Челични заваривање против минералне ливачке машине за отмарање вибрација

ПФТ, Шенжен

Абустракт

Дизајн основе машине игра кључну улогу у стабилизовању прецизности обраде контролисањем вибрације. Ова студија упоређује заваривање челика и минералне ливене основе у смислу ефикасности за гушење вибрација. Модели коначних елемената су развијени, а модално тестирање је спроведено како би се проценила природна фреквенција, однос загашавања и одговор померања под симулираним оптерећењима сечења. Резултати показују да минералне ливене основе имају 1825% већу способност за умирање од челичних заваривача, посебно у опсегу фреквенција од 200500 Хц. Међутим, челични заваривања показују предности у структурној крутости и нижим почетним трошковима. Налази пружају квантитативне доказе за избор основних материјала за машине у складу са приоритетима перформанси.

1 Увод

Основе алата за машине су основне за општу стабилност система. Вибрације које настају током брзине обраде директно утичу на тачност димензија, зношење алата и квалитет површине. Избор материјала за основну структуру одређује и крутост и способност за гушење. Док су челични заваривани материјали широко усвојини због лакоће производње, минералне ливене основе су добиле пажњу због супериорних перформанси за умирање. Овај рад истражује квантитативне разлике између ових два материјала под контролисаним експерименталним условима.

2 Метода истраживања

2.1 Приступак пројектовању

Изграђене су две прототипне основе идентичне геометрије: једна од завариване челичне плоче и једна од минералног ливљивог композита. Оба пројекта се придржавала стандардних димензија основе алата за машине (1,2 м × 0,8 м × 0,6 м).

2.2 Извор података

• Свойства материјала су узета из листа података добављача и проверена испитивањем чврстоће на истезање и компресије.

• Подаци о тестирању вибрација прикупљени су из интерних експеримената који су спроведени између маја и јула 2025. године.

2.3 Експериментални алати и модели

• Анализа коначних елемената (ФЕА): ANSYS 2024 је коришћен за моделирање модалних фреквенција и расподеле стреса.

• Модално тестирање: Инструментирани чумак и акцелерометри (ПЦБ Пијезотроника, модел 352Ц) регистровали су динамички одговор.

• Обрада сигнала: Функције фреквентног одговора анализирале су се МАТЛАБ Р2024б да би се извукли односи за демирање.

Све процедуре су поновиле три пута како би се осигурала репродуктивност.

3 Резултати и анализа

3.1 Природна фреквенција

Табела 1 сумира прва три природна фреквенција. Заваривање челика показало је нешто веће вредности због веће крутости.

Таблица 1 Природна фреквенција челика и минералних ливаних основа

3.2 Однос за демипацију

Слика 1 илуструје поређење односа за гушење. Минерални лив достигао је до 0,042, док је челик остао испод 0,034.

Слика 1 Односи за гушење за челик и минералне ливене основе (мерена преко 200500 Hz)

3.3 Одговор на прелазак

Под еквивалентном силом узбуђења (300 Н), минералне ливене основе су смањиле амплитуду пик-премештаја у просјеку од 21%.

3.4 Компаративна анализа

Постојеће студије [12] су пријавиле 1520% побољшања у заступању минералних ливаних материјала. Садашњи налази потврђују и проширују ове резултате директним структурним прототипима, истичући доследне предности у средњим фреквенцијским опсеговима.

4 Дискусија

Премоћно демигационо понашање минералних литки углавном се приписва његовој композитној микроструктури, где агрегати повезани полимером расејавају вибрациону енергију кроз унутрашње тријање. Челични завари, иако мање ефикасни у аморфној, пружају већу структурну крутост, што је корисно за апликације са великим оптерећењем.

Ограничења:

• У овом истраживању нису укључени термички ефекти, иако могу утицати на дугорочну стабилност.

• Само је једна геометријска конфигурација тестирана, што ограничава генерализацију на друге конструкције машина.

Практичне последице:

• Минерална литка се препоручује за центри за обраду брзине где демирање вибрација директно побољшава живот алата и завршну површину.

• Челични завари остају погодни за трошковно осетљиве апликације са великим оптерећењима резања.

5 Закључак

Квантитативно испитивање је показало да минералне ливене основе пружају 1825% бољу аморфност вибрација од челичних заваривача, посебно у распону 200500 Хц. Челични завариња задржавају предности у крутости и нижим трошковима производње. Будућа истраживања треба да укључују тестове топлотних циклуса и хибридне основне структуре како би се комбиновале предности оба материјала.