zabika.ru   1 2 3 ... 5 6

Лекция 4. Исследование процесса импульсного резания

План лекции:

1. Процесс импульсного резания и оборудование для его осуществления

2. Обзор работ по импульсному резанию, различных материалов
По мнению ряда ученых импульсный метод резания является перспективным и эффективным и применяется в машиностроительной, деревообрабатывающей, горной и дорожно-строительной и других отраслях промышленности.

Впервые метод импульсного раскроя холодного и горячего металла был разработан и применен коллективом под руководством профессора В. Г. Кононенко. Было отмечено, что импульсный раскрой ударом заостренного жесткого тела представляет собой новый технологический процесс. Перспективность этого метода усматривалась в простоте оборудования, в высокой производительности из-за малой продолжительности процесса, в высоком качестве реза при отсутствии отходов, в возможности резания любых материалов, при малых установочных мощностях и производственных площадях.

В деревообрабатывающей промышленности под руководством В.Г.Кононенко исследование импульсного резания древесины проводили Г.Ф. Аристов, А.А.Антсон, В.В. Захаров, В.Д.Крыльцов, Е.В.Кириллов и другие.

Было, установлено, что импульсная резка древесины ударным действием ножа с большой скоростью вполне возможна. Она отличается малыми затратами машинного времени, полным отсутствием отходов, хорошим срезом. Были проведены экспериментальные исследования с целью определения усилий резания, оптимальной скорости резки, рациональной геометрии инструмента.

Лекция 5. Импульсное резание компактной костной ткани

как процесс внедрения жесткого клинообразного тела и оценка степени динамичности процесса

1. Процесс импульсного резания можно представить как процесс ударного воздействия жестким тонким клином на разрезаемое тело, именуемое в дальнейшем средой. Удар клинообразного тела по деформируемой среде сопровождается, как правило, внедрением его в среду, особенно при достаточно высокой скорости соударения. При знедрении, как и при соударении, возникают силы, которые нарастают и уменьшаются в короткий промежуток времени, при этом как во внедряющемся теле, так и в среде зарождаются волны напряжений различной природы.


При внедрении в среде выделяются три области: область внедрения, область возмущенного состояния и область покоя (рис.2.2), размеры и конфигурация которых зависят от скорости внедрения, массы и геометрической формы внедряющегося тела (ножа), механических свойств среды и других факторов.

6666666666666

область покоя

Рис 2.2 Расположение областей в среде при внедрении.


Область возмущенного состояния среды образуется в результате распространения волны напряжений, ограничена внешней поверхностью внедряющегося тела, свободной поверхностью среды и поверхностью переднего фронта волны напряжений, которая может быть как волной нагрузки, так и волной разгрузки. Среда в области возмущенного состояния находится в упругом, вязкоупругом, пластическом или другом состоянии в зависимости от ее физико-механических свойств и условий внедрения. Первоначально область возмущения волны нагрузки зарождается в окрестности непосредственного действия заостренной части клинообразного тела (лезвия ножа) и с течением времени расширяется с конечной скоростью, равной скорости распространения волны нагрузки. При этом имеется в виду, что лезвие ножа движется с определенной скоростью в разрезаемой среде. На фронте волны напряжений при переходе из области возмущения в область покоя перемещение частиц среды изменяется непрерывно (в противном случае происходит нарушение сплошности материала), напряжения терпят разрыв, величина которого определяется значениями интенсивностей возмущений в соприкасающихся областях.

Возмущения, распространяющиеся в среде при ее нагружении внедряющимся телом, характеризуются величиной интенсивности. Могут быть возмущения большой интенсивности и возмущения малой интенсивности, которым соответствуют определенные конечные скорости распространения. При импульсном резании, когда на разрезаемую среду действуют внешние силовые факторы высокой интенсивности в короткие промежутки времени, возмущения большой амплитуды имеют большую скорость, чем возмущения малой амплитуды. При их распространении возмущения большой амплитуды догоняют возмущения малой амплитуды, в результате образуется волна со ступенчатым фронтом, который представляет собой поверхность, где претерпевают разрыв непрерывности параметры состояния и движения среды. Такую волну принято называть ударной.


Рассмотренная физическая картина волнового процесса распространения возмущений в среде при внедрении позволяет провести исследование напряженно-деформированного состояния среды в области возмущения в любой момент времени с учетом всех физических особенностей рассматриваемой области возмущения. Поведение материала среды при динамическом нагружении последней предполагается известным, т.е. учитывается локальность напряженно-деформированного состояния, что характерно для динамического нагружения.
Лекция 6. Инженерная методика расчета рабочих органов машин импульсного резания трубчатых костей.

План лекции:

1. Инженерная методика расчета рабочих органов машин импульсного резания трубчатых костей

2. Упрощение формы поперечного сеченая диафиза трубчатой кости с учетом анизотропия.
По своему строению трубчатые кости представляют собой сложную биологическую конструкцию. Основным компонентом диафиза трубчатых костей является компактная костная ткань, свойства которой по сечению диафиза различны. Поэтому в сечениях кости, по которым в соответствии с технологией (см. рис. I.I) обычно происходит процесс отделения эпифизов, на основе многочисленных экспериментов, было выделено три зоны (рис. 3.1а): 1-латеральная; 2-каудальная; 3-медиальная. Исследованиями было установлено С 26 1, что механические свойства компактной костной ткани в этих зонах значительно различаются.

В предыдущей главе были получены соотношения для определения основных параметров процесса импульсного резания. Однако непосредственное использование полученных соотношений к расчету силовых параметров процесса резания практически не представляется возможным из-за сложности формы поперечного сечения диафизарной части трубчатой кости.

Очевидно необходимо аппроксимировать сложную форму поперечного сечения более простой, но удовлетворяющей требованиям инженерной точности. После отделения эпифизов больших берцовых костей на экспериментальной установке были сняты отпечатки сечений кости в месте отделения эпифизов. На рис. 3.1а, б показано сечение кости и изображен процесс постадийного внедрения лезвия ножа. Аппроксимация производилась по следующей схеме: выбиралась линия, проходящая через центр тяжести сечения и параллельная направлению внедрения ножа. Через все сечение с небольшим шагом


200°

а

Рис. 3.1. Построение расчетной схемы процесса импульсного резания трубчатых костей.


Рис. 4.1. Установка пневмомеханического действия.
Для определения начальной скорости внедрения ножа в установке предусмотрен датчик угла поворота, позволяющий производить измерение утла поворота ножа во времени и состоящий из вращающегося вместе с режущим органом диска 13 с окнами, лампочки 14 и фотодиода 15 марки ФД-3.

В установке также предусмотрена тензометрическая аппаратура, позволяющая фиксировать усилие резания. В состав тензометрической аппаратуры входят двухкомпонентные меесдозы 16, 17, 4-х канальный усилитель 18 типа ТА-5, пшейфовый осциллограф 19 типа H-II7.

В конструкции, установки взаимосвязанная система: пневмоцилиндр со штоком - вращающийся маховик, предотавляет собой кривошипно-кулисный механизм с качающейся кулисой. Роль этого механизма - преобразовать поступательное движение штока под действием.
Лекция 7. Установка механического действия для исследования импульсного резания трубчатой кости.

План лекции:

1.Установка импульсного резания.
Ряд экспериментов проводился на установке для импульсного резания, разработанной на кафедре "Машины и оборудование мясокомбинатов" МТИММП, позволяющей одновременно фиксировать начальные скорости внедрения ножа и усилия резания. На этой установке (рис. 4.4) импульсное резание трубчатой кости может осуществляться ножами различных форм заточки и конфигурации, при разных скоростях движения ножа.

Схематично установка вместе с контрольно-регистрирующей аппаратурой показана на рис. 4,5,

На двухконсольном валу I, установленном в подшипниковой опоре 2,с одной стороны укреплена радиально расположенная державка 3 для фиксации сменных пластинчатых ножей 4, с другой стороны находится сцепная муфта 5 с маховиком 6 и трехступенчатым шкивом 7, кинематически связанным посредством клиноременной передачи 8 с двигателем постоянного тока 9, питающимся от блока питания 10, с плавным регулированием скорости вращения ротора при помощи реостатов II.


Управление работой муфты включения 5 осуществляется кнопкой 12, установленной на лицевой панели 13, ограждающей зону резания. Для мгновенного отключения в момент резания вращающегося маховика 6 от двигателя 9 служит пружинная натяжная станция клиноременной передачи 8. Она выполнена с возможностью ослабления натяжения ремня S при помощи электромагнитного устройства и экрана 16 до свободного проскальзывания шкива 7 относительно ремня 8,

На подшипниковой опоре 2 установлены путевые выключатели 17 и 18. Они взаимодействуют с вращающейся державкой 3 и электрически связаны соответственно с электромагнитным устройством 15 мгновенного отключения вращающегося маховика 6 от двигателя 9 и с реле 19, включения колодочного тормоза 20 и одновременного отключения двигателя 9 с переключением его на режим электродинамического торможения для принудительной остановки вращающегося вала I,

Путевой выключатель 17 служит так же для включения подачи электрического сигнала определенной частоты с задающего генератора колебаний 21 на один из каналов осциллографа 22 и отключения подачи сигнала с целью регистрации скорости подлета ножа 4


На подшипниковой опоре 2 установлены путевые выключатели 17 и 18. Они взаимодействуют с вращающейся державкой 3 и электрически связаны соответственно с электромагнитным устройством 15 мгновенного отключения вращающегося маховика 6 от двигателя 9 и с реле 19, включения колодочного тормоза 20 и одновременного отключения двигателя 9 с переключением его на режим электродинамического торможения для принудительной остановки вращающегося вала 1. Путевой выключатель 17 служит так же для включения подачи электрического сигнала определенной частоты с задающего генератора колебаний 21 на один из каналов осциллографа 22 и отключения подачи сигнала с целью регистрации скорости подлета ножа 4

к перерезаемой кости.


Резание трубчатой кости, закрепленной в держателе 23 осуществляется ножом 4. Держатель 23 установлен на консольной тензометрической пластине 24 на которой наклеены активный и термокомпенсиругащий тензорезисторы, связанные через усилитель 25 с запоминающим двухлучевым электронным осциллографом 22 марки С8-2, запуск развертки которого осуществляется от фотоэлектрического датчика 26 и реле 27. Тарировка тензометрической пластины производилась на разрывной машине МР-500Т-2. Пределы погрешности измерения нагрузки на шкале 5 кН силойзмерителя машины не более +1%,

Методика проведения исследований на экспериментальной установке была следующей.

Подготовленная кость закреплялась в держателе 23, затем включался двигатель 9 который через клпноременную передачу 8 приводил во вращение маховик 6, разгоняя его до требуемой скорости, которая контролировалась при помощи стработахометра СТ МЭИ. Жесткое сцепление вращающегося маховика 6 с неподвижным валом I и укрепленной на нем державкой 3 ножа 4 осуществлялось включением сцепной муфты 5 при помощи кнопки 12 на лицевой панели 13, ограждающей зону резания.

После чего державка 3 с ножом 4 начинала совершать ускоренное круговое движение. В момент, предшествующий перерезанию образца, копир 28 на державке 3 взаимодействовал с путевым выключателем 17, осуществляя тем самым мгновенное отключение вращающегося маховика 6 от двигателя 9 при помощи электромагнитного устройства 15, которое ослабляло натяжение пружин 29 до момента свободного проскальзывания маховика 6 относительно ремня 8 и экрана 16, обеспечивающего прослабление ремня 8 в вертикальном направлении, не давая проеслабляться за счет центробежной силы

в горизонтальном направлении.

Одновременно включалась подача электрического сигнала определенной частоты с задающего генератора ГЗ-56/1 21 на один из каналов осциллографа 22. После соскальзывания ролика путевого выключателя 17 с копира 28, определенной длины, происходило отключение подачи электрического сигнала с задающего генератора 21, что позволяло определять начальную скорость резания кости.


По частоте сигнала, поданного с задающего генератора, на экране осциллографа определялось время tQ взаимодействия копира длиной с роликом путевого выключателя, а затем рассчитывалась начальная скорость резания кости


Энергией вращающихся масс нож 4 перерезал кость, закрепленную в держателе 23. При этом в процессе резания кости ножом под действием сил сопротивления резанию изгибалась тензометрическая пластина 24 с наклеенными на нее тензорезисторами. Сигнал с тензорезисторов, вызванный изгибом пластины, через усилитель 25 поддавался на один из каналов осциллографа 22 с предварительно включенной разверткой. Запуск развертки осуществлялся при помощи фотоэлектрического датчика 27, когда луч, освещающий фотоэлемент, перекрывался движущейся державкой 3, при этом прекращалось питание обмотки реле 27 и через нормально замкнутые контакты его от блока питания 10 подавался электрический сигнал на блок внешней синхронизации запуска развертки осциллографа 22.

После перерезания кости копир 28 на державке 3 взаимодействовал с роликом концевого выключателя 18, включая через реле 19 колодочный тормоз и одновременно отключался двигатель 9 с переключением его на режим электродинамического торможения для принудительной остановки вращающегося вала I с державкой 3 и ножом 4.

Установка механического действия позволяет проводить исследование импульсного резания кости при скоростях движения ножа от 5 м/с до 25 м/с.

Лекция 8. Характеристики рабочих органов и схемы измерения параметров процесса.

При исследовании импульсного резания больших берцовых костей быков на установке пневмомеханического действия (рис. 4.1) в качестве режущего инструмента использовались пластинчатые ножи с двухсторонней заточкой. При этом толщина ножей была угол заточки & режущей кромки ножей 10° и 16°. Масса ножа была 10 кг. В процессе экспериментального исследования импульсного резания кости скорость движения ножа изменялась от 8 м/с до 27 м/с. Схема определения усилий


777777777777777777777777777777

Во всех экспериментах угловая ориентация сечений кости к направлению внедрения ножа 0=0° (рис. 4.6).

На установке механического действия (рис. 4,4) проводилось экспериментальное исследование импульсного резания больших берцовых костей быков К-образными ножами с односторонней заточкой режущих кромок. Для экспериментов использовались ножи с двумя углами заточки режущих кромок S = 20° и S = 30°. Угол раствора J5 у этих ножей был одинаков и равен 80°. Масса каждого ножа была 0,5 кг. Начальная скорость внедрения ножа Ус изменялась в процессе исследований от 10 м/с до 25 м/с. Угловая ориентация сечения кости во всех экспериментах была равна 0°. Схема эксперимента приведена на рис. 4.7.



Рис. 4.7. Схема экспериментальной проверки методики расчета параметров процесса импульсного



Кроме того, на установке механического действия проводились исследования импульсного резания кости У -образными ножами с разными углами раствора р (рис. 4.7), изменяющимися от 80° до 180°. Угол заточки и начальная скорость внедрения ножей были постоянны и соответственно равны S = 30°, Vc = 20 м/с. Масса у всех ножей была одинакова и равна 0,5 кг.

На этой же установке проводились исследования импульсного резания кости пластинчатыми ножами с односторонней заточкой. В процессе экспериментов использовались ножи с разными углами заточки, изменяющимися от 10° до 30°. Начальная скорость внедрения ножа Vc была постоянна и равна 20 м/с.

Во всех экспериментах на установке механического действия толщина ножей была одинакова и равна 4«1СГ м.

В процессе экспериментов на этой установке фиксировалось значение максимального усилия резания только в вертикальном направлении, горизонтальная же составляющая отсутствовала благодаря тому, что в момент внедрения ось V -образного ножа, проходящая через вершину угла совпадала с вертикалью, проходящей через центр тяжести сечения кости.


<< предыдущая страница   следующая страница >>