен и оправдан, причём изготовление станины и стойки из синтеграна позволит

увеличить виброустойчивость станка в 2 раза и более, а металлоёмкость этих базовых деталей уменьшить на 70% по сравнению с чугунным вариантом.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Барт, В. Е. Применение полимербетонов в станкостроении / В. Е. Барт, Г. С. Санина, С.

A. Шевчук // Технология, оборудование, организация и экономика машиностроительного производства. Серия 6-3. Технология металлообрабатывающего производства. Обзорная информ., вып. 11. - М. : ВНИИТЭМР, 1985. -40 с.

2. Кирилин, Ю. В. Методика моделирования несущей системы станка/ Ю. В. Кирилин,

B. И. Табаков, И. В. Еремин// СТИН. - 2004. -№ 6. - С. 13-17.

Кирилин Юрий Васильевич, доктор технических наук, профессор кафедры «Металлоре-жуише станки и инструменты» УлГТУ.

УДК 621.922 С. М. МИХАЙЛИН

ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПЛОСКОГО ТОРЦОВОГО ШЛИФОВАНИЯ СТАНДАРТНЫМИ И КОМПОЗИЦИОННЫМИ КРУГАМИ, ИЗГОТОВЛЕННЫМИ С ПРИМЕНЕНИЕМ МИКРОВОЛНОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Приведены результаты экспериментальных исследований работоспособности стандартных и композиционных шлифовальных кругов, полуфабрикаты которых термообработаны в конвективном бакелизаторе или с применением микроволнового излучения, при плоском шлифовании торцом круга.

Ключевые слова: шлифовальный круг, композиционный круг, заготовка, полуфабрикат, технология, микроволновое (сверхвысокочастотное) излучение, стойкость, износ, шероховатость.

Применение композиционных шлифовальных кругов (КШК) является одним из радикальных средств повышения технико-экономической эффективности шлифовальных операций. Эти круги сочетают достоинства прерывистых шлифовальных кругов (ШК) и кругов с наполнителями. Наличие на рабочей поверхности КШК пазов и прорезей, заполненных твёрдым смазочным материалом (ТСМ), способствует охлаждению

О С. М. Михайлин, 2008

обрабатываемой поверхности заготовки в паузах между контактами заготовки с абразивными выступами круга и усилению смазочного действия внешней среды, благодаря чему повышается динамическая устойчивость процесса шлифования и снижается контактная температура [1].

Новым направлением совершенствования технологии изготовления ШК, в том числе композиционных, является использование на этапе бакелизации их полуфабрикатов микроволнового (сверхвысокочастотного) излучения. Эта