книги из ГПНТБ / Ящерицын, П. И. Шлифование с подачей СОЖ через поры круга

12. Механизм прохождения загрязненной СОЖ через шлифовальный круг

В реальных условиях СОЖ представляет собой тон­ кодисперсную среду, в которой содержатся взвешенные частицы шлама (абразива, связки и стружки шлифуе­ мого металла). Процесс движения реальной СОЖ через пористый шлифовальный круг можно рассматривать как два гидродинамических процесса, протекающих одно­ временно: собственно процесс течения СОЖ через пори­ стый круг, называемый фильтрацией, и процесс выделе­ ния твердых частиц шлама на внутренней поверхности круга в виде осадка, называемый фильтрованием. Про­ цесс фильтрования отечественными учеными изучен до­ статочно глубоко [91—93]. Механизм прохождения за­ грязненной СОЖ через шлифовальный круг имеет мно­ го общего с центробежным фильтрованием в перфори­ рованных роторах фильтрующих центрифуг. Наряду с этим ему присущи определенные особенности.

В основе процесса фильтрации загрязненной СОЖ через поры шлифовальных кругов лежит ряд механи­ ческих и физико-химических явлений: механическое по­ глощение частиц шлама в порах круга вследствие пре­ рывности пор, неправильной и разнообразной их формы, извилистости поровых каналов; адсорбция, обусловлен­ ная молекулярным притяжением между частицами шлама и твердым телом круга. При этом возможна коагуляция разнородных частиц шлама (металлическая стружка — абразив — связка — компоненты СОЖ) как следствие их разных по знаку электрических зарядов. В результате коагуляции образуются сложные комплек­ сы (состоящие из двух и более веществ), размеры кото­ рых значительно больше размеров составивших их ча­ стиц отдельных веществ.

Если частицы шлама по размеру больше размеров пор, то они откладываются в виде корки на внутренней поверхности шлифовального круга. Если же размер частиц меньше среднего размера пор круга, то некото­ рая часть этих частиц проходит внутрь порового прост­ ранства. При этом за счет адсорбции, механического торможения и других явлений частицы задерживаются внутри пор, уменьшают живое сечение и в конечном сче­ те закупоривают поры.

60

2л г Н

61

Pile. 12. Схема для изучения образования осадка во внутрен­

ний радиус слоя СОЖ в полости круга)

62

Из уравнений (35) и (36) имеем

равного внутреннему радиусу шлифовального круга) до

Из совместного решения уравнений (40) и (41) полу­ чим выражение элементарного падения давления СОЖ на элементарном слое шлама:

dP

(42)

2пНКс ' г

Тогда полное падение давления СОЖ в слое осадка по­ лучается после интегрирования уравнения (42) в преде-

63

лах от внутреннего радиуса гс слоя шлама до его на­ ружного радиуса RBu, равного внутреннему радиусу шлифовального круга:

Из совместного рассмотрения уравнений (38), (39) и (43) получим уравнение расхода СОЖ через слой шла­ ма, а следовательно, и через поры круга:

рссо2 (R2m - rg) лКсН

(44)

Ц И ( R вн /гс)

Уравнение (44) не учитывает изменения линейной скоро­ сти течения СОЖ и проницаемости по толщине слоя шлама.

Необходимо отметить, что шлам во внутренней поло­ сти вращающегося шлифовального круга сжимается больше, чем в случае обычной фильтрации через непод­ вижный круг при постоянном перепаде давления, рав­ ном тому же значению АР. Дополнительное сжатие слоя шлама во вращающемся круге объясняется влиянием массовых сил скелета шлама, находящегося в поле цен­ тробежных сил, а также изменчивостью скорости СОЖ, радиально текущей через слой шлама. Эти факторьг предопределяют весьма низкую пропускную способность слоя шлама, отложившегося во внутренней полости круга.

Проницаемость шлама зависит от линейной скоро­ сти, измеренной на внутреннем диаметре слоя шлама, избыточного давления СОЖ в полости круга и органи­ зации потоков жидкости в ней, толщины слоя шлама и времени его нахождения под воздействием сил центро­ бежного поля, характеристики шлифовального круга, режимов шлифования, определяющих размерный состав шлама, и других факторов.

Поэтому было проведено экспериментальное исследо­ вание пористости и проницаемости шлама с целью про­ верки пригодности для практических расчетов форму­ лы (44). Сжимаемостью осадка и изменчивостью линей­ ной скорости течения СОЖ в шламе пренебрегали. Эти допущения в определенной степени оправдываются бла­ годаря тому, что отношение толщины слоя шлама к

64

внутреннему радиусу круга невелико. При достижении

Экспериментально было установлено, что пористость от­ ложившегося на внутренней поверхности шлифовально­ го круга шлама находится в пределах 2—15%. При этом с увеличением толщины слоя шлама и времени его на­ хождения под воздействием сил центробежного поля проницаемость уменьшается. Когда слой шлама дости­ гает толщины 2—5 мм, подача СОЖ через поры круга практически прекращается.

Необходимо отметить, что при отсутствии устройств для очистки СОЖ от шлама процесс образования слоя шлама толщиной 2—5 мм в реальных условиях происхо­ дит достаточно быстро, примерно через 1—5 час непре­ рывной работы.

Проверка формулы (44) показала, что различие меж­ ду расчетным значением расхода СОЖ через слой шла­ ма с известной средней проницаемостью и эксперимен­ тально измеренным, как правило, не превышает 10—20%, что удовлетворяет практическим расчетам. В формуле (44) не учитывается давление СОЖ во вну­ тренней полости круга, получаемое от насоса.

Образование слоя осадка сопровождается повыше­ нием давления СОЖ во внутренней полости круга, ко­ торое отмечается по манометру, установленному на устройстве для подачи СОЖ в полость круга. Это внеш­ ний признак начала образования слоя шлама.

13. Исследование структуры шлифовальных кругов [94]

Исследования проводились на шлифовальных кругах типа ПП 100X50X20 зернистостью от 8 до 40, твердо­ стью от Ml до С2 и структурой от № 4 до 9. Было ото­ брано по пять шлифовальных кругов каждой характе­ ристики. Для каждого круга методом пропитки опреде­ лялась активная пористость, а затем иа микроскопе МБР-1 делались микрофотографии произвольного сече­ ния кусочка каждого шлифовального круга при увели­ чении 60. С помощью микрофотографий статистическим методом определялись общая (абсолютная) пористость

и удельная поверхность, а также производилось измере­ ние длины и ширины десяти пор. При этом измерение параметров пор начиналось с самой большой поры, а затем по мере убывания их размеров.

Зависимость пористости, удельной поверхности и размеров пор от зернистости шлифовальных кругов. На рис. 13 линия I представляет собой пористость шлифо­ вальных кругов Э9А 8—40 СМ2К6, согласно табл. 17 [79], которую можно назвать рецептурной, или табули­ рованной; линия 2 и заштрихованная область — значе­ ния активной пористости и ее разброса, полученные ме­ тодом пропитки; линия 3 и заштрихованная область — абсолютная пористость тех же кругов, а штриховая

Рис. 13. Зависимость рецептурной (1), активной (2), абсолют­ ной (3) пористости т и удельной поверхности SyÄ (4 — пунк­ тир) шлифовальных кругов ПП 100X50X20 Э9А 8—40 СМ2К6 от их зернистости

66

Т а б л и ц а 2

Зависимость размеров пор шлифовальных кругов Э9А 8—40 СМ2К6 от их зернистости

линия 4 — их удельная поверхность, полученные стати­ стическим методом.

Из рис. 13 видно, что активная пористость, так же как и табулированная, не зависит от зернистости шлифо­ вальных кругов и является величиной статистически постоянной, примерно на 2,5% меньше табулированной. Абсолютная пористость (линия 3) и удельная поверх­ ность (линия 4) линейно зависят от зернистости, при этом чем меньше зернистость, тем больше абсолютная пористость и удельная поверхность. С увеличением зер­ нистости абсолютная пористость приближается к табу­ лированной.

В табл. 2 приведены параметры пор в зависимости от зернистости шлифовальных кругов. Из таблицы вид­ но, что с увеличением зернистости размеры пор также увеличиваются.

На рис. 14 показаны микрофотографии структуры шлифовальных кругов Э9А32СМ2К6 и Э9А8СМ2К6, где четко видна разница в размерах пор крупнозернистых и мелкозернистых кругов.

сцепления СОЖ с черепком круга, которые также пре­ пятствуют протеканию СОЖ через поры мелкозерни­ стого шлифовального круга. Это предположение, очевид­ но, не распространяется на мелкозернистые крупнопо­ ристые шлифовальные круги.

Увеличение абсолютной пористости шлифовальных кругов с уменьшением их зернистости объясняется сле-

Рис. 14. Микрофотографии структуры шлифовальных кругов: а — Э9А32СМ2К6; б — Э9А8СМ2К6 (увеличение 60)

68

дующим. При производстве мелкозернистых кругов чи­ сло зерен, подлежащих обволакиванию связкой и сце­ плению между собой, резко возрастает, в связи с чем количество связки, необходимой для обеспечения той же твердости, что и для крупнозернистых кругов, увеличи­ вается. При этом в круге образуется большее количе­ ство мельчайших закрытых несообщающихся пор.

cm4S m-

250

200

150

100

M l М2 М 3 СМ1 СМ2 Cl сг твёрдость

Рис. !5. Зависимость рецептурной (1), активной (2), абсо­

69