Дослідження факторів, які впливають на зусилля закріплення заготовок на магнітній плиті
Мета роботи
Дослідити силові характеристики магнітної оснастки, а також фактори, які впливають на зусилля закріплення заготовок на магнітній плиті. Ознайомитись з магнітними пристроями і отримати навички їх розробки.
Обладнання, прилади та інструменти
6.2.1 Плита прямокутна, магнітна
6.2.2 Динамометр з індикатором
6.2.3 Навантажувальний пристрій
6.2.4 Профілометр-профілограф
Експериментальний стенд (рис 6.1) складається з магнітної прямокутної плити 1 на яку в поперек її полюсів по одній штуці укладають заготовки 2, навантажувального пристрою 3, за допомогою якого створюють зсувну силу, обертаючи гвинт 4, величину цієї сили зчитуємо по індикатору динамометра 5.
Рисунок 6.1 – Експериментальний стенд
На рисунку 6.2 зображена конструкція магнітної плити яка складається з постійних магнітів 1, що ізольовані немагнітними прокладками 2 і скріплені зі вставками 3 немагнітними заклепками в спільний блок. Крім того, в кришці 6 корпуса 7 розміщений нерухомий блок постійних магнітів. Якщо рухомий блок сумістити з нерухомим так, як показано на рис. 6.2, то через феромагнітну заготовку 4 замкнеться магнітний потік (заготовка – якір) і вона закріпиться. Для відкріплення заготовки рухомий блок переміщують за допомогою кривошипного механізму 5 вздовж напрямних корпуса і кришки плити. Магнітний потік при цьому положенні рухомого блока замикається через корпус і кришку плити, минаючи заготовку.
Зазори між магнітним блоком і його напрямними (розмір Н) в корпусі та кришці вибирають мінімальними 0,02...0,03 мм. Якщо збільшити зазори, тоді магнітні сили, що діють на блок зверху і знизу не зрівноважуються і його важко зсувати.
Рисунок 6.2 – Магнітна плита
Методичні вказівки
Магнітне оснащення отримало широке застосування в машинобудуванні. Найпоширенішими є прямокутні плити. Воно застосовуються для закріплення заготовок на операціях шліфування, стругання, фрезерування, розточування та інших. Магнітні плити, як збірні конструкції, мають певну податливість. Їх жорсткість досить висока і знаходить в межах 50-80 кН/мм. Найбільший прогин плити виникає у її центрі, тому при обробці партії невеликих заготовок спостерігається розсіювання їх розмірів по висоті.
В процесі шліфування плити нагріваються від заготовок в результаті виділення тепла при різанні. Теплові деформації неоднакові по поверхні плит; найбільша деформація в середині плити, що пояснюється гіршими умовами тепловідводу. Конструкція плит є достатньо вібростійкою. Частота власних коливань плит середніх розмірів знаходиться в межах 800-1500 Гц, тому явище резонансу при фрезеруванні практично виключене.
Постійні магніти виготовляють із феромагнітних матеріалів, які мають високу залишкову індуктивність та велику коерцетивну силу. Найкращий матеріал для постійних магнітів - сталь з високим вмістом вуглецю і легуючих металів: вольфраму, кобальту, хрому. Ці сталі зберігають магнітні властивості тривалий час (не менш двох років). При розмагнічуванні їх магнітні властивості можна відновити повторним намагнічуванням. Застосовують також плити з керамічними або оксидно-барієвими магнітами, які отримують методом порошкової металургії з окису заліза Fe2O3 та вуглекислого барію BaCO3. Вони мають більшу утримуючі силу і меншу відстань між полюсами.
На рис 6.3 схема дії плити з оксидно-барієвими магнітами.
Рисунок 6.3 – Принцип дії магнітної плити з оксидно-барієвими магнітами
В положенні закріплення заготовки 1 нижній блок 3 оксидно-барієвих магнітів займає по відношенню до верхнього нерухомого блоку 3 положення, яке показане на нижній проекції. Нижній блок зсунутий і силові лінії замикаються, минаючи заготовку всередині плити.
Згідно з ГОСТ 16528-87 прямокутні магнітні плити загального призначення випускаються п’яти класів точності Н, П, В, А і С з ручним та дистанційним керуванням.
Приклад умовного позначення магнітної прямокутної плити з ручним керуванням класу точності Н, кліматичного виконання УХ-Л42 за ГОСТ 15150-69, розмірами В=100мм і L=250мм
Плита 7208-0001 ГОСТ 16528-87.
Те саме для магнітної плити з дистанційним керуванням класу точності Н, кліматичного виконання УХ-Л42 за
ГОСТ 15150-69, розмірами В=100мм і L=250мм
Плита 7208-0001 Д ГОСТ16528-87.
При позначенні плит класів точності П, В, А і С в умовне позначення слід додати літеру індексу класу точності.
Приклад умовного позначення магнітної прямокутної плити з ручним керуванням класу точності П, кліматичного виконання Т2 за ГОСТ 15150-69, розмірами В=100мм і L=250мм
Плита 7208-0001 ПТ2 ГОСТ 16528-87
Те ж для магнітної плити з дистанційним керуванням класу точності А, кліматичного виконання ТВ3 за ГОСТ 15150-69, розмірами В=100мм і L=250мм
Плита 7208-0001 АТВ3 ГОСТ 16528-87.
Характер закріплення деталі на магнітній оснастці суттєво відрізняється від закріплення деталі в механічній оснастці. По-перше, в магнітних пристроях деталь не притискається, а притягується. По-друге, сила притягання розподіляється або по опорній поверхні плоских деталей, або вздовж лінії контакту для круглої форми деталі з пристроєм. По-третє, в магнітному, сила з якою притягується деталь, залежить від геометричних розмірів, форми, матеріалу, шорсткості опорної поверхні і товщини деталі. Нарешті, по-четверте, дія сили притягання деталі в одному-двох напрямках не забезпечує жорсткого зв’язку зі всіма шістьма точками (дивись правило шести точок).
Для визначення силових характеристик магнітних прямокутних плит застосовують метод відриву еталонного випробувального зразка від дзеркала плити.
Питому силу притягання Рп увімкненої плити перевіряють динамометром, який вимірює значення сили Р, що відриває встановлену на полюсах S i N випробувальну пластину 2 від робочої поверхні плити.
Відрив випробувальної пластини проводять у напрямку, перпендикулярному до робочої поверхні плити. Силу Р слід прикладати в точці перетину осей симетрії випробувальної пластини (рис. 6.4).
Рисунок 6.4 – Ескіз випробувальної пластини
Питому силу притягання Рп визначають за формулою
, (6.1)
де Р – сила відриву, Н;
t – міжполюсна відстань, см;
К – ширина випробувальної пластини, см.
Середня питома сила притягання розраховується як середнє арифметичне значення вимірюваних сил у всіх точках питомих сил притягання.
У багатьох випадках початковою величиною для розрахунків при проектуванні магнітних пристроїв є зусилля різання. При виконанні таких операцій як шліфування, фрезерування і т.д. зусилля різання направлено паралельно опорній поверхні заготовки і намагається її зсунути. Чисельно зусилля зсуву рівне силі тертя. Зусилля притягування, необхідне для утримання деталі на плиті, визначається через коефіцієнт тертя, який не є постійною величиною і може коливатися в широких межах.
Зусилля зсуву не є величиною, яка безпосередньо характеризує пристрій, але з практичної точки зору має важливе значення. Цей параметр із групи економічних (експлуатаційних) показників переходить у групу технологічних характеристик. Саме залежно від сили притягування, а отже, і зсуву, буде визначатися можливість використання магнітного пристрою на тій чи іншій операції, оскільки всі інші характеристики цього виду пристроїв достатньо високі у порівнянні зі звичними. В даній роботі магнітну індукцію В визначають наступним чином. Експериментально силу зсуву Рзс визначають для стальної пластини прямокутної форми при закріпленні її на магнітній плиті. Матеріал пластини – сталь 10. Довжина пластини L повинна бути такою, щоб вона повністю перекривала всю довжину полюса, а ширина М повинна перекрити половину ширини двох полюсів протилежної полярності
, (6.2)
де а – ширина полюса в см;
t – міжполюсна відстань в см.
Товщина пластини повинна бути не менше половини ширини полюса.
За площею полюсів плити, які перекриваються пластиною, і силою зсуву визначають магнітну індукцію по формулі
, (6.3)
де Рзс – сила зсуву, кГс;
Sпол – сумарна площа поперечного перерізу полюсів, які перекриваються пластиною, см2;
f – коефіцієнт статичного тертя заготовки по поверхні плити; (f=0,15…0,18);
, (6.4)
де S – площа зразка в плані, см.
Сумарну площу поперечного перерізу полюсів плити, яка перекривається зразками, знаходять наступним чином. На поверхню плити кладуть зразки (пластина, диск, кільце) і олівцем окреслюють їх контури. Потім вимірюють розміри перекритих полюсів і підраховується їх сумарна площа. Значення S визначають по фактичних розмірах зразків.
Визначають магнітну індукцію для пластини за формулою (6.3). По її величині розраховують силу зсуву для сталевого диску та кільця, які мають таку ж товщину і таку ж шорсткість базової площини за формулою
. (6.5)
Порядок виконання роботи
6.4.1 Експериментально визначити величину сили, яка необхідна для зсуву встановлених на магнітній плиті заготовок:
а) сталевих різної товщини, однакових розмірів в плані і з однаковою шорсткістю базової площини; дані занести в таблицю 1;
б) чавунних різної товщини, однакових розмірів в плані і з однаковою шорсткістю базової площини; дані занести в таблицю 1;
в) сталевих однакових розмірів, але з різною шорсткістю базової площини; дані занести в таблицю 2;
г) чавунних однакових розмірів, але з різною шорсткістю базової площини; дані занести в таблицю 2.
6.4.2 По отриманих даних побудувати криві зсувної сили в залежності від товщини заготовок з різних матеріалів і в залежності від шорсткості їх базової площини.
6.4.3 Розрахувати сумарну площу поперечного січення полюсів, які перекриваються пластиною, диском і кільцем.
6.4.4 Розрахувати величину магнітної індукції відповідно для пластини, диску і кільця за формулою (6.3). Дані занести в таблицю 6.3.
Таблиця 6.1 – Сила зсуву встановлених на магнітній плиті плоских заготовок
| № п/п зразків | Товщина заготовки В мм | Значення величини сили зсуву Рзс | ||
| Матеріал заготовки | ||||
| Сталь (марка) | Сталь (марка) HRCe | Чавун (марка) | ||
Таблиця 6.2 – Сила зсуву встановлених на магнітній плиті плоских заготовок
| № п/п зразків | Шорсткість поверхні | Значення величини сили зсуву Рзс | ||
| Матеріал заготовки | ||||
| Сталь (марка) | Сталь (марка) HRCe | Чавун (марка) | ||
6.4.5 Розрахувати силу зсуву Рзс відповідно для пластини, диску і кільця. Дані занести в таблицю 3.
6.4.6 Визначити експериментальним шляхом сили зсуву для пластини, диску та кільця. Дані занести в таблицю 3.
6.4.7 Визначити ступінь відповідності розрахункового та експериментального значень сили зсуву відповідно для пластини, диску та кільця.
Таблиця 6.3 – Розрахункові та експериментальні величини зсувної сили для різної конфігурації заготовок
| № п/п | Форма заготовки | Магнітна індукція В, Гс | Розрахункова сила зсуву Рзс. р, Н | Експеримен-тальна сила зсуву Рзс. е, Н | Відносна похибка
 ,
%
|
| Пластина | |||||
| Диск | |||||
| Кільце |
Зміст звіту
В звіт входить:
6.5.1 Найменування лабораторної роботи.
6.5.2 Номер групи, прізвище та ініціали студента.
6.5.3 Схема установки.
6.5.3 Дані про прилади, які застосовуються при виконанні лабораторної роботи.
6.5.4 Теоретичне визначення величини магнітної індукції та величини сили зсуву.
6.5.5 Таблиці результатів експериментальних досліджень;
6.5.6 Висновки по роботі.
6.5.7 Дата і підпис студента і викладача.
6.6 Запитання для самоперевірки
6.6.1 Будова, принцип роботи магнітної плити.
6.6.2 Умовні позначення магнітних плит.
6.6.3 Матеріали, які застосовуються для виготовлення магнітних плит.
6.6.4 Теоретичне магнітної індукції та сили зсуву.
6.6.5 Визначення питомої сили притягання магнітної плити.
6.6.6 Як впливають розміри, конфігурація та шорсткість поверхні заготовки на силу зсуву?
6.4.4 Розрахувати магнітну індукцію для пластини, диску і кільця за формулою (6.3). Дані занести в таблицю 6.3.
6.7 Вимоги щодо техніки безпеки при
проведенні лабораторної роботи
6.7.1 Перед початком проведення експериментів перевірити надійність закріплення стенду.
6.7.2 При переміщенні гвинта слідкувати, щоб динамометр розміщався паралельно до поверхні магнітної плити і контактував з напрямною через опорну кульку.
Література
[1], с. 130...138.
[2], с. 79...80.
[3], с. 508...510.
Лабораторна робота №7