1168

Министерство образования и науки Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Пермский государственный технический университет»

Сибирское отделение РАН Уральское отделение РАН

Министерство промышленности, науки и инноваций Пермского края Федеральное агентство по делам молодежи «Росмолодежь»

ВЕСТНИК ПГТУ

МАШИНОСТРОЕНИЕ, МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ

Т. 13, № 1

Издательство

Пермского государственного технического университета

2011

Тематика журнала охватывает широкий круг научных и технических проблем машиностроения и материаловедения, фундаментальных и прикладных исследований в области машиностроения и материаловедения, актуальных проблем высшего технического образования, вопросы технической эстетики, интеграции науки, образования и производства.

Журнал предназначен для ученых, инженеров, преподавателей вузов, аспирантов и докторантов, руководителей и специалистов академических и отраслевых НИИ.

Члены редакционной коллегии

Бамбуров В.Г. доктор химических наук, профессор, член-корреспондент РАН (Институт химии твердого тела Уральского отделения РАН, Пермь)

Яковлев И.В. доктор технических наук, профессор (Институт гидродинамики СО РАН) Исмагилов З.Р. доктор химических наук, профессор (Институт катализа СО РАН)

Шардаков И.Н. доктор физико-математических наук, профессор (Институт механики сплошных сред Уральского отделения РАН, Пермь)

Симонов Ю.Н. доктор технических наук, профессор (ПГТУ, Пермь) Свирщёв В.И. доктор технических наук, профессор (ПГТУ, Пермь) Щицын Ю.Д. доктор технических наук, профессор (ПГТУ, Пермь) Иванов В.А. доктор технических наук, профессор (ПГТУ, Пермь)

Трусов П.В. доктор физико-математических наук, профессор (ПГТУ, Пермь)

Бульбович Р.В. доктор технических наук, профессор, действительный член Академии инженерных наук РФ, Академии навигации и управления движения РФ (ПГТУ, Пермь)

Файнбург Г.З. доктор технических наук, профессор (ПГТУ, Пермь) Шендеров И.Б. доктор технических наук (ОАО «ПНИТИ», Пермь) Черных М.М. доктор технических наук, профессор (ИжГТУ, Ижевск)

Чернов В.П. доктор технических наук, профессор (МГТУ, Магнитогорск) Шалимов М.П. доктор технических наук, профессор (УГТУ-УПИ, Екатеринбург) Фурман Е.Л. доктор технических наук, профессор (УГТУ-УПИ, Екатеринбург) Наумов В.А. кандидат геолого-минералогических наук (ПГУ, Пермь)

Дическул А.Д. кандидат технических наук, доцент, почетный работник высшего профессионального образования (Перм. авиац. техникум им. А.Д. Швецова, Пермь)

Флегентов В.К. кандидат технических наук (ЗАО «Новомет», Пермь)

Фомин И.Б. кандидат технических наук (ОАО «Пермский моторный завод», Пермь) Дубровский В.А. кандидат технических наук (ОАО «Протон-ПМ», Пермь)

Земсков А.Н. доктор технических наук (ООО «ЗУМК-Инжиниринг», Пермь)

©ГОУ ВПО «Пермский государственный технический университет», 2011

УДК 621.9.06-233.1-192

А.Е. Кобитянский, А.В. Шафранов, А.В. Пепелышев

Пермский государственный технический университет

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ ШПИНДЕЛЬНОГО УЗЛА

Изложена методика проведения натурных испытаний шпиндельного узла станка. Рассмотрены особенности проведения эксперимента по исследованию динамических характеристик элементов шпиндельного узла.

Ключевые слова: металлорежущие станки, шпиндель, динамика, натурные испытания, математическое моделирование.

Вработах [1, 2] проведено теоретическое изучение и моделирование динамических характеристик шпиндельных узлов станков. С целью подтверждения теоретических положений проведено экспериментальное исследование шпиндельного узла станка 3В642. В процессе эксперимента измерялись и регистрировались следующие характеристики: виброперемещения, виброскорости и виброускорения, а также спектры вибрации элементов шпиндельного узла при различных режимах плоского шлифования.

Приборное оснащение представляло собой систему вибрационного мониторинга и диагностики роторных машин ОАО ВАСТ («Виброакустические системы и технологии», г. Санкт-Петербург), включающую в себя средства измерения: переносной анализатор сигналов – сборщик данных СД–11, персональный компьютер и программное обеспечение для вибрационного мониторинга машин и оборудования. Для регулирования скорости двигателя и, соответственно, шпинделя применен частотно-регулируемый привод, управляющий скоростью электродвигателя путем изменения частотной характеристики его питания. С этой целью использовался инвертор SJ200015NFEF/NFU фирмы Hitachi.

Впроцессе измерений виброперемещений, виброскоростей и виброускорений пьезоэлектрический датчик устанавливался с помощью специального магнита на корпусе шпиндельной бабки в непосредственной близости от опор в вертикальном и горизонтальном направлении. Схема проведения эксперимента представлена на рис. 1.

5

Результаты замеров обрабатывались с помощью микропроцессора прибора СД-11. Каждый опыт проводился по 10 линейным усреднениям, что гарантирует надежность измерения. В каждом замере определялись характеристики общего уровня виброперемещения, виброскорости, виброускорения типа пик, пик – пик и среднеквадратичное отклонение, а также усредненный спектр указанных характеристик. По результатам проведенных измерений отслеживались величины вибрации на выбранной частоте по имеющемуся спектру при помощи анализатора СД-11 или на персональном компьютере, после передачи данных со сборщика.

По результатам эксперимента наблюдается удовлетворительная сходимость спектров собственных частот системы с данными, полученными моделированием. На рис. 3 в качестве примера приведены спектр собственных частот, полученный при моделировании динамики шпиндельного узла (рис. 3, а), и результаты замера автоспектра виброперемещения (рис. 3, б) левой опоры шпинделя в вертикальном направлении при частоте вращения 500 об/мин.

По результатам экспериментальных исследований погрешность определения собственных частот с рядом результатов численных расчетов составляет не более 26 % во всем диапазоне изменения частоты вращения шпинделя.

Список литературы

1.Система для имитационного моделирования динамики шпиндельных узлов / А.М. Ханов [и др.] // Прогрессивные технологические процессы в машиностроении: сб. материалов международной научно-технической конфе-

ренции. – 30 нояб. 2007 г. / Перм. гос. техн. ун-т. – Пермь, 2007. – С. 233–239.

2.Автоматизированный расчет динамических характеристик узлов технологических систем / А.М. Ханов [и др.] // Перспективные технологии

иматериалы: сб. материалов международной научно-технической конфе-

ренции. – 24 нояб. 2008 г. / Перм. гос. техн. ун-т. – Пермь, 2008. – С. 463–471.

Получено 19.01.2011

УДК 621.921

С.В. Тарасов, В.И. Свирщёв, А.В. Шохрин

Пермский государственный технический университет

ИССЛЕДОВАНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПРОЦЕССА ТОЧЕНИЯ ЧУГУНА «НИРЕЗИСТ»

Проведены исследования влияния параметров режима резания на функциональные характеристики процесса точения. Получены математические модели, определяющие влияние технологических условий на функциональные и выходные характеристики процесса точения. Даны рекомендации по выбору пластин при обработке чугуна марки «Нирезист».

Ключевые слова: сменные пластины, силы резания, температура, износ.

Развитие научно-технического прогресса и условия конкурентной борьбы на мировом рынке ставят перед современным производством задачу значительного повышения производительности и качества выпускаемой продукции. Улучшение технико-экономических показателей изделий машиностроения за счет изготовления деталей из новых материалов с высокими прочностными характеристиками, жаропрочностью, износостойкостью и др., как правило, приводит к снижению производительности при их изготовлении. Сегодня это наиболее актуально для заводов, занимающихся выпуском насосных установок погружного типа нефтедобывающего оборудования.

ЗАО «Новомет-Пермь» выпускает погружные насосы, которые эксплуатируются, как правило, в агрессивной среде. Поэтому основными материалами, из которых изготавливаются детали, являются коррозионностойкие, нержавеющие стали и сплавы. В связи с этим для предприятия становится актуальным проблема поиска пути повышения эффективности процесса точения рабочих ступеней центробежно-вихревых насосов, выполненных из чугуна ЧН16Д7ГХ. Чугун «Нирезист» относится к высоконикелевым антифрикционным чугунам аустенитного класса с шаровидным или пластинчатым графитом со специальными свойствами. Посредством легирования обеспечиваются требуемые эксплуатационные свойства: жаропрочность, жаростойкость, износостойкость, коррозионная стойкость, парамагнитность, хладостойкость. Химический состав и физико-механические свойства чугуна «Нирезист» приведены ниже.

Повышение эффективности механической обработки является важнейшей задачей современного машиностроения, включающей в себя достижение наиболее высокой производительности обработки с обеспечением заданного

9

уровня качества поверхностного слоя деталей. Решение этой задачи для нового, мало исследованного резанием чугуна «Нирезист» может быть достигнуто за счет: выбора наиболее рациональных методов и схемы обработки деталей; обоснования оптимальных параметров режима обработки, обеспечивающих максимальную производительность или минимальную себестоимость; применения современного высокопроизводительного оборудования; выбора наиболее рациональной геометрии и инструментального материала сменных многогранных пластин; выбора эффективной СОТС.

Химический состав чугуна «Нирезист», %

Физико-механические свойства чугуна «Нирезист»

С целью установления взаимосвязей между параметрами качества поверхностного слоя и технологическими условиями обработки проведены исследования процесса точения чугуна «Нирезист» резцами с многогранными сменными пластинами по следующим характеристикам: составляющие силы резания (Pz, Py), среднеконтактная температура резания (термоЭДС – Е), износ твердосплавных пластин (h), шероховатость обработанной поверхности (Ra).

Кроме того, экспериментальные исследования преследовали цель выявления эффективности применения импортных марок твердого сплава с геометрией разного типа для улучшения параметров качества поверхностного слоя при чистовой обработке поверхностей ступеней погружных насосов.

Экспериментальные исследования проводились с помощью измерительного комплекса «Центр диагностики процесса резания–РОС–ПГТУ», на станке 16К20 с изменением параметров режима резания согласно матрице планирования при постановке полного факторного эксперимента [2]. Диапазоны изменения параметров режима точения принимались следующие: скорость резания V = 150…250 м/мин; подача S = 0,1…0,3 мм/об; глубина резания t = 0,5…2 мм. На основании результатов предварительных производственных испытаний в ЗАО «Новомет-Пермь» для проведения исследований и реализации оптимального процесса точения ступеней погружных насосов из чугу-

10