Магнитогорск Екатеринбург 2013
|
Скачать 2.13 Mb.
|
УДК 622.2Першин Г.Д., д-р техн. наук,Митин А.Н., инж. ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова» ВЗАИМОСВЯЗЬ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ МНОГОПРОХОДНОГО РЕЗАНИЯ ВЫСОКОПРОЧНОГО КАМНЯ С КОНСТРУКТИВНЫМИ ПАРАМЕТРАМИ СЕГМЕНТНОГО АЛМАЗНОГО ИНСТРУМЕНТА В настоящее время алмазно-дисковый инструмент широко применяется для производства облицовочных и строительно-архитектурных изделий из природного камня высокой прочности. Однако традиционная схема резания природного камня средней прочности за один проход для высокопрочных горных пород типа гранит неэффективна по причине повышенных удельных эксплуатационных затрат, связанных с расходом алмазного инструмента и более высоким энергопотреблением. Резание камня за один проход, не превышающий глубину, которую обеспечивает дисковый инструмент заданного диаметра, осуществляется по максимально возможной длине контакта инструмента с породой. Скорость подачи инструмента, длина его контакта с породой и ширина пропила определяют силу нормального давления и, таким образом, величину внедрения алмазных зёрен в поверхность распиливаемого камня. Путём снижения длины контакта, т.е. глубины пропила, за счёт многопроходности резания при неизменной силе нормального давления инструмента на породу, заглубление алмазных зёрен в поверхность породы увеличивается, что, в целом, повышает эффективность разрушения за счёт снижения удельного энергопотребления и обеспечивает условия самозатачивания алмазного инструмента. В процессе многопроходного резания вектор скорости подачи дискового инструмента, либо многодисковой кассеты, по отношению к распиливаемому блоку меняет своё направление, в связи с чем реализуются различные способы подачи - попутный и встречный (рис 1). В первом случае вектор скорости подачи совпадает с вектором горизонтальной составляющей скорости резания, во втором они противоположны. Данные способы подачи отличаются условиями заглубления алмазных зёрен в породу в начальный момент контакта. При резании по подаче внедрение зерна алмазного зерна в породу плавно увеличивается от нуля до рабочей величины, определяемой скоростью подачи инструмента. В случае резания против подачи, алмазное зерно начинает контактировать с породой с рабочей величиной заглубления. При этом, в момент начала контактирования возникает ударная нагрузка на зерно, что приводит к повышенному удельному расходу алмазоносных сегментов.  Рис. 1. Способы подачи дискового инструмента Как следует из экспериментальных данных, опубликованных в работе [1], при резании гранита Янцевского месторождения алмазным сегментным отрезным кругом диаметром 500 мм с U-образными пазами, зернистостью А50 с концентрацией 50% на связке М1, удельный износ алмазоносного слоя при встречном способе подачи инструмента в 2-3 раза выше, чем при попутном (рис.2). Повышенный износ обусловлен динамическим приложением тангенциальной нагрузки на алмазное зерно в начальный период его контактирования с распиливаемой породой. В результате неизношенное алмазное зерно вырывается из металлической связки, что существенно снижает время работы алмазоносных сегментов дискового инструмента.     Рис.2. Зависимость удельного износа алмаза  от производительности с заданным условием (  =6 м/мин,  =1; 2; 3; 4; 5 мм) при:А – резании против подачи; В – резании по подачи Уменьшить износ алмазоносного слоя при встречном способе подачи инструмента можно только обоснованно выбранными режимами резания и конструктивными параметрами инструмента. Связь силового и скоростного режимов резания с конструктивными, технико-экономическими параметрами инструмента и процесса принимается на основе кинематической теории поверхностного разрушения горных пород алмазно-абразивным инструментом [2]:  , (1)где и  - скорости подачи и резания, м/с;  - относительное заглубление алмазного зерна в поверхность породы;  - средний радиус алмазного зерна, м;  - относительная глубина пропила;  - радиус дискового инструмента, м;  - коэффициент прерывистости режущей поверхности инструмента, характеризующий алмазоносную поверхность по периферии круга.Заглубление алмазного зерна  соответствует в уравнении (1) максимальному его внедрению в поверхность породы  . Для попутного способа подачи это в конце контакта инструмента с породой, а для встречного - в начале контакта. Величину максимального заглубления определяет угол контакта: , (2)с уменьшением которого снижается и величина .Таким образом, чтобы понизить уровень тангенциальных динамических нагрузок на алмазное зерно в начале контактирования инструмента с породой при встречном способе его подачи, необходимо снижать угол контакта  , т.е. глубину пропила . Уменьшение ударных нагрузок на зерно повысит износостойкость алмазных сегментов. По этому пути идут все камнеобработчики. Вопрос заключается только в том, что до какого предела снижать угол (длину) контакта и как эти параметры связаны с эффективностью многопроходного процесса резания природного камня высокой прочности.Так как доминирующими эксплуатационными затратами являются расходы на дорогостоящий алмазный инструмент. то ответ на поставленный вопрос и решение поставленной задачи целесообразно искать на основе минимизации износа сегментов. При этом обоснование режимных параметров резания и технологического параметра за один проход инструмента должно иметь комплексный подход. учитывающий работу инструмента как при попутном, так и встречном способах его подачи.Рассмотрим предложенную методику расчёта на примере экспериментальных данных работы [1]. Для выявления зависимостей износа алмазных сегментов от скорости продольной подачи инструмента и глубины резания при различных способах подачи (попутный, встречный) было проведено несколько серий экспериментов, отличающихся силовым режимом резания.Первая серия экспериментов проводилась при постоянной скорости подачи и различных глубинах резания: =6 м/мин, =1; 2; 3; 4; 5 мм. По результатам данных исследований (см. рис.2) можно сделать следующие основные выводы:- с увеличением производительности растёт и удельный износ инструментов; - величина удельного износа и интенсивность её прироста по мере увеличения производительности зависит от способа подачи; - при повышении производительности резания от  =1,8 м2/ч, т.е. в 5 раз, удельный износ сегментов увеличился в 6 раз при попутной и в 7,7 раз при встречной подачах;- увеличение удельного износа сегментов при встречной подаче по отношению к попутной для производительности =0,36 м2/ч составляет 1,7 раза, а для производительности =1,8 м2/ч – 2,2 раза.С целью подтверждения влияния способа подачи инструмента на удельный износ его сегментов была проведена вторая серия экспериментов при следующих изменённых режимах, когда глубина резания оставалась постоянной величиной, а скорость подачи изменилась: = 2 мм, =3; 4; 6; 8 м/мин. Результаты эксперимента в графическом виде приведены на рис.3, откуда также следует, что с увеличением производительности растёт удельный износ алмазных сегментов, но с разной интенсивностью, определяемой способом подачи инструмента на распиливаемую породу. С ростом производительности в пределах от 0,48 до 0,96 м2/ч удельный износ сегментов увеличивался с 1,75 до 3,3 при встречном способе подачи по сравнению с попутным.С целью достижения наилучших технико-экономических показателей, результаты экспериментальных исследований работы [1] дают возможность сделать главный вывод: алмазосберегающему режиму многопроходного резания должно отвечать условие одинакового удельного износа сегментов, т.е. условие их равной удельной наработки как при попутном, так и при встречном способах подачи дискового инструмента. Данное условие определяет разную величину производительности резания в попутном направлении по отношению к встречному. Так как процесс многопроходного резания осуществляется с неизменной скоростью подачи  , то отношение глубин пропила будет таким же, как отношение производительностей.    Рис.3. Зависимость удельного износа алмаза от производительности с заданным условием ( = 2 мм, =3; 4; 6; 8 м/мин) при:А – резании против подачи; В – резании по подачи Для рассматриваемого конкретного примера (см. рис.2) условие равной наработки сегментов выполняется, если производительность попутного резания составляет  =1,1 м2/ч, а встречного  =0,36 м2/ч, т.е. в данном случае величины производительности отличаются в три раза, во столько же раз должна отличаться и глубина пропила:  = 3 мм, а  = 1.При заданной обоснованной глубине пропила скорость подачи определяет среднее удельное контактное давление инструмента на породу, поэтому выбор величины скорости подачи в каждом конкретном случае должен обеспечивать длительную работу инструмента без его правки, так как на правку дополнительно расходуется алмаз и затрачивается время. Операция правки возникает, когда отрезной круг теряет режущую способность по причине притупления алмазных зёрен в результате сглаживания углов и острых кромок с образованием площадок износа. В соответствии с жёсткостью (твёрдостью) применяемой связки необходимо подбирать и режимные параметры резания различных горных пород, обеспечивающие алмазным сегментам режим самозатачивания (самообнажения), когда по мере затупления отдельных зёрен происходит у них одновременное образование новых режущих граней и углов под динамическим воздействием нормальных и тангенциальных усилий резания, а также вскрытие из поверхности связки новых острых зёрен. В работе [1] также экспериментальным путём исследовался вопрос влияния глубоких пропилов на удельный износ сегментов, при этом скорость подачи в сравнении с первой серией опытов (см. рис.2) была уменьшена в 10 раз, а глубина пропила увеличена в 10 раз, что предопределило те же значения производительности, как в первом случае. Данные эксперименты проводились при следующих режимах: =0,6 м/мин; =10; 20; 30; 40; 50 мм для случая попутного резания. Результаты экспериментальных исследований представим в той же форме, как и в предыдущих случаях, т.е. зависимостью удельного износа сегментов от величины производительности резания (рис.4). Рис.4. Зависимость удельного износа алмаза  от производительности с заданным условием ( =0,6 м/мин; = 10; 20; 30; 40; 50 мм)при резании по подачи Сравнивая экспериментальные результаты, приведённые на рис.2 и 4 для попутного способа подачи, видим, что одним и тем же значениям производительности соответствует разный по величине удельный износ сегментов. С увеличением глубины заходки за один проход удельный износ уменьшается. Так, для производительности =0,36 м2/ч наблюдается понижение износа в 1,8 раза, а для производительности =1,8 м2/ч - в 2,8 раза. Объяснить это можно на основании уравнения (1), из которого следует, что с повышением глубины пропила за один проход при заданном значении скорости подачи величина максимального заглубления алмазных зёрен в поверхность породы снижается:- для производительности =0,36 м2/ч в 5,6 раза;- для производительности =1,8 м2/ч в 6 раз.С понижением величины уменьшается среднее нормальное давление сегментов на распиливаемую породу и, таким образом, снижается их износ.Конструкцию алмазорежущей поверхности дискового инструмента характеризует коэффициент прерывистости, который выражает долю алмазоносного слоя по периферии круга:  (3)где  – длина сегмента, м; – длина межсегментного паза, м.Влияние размеров сегмента и паза , определяющих величину коэффициента прерывистости режущей поверхности инструмента на его износостойкость и работоспособность, многогранно. В зависимости от величины коэффициента различают дисковый инструмент со сплошным режущим слоем (=1, =0) и сегментного исполнения (<1). В свою очередь, сегментные дисковые пилы изготавливают как с широкими (нормальными) межсегментными пазами, так и с узкими. Согласно ГОСТ 16115-88 «Круги алмазные отрезные сегментных форм» в зависимости от диаметра и величины межсегментного паза коэффициент прерывистости режущий поверхности имеет значения, приведённые в таблице.Величины коэффициента прерывистости режущей поверхности в зависимости от диаметра и величины межсегментного паза
Как видно из таблицы, доля алмазорежущий части для отрезных кругов с узким пазом увеличивается по сравнению с широким (нормальным) пазом на 16÷63% в зависимости от диаметра инструмента. Дисковые пилы сегментного исполнения дают возможность при заданном силовом режиме резания за счёт изменения величины коэффициента увеличивать или уменьшать удельное нормальное давление инструмента на породу, повышая тем самым в целом эффективность её поверхностного разрушения. Кроме того, сегментное исполнение устраняет явление зашламовывания контактной поверхности, что характерно для дисковых пил с непрерывной режущей поверхностью. Образующийся мелкодисперсный шлам, по мере его накопления под сегментами, перераспределяется между контактными и неконтактными поверхностями, перетекая за счёт возникновения относительной скорости перемещения в межсегментные пазы дискового инструмента. Таким образом, каждый межсегментный паз является шламосборником для впереди перемещающегося сегмента на период его контактирования с породой. Снижение объёмов шлама под сегментом увеличивает его наработку за счёт снижения абразивного износа металлической связки, удерживающей алмазные зёрна на контактной поверхности инструмента и одновременно создаёт условия для беспрепятственного внедрения зёрен в породу.К эксплуатационным преимуществам сегментных дисковых пил относится возможность в цеховых условиях с помощью специального недорого оборудования осуществлять замену изношенных сегментов на новые. Отмеченные преимущества и предполагают широкое применение сегментных алмазных пил в камнеобработке. Существует влияние размера межсегментного паза на износ инструмента при встречном способе подачи его на распиливаемую породу. Объясняется это тем, что вследствие наличия паза передняя в направлении вращения инструмента часть сегмента испытывает повышенные динамические (ударные) нагрузки и, тем самым, повышенный износ из-за наличия неудалённого слоя породы, обусловленного безалмазным промежутком рабочей поверхности дисковой пилы (рис 5).  Рис. 5. Конструкции режущей кромки алмазных отрезных дисков: а – со сплошной режущей частью; б – с уменьшенным расстоянием между сегментами; в – нормальным U-образным пазом; S и Н – соответственно толщина и ширина алмазоносного слоя, мм; d – диаметр посадочного места, мм; D – внешний диаметр диска, мм Величину толщины динамического среза  определим на основе кинематического соотношения (4)Как видим из уравнения (4), при заданных значениях силового и скоростного режимов резания, а также величины угла контакта инструмента с распиливаемой породой снизить дополнительное внедрение алмазного зерна в поверхность породы можно только путём применения инструмента с узким пазом. Межсегментный паз является шламосборником для каждого сегмента, поэтому длина паза и межсегментный объём должны обеспечивать нормальные условия контактного взаимодействия инструмента с породой без зашламовывания контакта.На основе анализа экспериментальных результатов работы [1] и проведённых дополнительных исследований процесса многопроходного резания высокопрочного камня можно сделать следующие важные для практики выводы: 1. Алмазосберегающая технология резания реализуется, если наработка дискового инструмента будет одинаковой независимо от способа подачи на распиливаемый блок камня. Обеспечить условие равной наработки инструмента при неизменной его скорости подачи возможно путём выбора глубины попутного и встречного пропилов на графической зависимости удельного износа алмазных сегментов от глубины пропила для различных способов подачи инструмента. 2. Наработка инструмента при равной производительности резания, определяемой произведением скорости подачи инструмента на глубину его заходки, повышается с увеличением глубины пропила за один проход. 3. Удельный износ сегментов при встречном резании снижается с уменьшением длины паза дискового инструмента. |
|||||||||||||||||
Похожие:
 |
Годовой отчёт ОАО «Банк «Екатеринбург» за 2012 год Положение Банка в отрасли Протоколу №29 годового общего Собрания акционеров ОАО «Банк «Екатеринбург» от 31. 05. 2013 г |
 |
Решение по жалобе №72/18. 1/2013 21. 10. 2013 г. Екатеринбург Комиссия Управления Федеральной антимонопольной службы по Свердловской области по рассмотрению жалоб на действие (бездействие) организатора... |
|
Критерии постановки диагноза преэклампсии Авторы: Шифман Е. М. (отв редактор, Москва), Беломестнов С. Р. (Екатеринбург), Вученович Ю. Д. (Москва), Дробинская А. Н.(Новосибирск),... |
|
Программа евразийский Конгресс «Медицина, фармация и общественное здоровье-2013» ... |
|
Психология сегодня Материалы Х региональной студенческой научно-практической... Психология сегодня [Текст]: Материалы Х регион студ науч практ конф. Екатеринбург, 23 – 24 апр. 2008 г. / Отв за выпуск В. А. Лебедева;... |
|
Решение по жалобе №246-з г. Екатеринбург 09. 03. 2017г Муниципальное казенное учреждение «Многофункциональный центр предоставления государственных и муниципальных услуг муниципального... |
|
А. В. Куликов (Екатеринбург), Е. М. Шифман (Москва), С. В. Сокологорский... Сокологорский (Москва), А. Л. Левит (Екатеринбург), Э. В. Недашковский (Архангельск), И. Б. Заболотских (Краснодар), Д. Н. Уваров... |
|
Мвц «Екатеринбург-Экспо», г. Екатеринбург, Россия 30 октября 3 ноября 2016 года Повышение квалификации региональных координаторов и старших региональных экспертов JuniorSkills |
|
Правила оказания услуг акадо-екатеринбург Вступают в действие с 05 июня 2015 г. Порядок подключения к сети «акадо-екатеринбург». Модернизация и ремонт абонентской кабельной разводки 10 |
|
Contacts data, project detail(all fields are mandatory) Почтовый адрес: 620063, г. Екатеринбург, а/я 522. Инн 6659005570 кпп665901001 Фактический адрес: г. Екатеринбург, ул. Шевченко 9,... |
|
Правила оказания услуг акадо-екатеринбург Вступают в действие с 05 июня 2015 г. Порядок подключения к сети «акадо-екатеринбург». Модернизация и ремонт абонентской кабельной разводки 11 |
|
Микрофинансирование мониторинг сми 03 августа 2017 Московский Комсомолец # Екатеринбург. Урал (eburg mk ru), Екатеринбург, 2 августа 2017 |
|
Актуальные вопросы развития экономики и профессионального образования в современном обществе Материалы XII международной молодежной научно-практической конференции 18 марта 2015 г., гг. Екатеринбург, Алматы, Харьков, Елабуга:... |
|
Актуальные вопросы развития экономики и профессионального образования в современном обществе Материалы XII международной молодежной научно-практической конференции 18 марта 2015 г., гг. Екатеринбург, Алматы, Харьков, Елабуга:... |
|
Актуальные вопросы развития экономики и профессионального образования в современном обществе Материалы XII международной молодежной научно-практической конференции 18 марта 2015 г., гг. Екатеринбург, Алматы, Харьков, Елабуга:... |
|
Неотложная помощь при преэклампсии и её осложнениях (эклампсия, hellp-синдром) Клинические рекомендации А. В. Куликов, Е. М. Шифман, С. Р. Беломестнов, А. Л. Левит Уральская государственная медицинская академия... |