Plieno suvirinimo konstrukcija kontra mineralinio lietinio mašinos pagrindo virpesių slopinimo aspektu

PFT, Šenzhen

Abstraktus

Mašinos pagrindo konstrukcija svarbi stabilizuojant apdirbimo tikslumą valdant vibraciją. Šiame tyrime palyginti plieno suvirinimo ir mineralinio lietaus pagrindai pagal vibracijos slopinimo efektyvumą. Sukurti baigtinių elementų modeliai ir atlikti modaliniai bandymai siekiant įvertinti natūraliąją dažnį, slopinimo koeficientą ir poslinkio atsaką esant modeliuojamoms pjūvių apkrovoms. Rezultatai rodo, kad mineralinio lietaus pagrindai turi 18–25 % didesnį slopinimo gebėjimą nei plieniniai suvirinimai, ypač 200–500 Hz dažnių diapazone. Tačiau plieniniai suvirinimai turi pranašumų struktūrinėje standumoje ir mažesnėje pradinėje kainoje. Gauti duomenys pateikia kiekybinius įrodymus dėl mašinos pagrindo medžiagos pasirinkimo pagal našumo prioritetus.

1 Įvadas

Staklių pagrindai yra esminiai visos sistemos stabilumui. Drebėjimas, atsirandantis dirbant didelėmis apsukomis, tiesiogiai veikia matmenų tikslumą, įrankio dėvėjimą ir paviršiaus kokybę. Medžiagos, naudojamos pagrindui, pasirinkimas nulemia standumą ir slopinimo gebėjimus. Nors plieninių suvirintų konstrukcijų daugelyje atvejų yra naudojamos dėl jų lengvo gaminimo, mineralinės klijinės medžiagos sulaukė dėmesio dėl geresnių slopinimo savybių. Šiame straipsnyje analizuojami kiekybiniai skirtumai tarp šių dviejų medžiagų, gauti esant kontroliuojamoms eksperimentinėms sąlygoms.

2 Tyrimų metodas

2.1 Projektavimo metodas

Buvo sukurti du identiškų geometrijų pagrindai: vienas – iš suvirintų plieno plokščių, kitas – iš mineralinės kompozitinės medžiagos. Abi konstrukcijos atitiko standartinius staklių pagrindų matmenis (1,2 m × 0,8 m × 0,6 m).

2.2 Duomenų šaltiniai

• Medžiagos savybės buvo paimtos iš tiekėjų pateiktų duomenų lapų ir patvirtintos atliekant tempimo ir gniūždymo stiprio bandymus.

• Vibracijos testavimo duomenys buvo surinkti iš vidinių eksperimentų, atliktų tarp 2025 m. gegužės–liepos mėn.

2.3 Eksperimentiniai įrankiai ir modeliai

• Baigtinių elementų analizė (FEA): ANSYS 2024 buvo naudojamas modeliuoti modinius dažnius ir įtempio pasiskirstymą.

• Modinė analizė: Instrumentinis plaktukas ir akcelerometrai (PCB Piezotronics, Modelis 352C) užregistravo dinaminį atsaką.

• Siuntimo apdorojimas: Dažninės charakteristikos buvo analizuojamos naudojant MATLAB R2024b, kad būtų išgautos slopinimo pakopos.

Visi procesai buvo pakartoti tris kartus, kad būtų užtikrinta atkartojamumo galimybė.

3 Rezultatai ir analizė

3.1 Savasis dažnis

1 lentelėje pateikiami pirmieji trys savieji dažniai. Plieno suvirinimo konstrukcija parodė šiek tiek didesnes reikšmes dėl didesnio standumo.

1 lentelė. Plieno ir mineralinio luito pagrindų natūraliosios dažnys

3.2. Slopinimo santykis

1 pav. pavaizduoja slopinimo santykio palyginimą. Mineralinis liutas pasiekė iki 0,042, o plienas liko žemiau 0,034.

1 pav. Plieninių ir mineralinių luitų pagrindų slopinimo santykiai (matuojama nuo 200–500 Hz)

3.3 Poslinkio atsakas

Esant vienodai sužadinimo jėgai (300 N), mineralinių luitų pagrindai sumažino maksimalų poslinkio amplitudę vidutiniškai 21 %.

3.4 Palyginamoji analizė

Esami tyrimai [1–2] nurodė, kad mineralinių luitų medžiagoms slopinimas pagerėjo 15–20 %. Šie tyrimai patvirtina ir papildo šiuos rezultatus tiesioginiais konstrukciniais prototipais, pabrėžiant nuoseklų našumo pranašumą vidutinio dažnio diapazone.

4 Aptarimas

Mineralinio lito geresnės slopinimo savybės daugiausiai nulemtos jo kompozitinės mikrostruktūros, kurioje polimeru surišti agregatai vibracinę energiją sklaido dėl vidinio trinties. Plieninės suvirintos konstrukcijos, nors ir mažiau efektyvios slopinti, užtikrina didesnį konstrukcinį standumą, kuris naudingas didelės apkrovos sritims.

Ribotumai:

• Šioje studijoje nebuvo įtraukti terminiai efektai, nors jie gali paveikti ilgalaikę stabilumą.

• Buvo išbandyta tik viena geometrinė konfigūracija, todėl apibendrinimas kitoms mašinų konstrukcijoms yra ribotas.

Praktinės pasekmės:

• Mineralinis litas rekomenduojamas naudoti aukštos kokybės apdirbimo centruose, kuriuose vibracijų slopinimas tiesiogiai padeda pagerinti įrankių ilgaamžiškumą ir paviršiaus būklę.

• Plieninės suvirintos konstrukcijos išlieka tinkamos naudoti kainos svarbios sritims, kuriose yra didelė apkrova pjūviui.

5 Išvados

Kiekybiniai tyrimai parodė, kad mineralinio luito pagrindai 18–25% geriau slopina vibracijas nei plieno suvirintos konstrukcijos, ypač 200–500 Hz diapazone. Plieno suvirintos konstrukcijos išlaiko standumo ir žemesnių gamybos sąnaudų privalumus. Būsimi tyrimai turėtų apimti terminio ciklo bandymus ir hibridinių pagrindų konstrukcijas, kad būtų sujungtos abiejų medžiagų naudą.