Анализ изменения эффективности работы шлифовального круга Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

РЕЗАНИЕ, СТАНКИ И ИНСТРУМЕНТЫ

А.Б. Переладов, И.В. Кожевников, А.Н. Некипелов, А.В. Биринцев

Курганский государственный университет, г. Курган

АНАЛИЗ ИЗМЕНЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ ШЛИФОВАЛЬНОГО КРУГА

Выходные параметры процесса шлифования (температура, силы, показатели качества шлифованной поверхности) значительно изменяются в течение периода стойкости шлифовального круга (ШК). Это связано, прежде всего, с изменением формы РП ШК в результате ее износа, геометрических и кинематических показателей взаимодействия инструмента с заготовкой, числа режущих зерен (РЗ), находящихся на рабочей поверхности (РП) ШК, и степенью их затупления [1,2,3,5].

Для изучения изменений количественных и качественных показателей работы инструмента, происходящих в течение периода стойкости ШК, была использована описанная ранее компьютерная 3D - модель поверхности контакта ШК с заготовкой [4] для схемы плоского шлифования периферией ШК с поперечной подачей (рис. 1). Анализ полученных в результате моделирования изображений поверхности контакта изношенного ШК в начальный период его работы (периферия ШК имеет форму цилиндра, сформироваванную в результате правки, рис. 2а) и в конце периода стойкости (РП изношенного ШК описана дугой с радиусом R в осевом сечении, рис. 2б) показывает, что форма контакта F0 (начальная) и Fx (текущая) претерпевает значительное изменение, а площадь контакта увеличивается в конце периода стойкости до 3-5 раз в зависимости от режимов и схемы шлифования, типоразмера ШК, формы шлифуемой поверхности. При этом в случае «а» резание осуществляется активными РЗ, расположенными на высоте РП в пределах величины поперечной подачи S от боковой поверхности с постоянной средней глубиной резания t, определяемой величиной длины контакта ШК с заготовкой

(t K = л/Dk • t ). В случае «б» в резании участвуют РЗ, расположенные по высоте РП от торца ШК в пределах величины Тр: Snon<Tp<0,5T . Максимально возможная глубина резания зернами будет изменятся по высоте

РП в соответствии с изменением l: tv = 0 ...tv . Кро-

к K K max ~

ме того, вершины активных РЗ имеют площадки износа, непрерывно увеличивающиеся в процессе работы (ШК) и препятствующие началу процесса стружкообразования в начальный период резания зерна (при небольших глубинах резания). Вследствие этого доля эффективно работающих зерен будет снижаться. Форма вершин, в том числе изношенных, может быть описана дугами, имеющими различные радиусы r [1,2,3]. Критическая глубина внедрения зерен tp, необходимая для образования стружки, обычно не превышает величину r и находится, по разным данным, в пределах: ^=0,1..0,8г. Таким образом, площади контакта F0 и Fx можно условно разделить на две части (рис. 2):

- зону неэффективного резания (деформирования) металла зернами (FJ;

- зону эффективного (смешанного) резания зернами (F).

Dk

tjK ч VK

£ Кпр ^ )

J ы

Рис.1. Схема плоского шлифования с поперечной подачей

Рис. 2. Площади контакта ШК с заготовкой F(, Fm в начальный период работы (а) и в конце периода стойкости (б)

Граница зон (прямая т) определяет начало струж-кообразования наиболее выступающими РЗ на РП ШК и

находится на расстоянии А0 < А < Ат от линии 0-0 начала контакта зерен с металлом в направлении вектора скорости резания Vр. Увеличение Д0 обусловлено увеличением г зерен и, следовательно, минимально необходимой величины пути резания зерном £Рт, обеспечивающей значение При достижении условия Дт > £Рт

процесс удаления материала заготовки активными режущими зернами будет осуществляться неэффективно без образования стружки за счет адгезионного схватывания и выдавливания металла с обрабатываемой поверхности. При этом РП ШК будет интенсивно засаливаться. Соотношение площадей зон деформации и резания X может быть комплексным критерием оценки эффективности работы ШК и выступать в качестве ограничения

предельного износа профиля РП: р р

Ж > X > ,

РРт РР0

где Бдт,Бд0 - площади зон деформации в текущий и начальный моменты времени работы ШК;

РРт, РР0 - площади зон резания в текущий и начальный моменты времени работы ШК.

СЕРИЯ «ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ», ВЫПУСК 3

79

Анализ схемы (рис. 1 ) показал, что снижение X и Д может быть достигнуто увеличением Эф и/или уменьшением Vp (скорости вращения ШК). Это обеспечит увеличение глубины внедрения РЗ в металл и, как следствие, эффективную глубину резания [2,5]. Увеличение Snon до близких по величине Snon=0,5T значений (например, в случае чернового или получистового шлифования) позволит обеспечить наиболее равномерные условия резания по высоте ШК. Увеличение глубины шлифования t позволит несколько улучшить показатель X, однако при этом произойдет возрастание общего числа режущих и давящих зерен (F ), что неблагоприятно скажется на силовых показателях процесса шлифования, Ra и t° в зоне резания.

Список литературы

1. ВаксерД.Б. Влияние геометрии абразивного зерна на свойства

шлифовального круга//Основные вопросы высокопроизводительного шлифования /Под ред. Е.Н.Маслова,- М.: Машгиз, 1960,-С. 94-126.

2. Введение в теорию шлифования материалов /А.К. Байкалов. - Киев:

Наукова думка, 1978. - 207 с.

3. Маслов Е.Н. Теория шлифования материалов. -М.: Машиностроение,

1974.-320 с.

4. Переладов А. Б., Кожевников И.В. Изучение геометрических парамет-

ров поверхности контакта с заготовкой для схем плоского и круглого шлифования с использованием пакетов твердотельного моделирования//Вестник Курганского государственного университета. Серия «Технические науки». -Вып. 2. -Курган: Изд-во Курганского гос. ун-та, 2005.

5. Кццтд W., Lorts W. Pnoperties of cutting edges related to chip formation in

grinding.- CIRP, 1975, 24, №1.

А.Б. Переладов, И.В. Кожевников, А.Н. Некипелов, A.B. Биринцев

Курганский государственный университет, г. Курган

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ДИСПЕРСНОЙ СИСТЕМЫ ШЛИФОВАЛЬНОГО КРУГА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОМПЬЮТЕРНОЙ МОДЕЛИ

К значимым показателям структуры шлифовального круга (ШК), определяющим его эксплуатационные характеристики, относят вид, зернистость, параметры рассева и объемное содержание материала абразивных зерен (Кз), связки (Ксв), количество фракций используемого шлифматериала (Кф). Вышеуказанные факторы определяют прочность каркаса образованного абразивными зернами (A3) инструмента, прочность их удержания на рабочей поверхности (Р ) и в конечном итоге работоспособность ШК. Основной целью расчетов при проектировании операции является определение оптимальных режимов обработки имеющимся ШК и/или решение обратной задачи - назначение структурных характеристик инструмента под заданные режимы и условия шлифования. Большинство известных расчетных методик основывается на соблюдении критериального условия, которое можно записать как:

Р <Р ,

рез — уд'

где Ррез - сила резания, действующая на активное зерно со стороны заготовки.

Различные значения соотношений сил (Р IP =

\ рез уд

0... 1) будут определять режим работы ШК (засаливание, самозатачивание, осыпание) и являться наиболее благоприятными в различных условиях. Следовательно, эф-

фективность расчетов будет в значительной степени зависеть от правильности определения средней величины, вида и показателей распределения Руд. Большинство исследователей, отмечая случайный характер распределения Руд, тем не менее используют модели, основанные на детерминированном подходе к описанию показателей абразивного пространства инструмента и определению только средних значений Руд. Это можно объяснить недостатком информации о внутреннем строении реальных ДС, что объективно приводит к значительному числу недостаточно обоснованных принятых допущений и разбросу получаемых расчетами результатов. Известно, что вероятностная природа величины Руд в значительной степени обусловлена дисперсией координационного числа Кч (число контактов АЗ с соседними) по причине неравномерного распределения АЗ в объеме инструмента, а абсолютное среднее значение Кч определяется значением К3. Изучение уже существующих теоретических зависимостей и различного рода моделей ДС не привело к однозначному пониманию законов формирования и динамики изменения их параметров. Задача значительно усложняется при определении показателей полифракционных систем, состоящих из смеси зерен с различными размерами и показателями рассева; прогнозирование значений К и К с использованием математических

3 ч

моделей в этом случае не представляется невозможным. С учетом вышеизложенного было принято решение о проведении собственных исследований по изучению параметров сформированных ДС при определенном сочетании факторов.

Для решения поставленных задач были разработаны методика, алгоритм моделирования ДС и компьютерная программа с использованием языка программирования С++. Созданная компьютерная модель позволяет численно оценить максимально возможные значения К3, Кч конкретной смеси, характер их распределения, неоднородность ДС, другие параметры, сформировать ДС с любым типом структуры и значениями Кз, Кч (цепочечной, арочной, открытой, нормальной, закрытой) в соответствии с заданием. В качестве допущений были приняты: форма зерна - шар, связка покрывает зерна равномерно толщиной аГ Модель является стохастической, что достигается случайным заданием координат положения очередной сферы в заданном объеме ДС, неоднородностью размеров частиц в пределах фракции в соответствии с заданным законом распределения, случайной последовательностью их размещения, полифракционным составом смеси. Неизбежно присутствующий краевой эффект оценивается в ходе обработки данных и исключается из общего объема полученной информации. Процессная схема работы моделирующей программы, рабочее окно и результаты моделирования представлены на рис. 1- 5.

80

ВЕСТНИК КГУ, 2007. №4