к.т.н. Шмидт И.В., д.т.н. Дьяконов А.А.

Южно-Уральский государственный университет, Россия

Теплофизические особенности шлифования
конструкционных композитных материалов

 

Подпись: Рис. 1. Плоскошлифовальный станок модели 3Г71 и самописец Для определения температур, возникающих при обработке слоистых систем, был проведен специальный эксперимент, представляющий собой измерение температур в двух точках слоистой системы типа «ПКМ – металл» в процессе шлифования методом искусственной термопары.

Эксперимент проводился на плоскошлифовальном станке модели 3Г71 (рис. 1), в качестве режущего инструмента использовался шлифовальный круг 250х40х76 марки 24А40НСМ6К. Температуры – термо-ЭДС, возникающие в спае термопары при нагревании материала вследствие действия шлифовального круга, фиксировались с помощью самописцев (рис. 1).

Шлифовались двухслойные металлополимерные образцы с закрепленными у обрабатываемой поверхности и границе слоя ПКМ и металла искусственными термопарами (хромель – копель) (рис. 2, 3).

Характеристики шлифуемых образцов представлены в таблице.

Эксперимент осуществлялся следующим образом. Концы термопар, закрепленные в образце, присоединялись к самописцам. Процесс шлифования происходил без подачи технологической жидкости (это связано с трудностями изолирования термопар). В виду небольшой ширины образца их шлифование проводилось только при радиальной подаче. В процессе всего периода шлифования фиксировались температуры на обрабатываемой поверхности ПКМ и на границе слоя ПКМ и металла. Также в течение всего процесса фиксировалось количество рабочих ходов стола, время шлифования и снятый припуск. Это позволило рассчитать фактические режимы шлифования. После срезания термопары, находящейся у обрабатываемой поверхности, продолжали проводить замеры температур по глубине исследуемого образца по второй термопаре. Результатом экспериментов являются осциллограммы, полученные на самописцах (рис. 4).

Схема образца

Образец_тепло

Рис. 2. Схема плоского
металлополимерного образца

Рис. 3. Металлополимерный образец

Таблица

Характеристики образцов

№ п/п

Параметр

Обрабатываемый слой

Основной элемент
конструкции

1

Материал

Thortex Metal Tech EG; ЛЕО-сталь

сталь 45

2

Толщина

l1 = 3; 4 мм

6 мм

Осцилограмма_пример2

Рис. 4. Пример осциллограммы показаний термопар

В результате эксперимента были получены осциллограммы температур на обрабатываемой поверхности и в глубине слоя ПКМ по времени шлифования (рис.5, 6).

Подпись: Рис. 6. Вид осциллограммы на глубине 0,35 мм по времени Рис. 7. Осциллограмма на обрабатываемой поверхности (рабочий и обратный ход) Подпись: Рис. 5. Вид осциллограммы температур на обрабатываемой поверхности по времени Цена деления по времени (абсцисса) на осциллограмме на поверхности  составляет 0,02 с, для осциллограммы в глубине слоя ПКМ цена деления по времени соответствует 0,04 с (рис. 6). Цена деления по ординате в обоих случаях соответствует 6 °С.

Фиксирование температуры контрольно-измерительным прибором на осциллограмме началось на глубине 0,45 мм от зоны резания. При этом значения измеренной температуры составляли на глубине 0,45 мм – 18°С, а на глубине 0,35 мм – 30°С (см. рис. 6).

На осциллограмме наблюдаются всплески температур при рабочем ходе и при обратном ходе стола. Это связано с тем, что при рабочем ходе снимается не весь припуск и при холостом ходе стола происходит снятие остатка припуска. На рис. 7 представлена часть осциллограммы: радиальная подача составила 0,03 мм/ход, при этом фактическая глубина резания при первом ходе стола равна 0,02 мм/ход, на втором ходе – 0,01 мм/ход (первый и третий всплески температур на осциллограмме). Второй и четвертый температурные всплески относятся к времени обратного хода стола.

Работа выполнена при финансовой поддержке Гранта Президента РФ № МК-873.20014.8.