CC BY
31
параметр которой Sz зависит от концентрации диспергента в среде рас-
пространения света. При Sz —>0 lim sine
5Z—>0
СО
2
= 1 и потери информа-
ции определяются только качеством объектива.
Список литературы
1. Автоматическая стабилизация оптического изображения / Д.Н. Еськов [и др.].; под ред. Д.Н. Еськова, В.А. Новикова. Л.: Машиностроение, 1988. 240 с.
2. Акаев А.А., Майоров С.А. Оптические методы обработки информации. М.: Высшая школа, 1988. 432 с.
O.Y. Gorbunova, T.A. Akimenko
DISTRIBUTION OF THE OPTICAL SIGNAL TO THE DISPERSE ENVIRONMENT
Distribution of an optical signal to the disperse environment is considered. Transfer function of the environment of distribution of an optical signal depending on concentration dispersant in the environment of light distribution is presented.
Key words: transfer function, a microparticle, a light stream, an optical signal, dispersant.
Z
УДК 621.91
Д.С. Корнаков, асп., (4872) 35-18-79, котакоу [email protected],
В.Ю. Сладков, д-р техн. наук, проф., (4872) 35-18-79, [email protected], В.А. Дунаев, д-р техн. наук, проф., (4872) 35-18-79, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ)
СРАВНЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ МОДЕЛИРОВАНИЯ В ДВУХ- И ТРЕХМЕРНОЙ ПОСТАНОВКЕ ТЕПЛОВОГО СОСТОЯНИЯ ТЕЛ, УЧАСТВУЮЩИХ В ПРОЦЕССЕ РЕЗАНИЯ
В настоящей работе проводится сравнение результатов моделирования в двух-и трехмерной постановке тепловых процессов, протекающих в зоне резания при механической обработке, с результатами эксперимента с целью оценки возможности применения моделей при исследовании теплового состояния контактирующих тел.
Ключевые слова: моделирование, тепловые процессы, зона резания, механическая обработка, взрывчатое вещество.
Увеличение объемов механической обработки зарядов взрывчатых веществ (ВВ) при изготовлении новых изделий и при извлечении их из
корпусов утилизируемых боеприпасов требует нового подхода к решению вопросов обеспечения безопасности данной операции. При проведении механической обработки ВВ необходимо учитывать возможность воспламенения и детонации обрабатываемого материала при его нагреве под воздействием режущего инструмента. Для нахождения теплового состояния всех тел, участвующих в процессе обработки, проводят моделирование тепловых процессов в зоне резания.
В настоящей работе проводится сравнение результатов моделирования в двух- и трехмерной постановке с результатами эксперимента с целью оценки возможности их применения при исследовании теплового состояния контактирующих тел.
Математическая модель включает нестационарные уравнения теплопроводности в форме Франк-Каменецкого [1] с учетом тепловыделения в конденсированной фазе ВВ и уравнения, описывающие тепловые потоки в зоне резания.
Схема расчета приведена на рис. 1, где С - площадка контакта стружки с передней поверхностью резца, А - площадка контакта детали с задней поверхностью резца (площадка износа).
Рис. 1. Схема к расчету теплового состояния
Координатные оси выходят из вершины резца, оси абсцисс направлены соответственно по передней (для ХіОУі) и задней (для ХгОУг) поверхностям инструмента, оси и OZ2 (для трехмерной модели) совпадают и направлены от нас в плоскость рисунка. Подача смазочноохлаждающей жидкости (СОЖ) осуществляется на переднюю поверхность резца.
Тепловое состояние контактирующих тел в двумерной постановке описывается системой уравнений:
- для детали:
- для стружки:
- для резца:
- для прослойки СОЖ :
а в трехмерной постановке
- для детали:
- для стружки : — =
- для резца:
С д2Т д2Л
О
+ -^1е кт.
О —
+ ^1е кт.
+а
Н’’
( д2Т
д2Т д2Т н------------т-
дг . д2тЛ
ду1
д2т +—
"Д
ду1 дг1 д2Т д2Т
Н--------Т- Н--------т-
ду дг
О —
+^гект,
л
( д2Т
д2Т д2Т
н----------------т-
ду2 &2
Л
- для прослойки СОЖ : =
где X - теплопроводность; р - плотность; с - удельная теплоемкость; <2 -тепловой эффект реакции; 2 - предэкспонент; Е - энергия активации; 7? -
_ Чн
•, Цн - внутреннее объемное
универсальная газовая постоянная; 0П =
Ржсж
тепловыделение, возникающее при торможении жидкости в зазоре между стружкой и передней поверхностью резца; индексы: Д - деталь, С -
стружка, Р - резец, Ж - жидкость.
Для определения значений тепловых потоков и температур на граничных поверхностях используется хорошо зарекомендовавший себя метод «источников и стоков» [2]. Переплетение тепловых потоков в зоне резания затрудняет описание процесса теплообмена, поэтому на практике схему движения тепловых потоков упрощают, вводя понятие об итоговых потоках через контактные поверхности инструмента, включающие следующие источники (рис. 2): теплоту деформации 0(); теплоту трения, возникающую между передней поверхностью резца И стружкой 077 ; теплоту трения, выделяющуюся на поверхности трения между деталью и задней поверхностью резца <2^г; теплоту, выделяющуюся в результате экзотермических реакций в нагретых слоях стружки ()зр и детали 6^/> [3].
Стоками являются тепловые потоки между контактирующими телами, а также потери тепла путем снижения сил трения на передней и задней
поверхностях резца 01Т, 02Т, испарения части охлаждающей жидкости на передней и задней поверхностях резца £>ПСП , 0ЯСП„ и теплообмена с охлаждающей средой 0Сс,0Дс,0Рс.
Приведенная схема позволяет записать уравнения теплового баланса для рассматриваемой системы тел с учетом теплоотдачи в окружающую среду:
где О - общая тепловая мощность процесса; Ос, Од, Ор- тепловая мощность в стружке, детали и резце; О], О2- итоговая тепловая мощность на передней и задней поверхностях; Осс, Одс, Орс - тепловая мощность, отдаваемая соответственно стружкой, деталей и резцом; Ьс - доля теплоты деформации, передаваемая стружке.
На наружной поверхности при контакте тел задавалось граничное условие первого рода - температура поверхности равнялась температуре резания, а при отсутствии контакта задавалось граничное условие третьего рода - теплообмен с окружающей средой.
Рис. 2. Схема тепловых потоков в зоне резания при обработке с охлаждением
о -0.с +Од+(2р+(2зр+ О4 р ~ (0сс + Одс + Орс)
Особенностью моделирования в двухмерной постановке является то, что в расчетах рассматривается лишь плоское сечение интересующего нас тела. При этом не учитываются дополнительные поверхности теплоотдачи и массивность самого тела. Это важно при рассмотрении движения тепловых потоков, поскольку, например, массивное, более теплоемкое тело будет «забирать на себя» большее количество тепла из зоны резания, снижая тем самым температуру других тел, с ним контактирующих.
Учесть все вышеперечисленные особенности резания можно при трехмерном моделировании, однако оно требует большего времени счета и подготовительной работы - необходимо построить трехмерную модель исследуемого объекта, что требует больших временных затрат.
Результаты моделирований сравнивались с экспериментальными данными, полученными при обработке имитатора ВВ - полипропиленовых цельных цилиндрических заготовок. Выбор материала имитатора осуществлялся исходя из прочностных и теплофизических характеристик, близких к аналогичным характеристикам реальных ВВ. Исследования проводились как при обработке «всухую», так и с использованием охлаждающей жидкости (воды).
В качестве режущего инструмента использовался стандартный резец со сменной пластиной из твердого сплава Т15К6.
Для определения температуры в зоне резания была использована хромель-копелевая термопара с разомкнутым горячим спаем и с диаметром термоэлектродов 0,2 мм. Для измерения температуры вблизи режущей кромки в пластине электроэрозионным методом было сделано глухое отверстие, внутри которого методом конденсаторной сварки были приварены электроды термопары. Схема установки термопары в резец показан на рис. 3. Для уменьшения площади теплоотдачи и большей прочности крепления электродов термопары данное отверстие было заполнено эпоксидной смолой с металлической стружкой.
Рис. 3. Схема установки термопары
В процессе проведения экспериментов регистрировалась температура вблизи режущей кромки инструмента, поскольку измерить температуру стружки и детали не представляется возможным. Однако сравнение результатов эксперимента и расчета температуры инструмента даст оценку возможности применения той или иной математической модели.
На рис. 4 и 5 приведены экспериментальные графики изменения температуры резца во времени при механической обработке «всухую» и с использованием охлаждающей жидкости, а также произведено их сравнение с расчетными значениями температур по двух и трехмерной моделям.
Рис. 4. Сравнение экспериментальных и расчетных значений температуры резца при обработке полипропилена без охлаждения:
----эксперимент;-------расчет
Рис. 5. Сравнение экспериментальных и расчетных значений температуры резца при обработке полипропилена (обработка «всухую» с последующим использованием СОЖ):
----эксперимент;-------расчет
Анализ представленных результатов позволяет сделать следующие выводы:
- температуры, полученные при расчете в трехмерной постановке, достаточно хорошо совпадают с экспериментальными данными как для обработки без охлаждения, так и с использованием СОЖ - максимальная погрешность не превышает 4 %;
- результаты расчетов по двумерной модели дают существенно завышенные значения установившейся температуры, причем последняя растет гораздо более интенсивно, чем в эксперименте, что можно объяснить неучетом всех поверхностей теплоотдачи контактирующих тел;
- использование СОЖ значительно снижает температуру (в нашем случае на 30 %) передней кромки резца, а следовательно, и температуру детали и стружки, что повышает безопасность обработки деталей из ВВ.
Таким образом, проведенные исследования показали, что при исследовании тепловых процессов, протекающих в зоне резания необходимо использовать трехмерную модель, правильно отражающую динамику процесса и обеспечивающую хорошее совпадение с экспериментальными результатами.
Список литературы
1. Физика взрыва / Л.П. Орленко [и др.]. В 2 т. Т.1. М.: Физматлит, 2002. 656 с.
2. Резников А.Н. Теплофизика процессов механической обработки материалов. М.: Машиностроение, 1981. 279 с.
3. Теоретические и практические аспекты механической обработки взрывчатых веществ / В.Н. Васецкий [и др.]. Тула: Изд-во ТулГУ, 2006. 94 с.
D.S. Kornakov, V.Y. Sladkov, V.A. Dunaev
THE COMPARISON OF THE MODELING RESULTS IN TWO- AND THREEDIMENSIONAL STATING BODY HEAT CONDITION, PARTICIPATING IN PROCESS OF CUTTING
In the work given the comparison results modeling is conducted in two- and threedimensional stating the heat processes, running in cutting zone under mechanical processing, with results of the experiment to estimate the possibility of using models while studying heat condition of contacting bodies.
Key words: modeling, heat processes, cutting zone, mechanical processing, propellent.
