CC BY
73
УДК 621.923
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПОЛИМЕРАБРАЗИВНОГО ЭЛАСТИЧНОГО ИНСТРУМЕНТА НА ОПЕРАЦИЯХ ЧИСТОВОЙ ОБРАБОТКИ
А.Е. Проволоцкий, профессор, д.т.н., С.Л. Негруб, ассистент, НМетАУ
Аннотация. Рассматривается метод чистовой абразивной обработки полимер-абразивными кругами на примере обработки цилиндрических прямозубых зубчатых колес.
Ключевые слова: полимерабразивный эластичный инструмент, чистовая абразивная обработка, прямозубые цилиндрические зубчатые колеса.
Введение
В технологии машиностроения большое внимание уделяется не только методам размерной обработки, которые позволяют обеспечивать заданные чертежом размеры и качество поверхностного слоя, но и методам, которые позволяю эффективно подготовить поверхность к дальнейшей механической обработке, обработке электрофизическими методами, к нанесению покрытий или же очистке поверхности от любых загрязнений. Наиболее полно указанные задачи может решать предлагаемый эластичный полимерабразивный инструмент.
Анализ публикаций
Анализ имеющейся литературы показал, что на определенном этапе в качестве инструмента, подобного предлагаемому, использовались металлические щетки с различным ворсом, как по конструктивным параметрам, так и по материалу рабочей части [1]. Недостатками этого инструмента является, прежде всего, его конструкция, при которой рабочие волокна при даже небольшой (в пределах 1-2 мм) начальной деформации начинают изгибаться. В настоящее время производители стали предлагать инструмент, сочетающий в себе достоинства эластичного и абразивного инструментов, исключая недостатки последнего. Эластичность инструмента позволяет применять его на разных технологических операциях, а полимерабразивные волокна позволяют обрабатывать разные по конфигурации и размерам поверхности, придавая желаемые свойства обрабатываемой поверхности [2, 3]. Указанное достигается благодаря особым свойствам полиме-рабразивного инструмента [4]. Прежде всего, к ним следует отнести наличие абразивных зерен не только на поверхности рабочих волокон, но и
по всему сечению [4]. Такая конструкция рабочего волокна позволяет расширить технологические возможности инструмента при обработке поверхностей, высокая эластичность рабочей части инструмента позволяет использовать его при обработке фасонных поверхностей. При изучении вопроса о влиянии шлифования на эксплуатационные свойства изделий было выявлено огромное значение и степень влияния на них характера обработки, т.е. имеет значение вид обрабатываемой поверхности, траектория перемещения инструмента, время контакта его с поверхностью и др. [5]. Особый интерес представляет рекомендация авторов [5] относительно мер, предотвращающих появление шлифовочных трещин.
Цель и постановка задачи
Ввиду недостаточных рекомендаций по использованию эластичных полимерабразивных инструментов на финишных операциях зубчатых колес, целью данной работы является расширение технологических возможностей данного инструмента.
Задачей настоящей работы является расширение технологических возможностей эластичного по-лимерабразивного инструмента путем обоснования возможности достижения требуемых свойств поверхностного слоя.
Обработка полимерабразивным инструментом
Обработка зубчатых колес является ответственной технологической операцией в силу особого использования изделий. Их долговечность и безотказная работа во многом предопределяет долговечность работы механизма или машины, в которые они входят. Как было указано выше, вопрос воздействия финишных операций на конечные
эксплуатационные свойства детали был рассмотрен в [5]. Была определена степень воздействия отдельных факторов на физико-механическое состояние поверхностного слоя после обработки обычными шлифовальными кругами. Оценивать влияние технологических параметров на образование прижогов предложено тремя методами, представляющими экспериментальный и аналитический подходы к проблеме, или их комбинацию. Наиболее рациональным с точки зрения затрат на проведение прогнозирования состояния поверхностного слоя после обработки инструментом с определенным набором технологических параметров считать аналитико-эксперимен-тальный метод [5]. Этот метод позволяет вести оценку согласно коэффициента, определяемого как отношение объема металла, снимаемого в единицу времени к площади контакта круга с боковой поверхностью зуба [5]
* = Я-
F '
(1)
где Я - количество (объем) металла, снимаемого кругом в единицу времени, F - площадь контакта круга с боковой поверхностью зуба.
Так как удельный съем металла определяет общее количество тепла, выделяющегося в зоне резания, то коэффициент к пропорционален тепловому потоку, воздействующему на поверхность и вызывающему структурные изменения.
Этот коэффициент не позволяет полно отразить всю сложность взаимодействия и физическую суть протекающих процессов, но его вполне достаточно, чтобы оценивать состояние поверхности после обработки. Авторы [5] рекомендуют использовать круги с прерывистой рабочей поверхностью для уменьшения трещинообразования.
Эластичный полимерабразивный инструмент благодаря своим конструктивным особенностям полностью удовлетворяет изложенным требованиям. Прежде всего, инструмент для обработки устанавливается таким образом, чтобы полностью заполнять впадину зуба. При придании ему начальной деформации рабочие волокна изгибаются и охватывают выступающий профиль, обеспечивая лучший контакт с поверхностью. При обработке деталей, чья поверхность имеет сложный внутренний профиль, обработку можно вести таким образом, чтобы инструмент занимал все пространство обрабатываемой полости. Например, при обработке зубчатых колес инструмент подбирают таким образом, чтобы вся его ширина полностью занимала впадину изделия. Благодаря такому положению рабочие волокна обрабатывают сразу всю внутреннюю криволинейную поверхность зубьев. Обработка эластичным полимерабразивным кругом возможна
благодаря наличию на поверхности его рабочих волокон и по всему их сечению абразивных зерен, зернистость которых можно выбирать в некотором отношении к диаметру волокна [4].
Одновременная обработка всей впадины зуба тем не менее не вызывает опасений со стороны возникновения прижогов, так как предлагаемый к использованию инструмент соответствует требованию наличия прерывистости рабочего профиля [5]. Рабочая часть указанного эластичного инструмента обладает рядом достоинств [4]: прежде всего наличие абразивных частиц по всему сечению и наружной поверхности волокна, диаметр рабочих волокон регулируется потребностью в той или иной производительности процесса, состоянием исходной поверхности и, конечно, конечных требований к изделию. Схема обработки может применяться как на этапе изготовления зубчатых колес, так и при их ремонте, очистке от разного рода загрязнений и пр.
На рис. 1 представлена фотография эластичного инструмента, который будучи установленным на шпинделе универсально-фрезерного станка, находится в зацеплении с зубчатым колесом.
Рис. 1. Эластичный полимерабразивный инструмент в момент обработки зубчатого венца шестерни
На фотографии (рис. 2) хорошо виден зубчатый венец шестерни на одном из участков обработанный кругом. Обработка длилась не более одной минуты при начальной деформации круга 2 мм, окисные пленки удалены полностью. При такой
схеме обработки повышается производительность обработки, достигается необходимое качество поверхности, создается микрорельеф, позволяющий лучше удерживать смазку.
При необходимости вести восстановление поверхности зубчатого венца после его износа необходимо полное и качественное очищение от смазки, окисных пленок, ржавчины и других нежелательных соединений. Такая подготовка позволит лучше подготовить поверхность под электрофизическое восстановление, а также провести его. Участие эластичного круга необходимо в промежутках между проходами электрода, наносящего восстанавливающий слой металла. Абразивная обработка между проходами позволяет очистить нанесенный слой металла от окисных пленок, шлама и переупрочненных выступов, возникающих в ходе электрофизического нанесения металла и повышать тем самым сцепляемость слоев между собой [6].
Рис. 2. Обработанное эластичным полимерабра-зивным кругом зубчатое колесо
На рис. 3 показан участок зубчатого венца шестерни, позволяющий оценить качество обработки поверхности по шероховатости и внешнему виду.
Рис. 3. Участок зубчатого венца шестерни, обработанного эластичным полимерабразивным кругом
Экспериментальные исследования подтвердили отсутствие прижогов на обработанной поверхности после обработки полимерабразивным инструментом. Таким образом, можно рекомендовать этот вид абразивного инструмента для использования на финишных операциях особо ответственных изделий, на поверхности которых не желательно проявление прижогов и шлифовочных трещин.
Заключение
Эластичный полимерабразивный инструмент может использоваться для всех типов поверхностей.
Эластичный инструмент не оставляет на поверхности прижогов и не провоцирует появление шлифовочных трещин.
Литература
1. Масловский В.В., Дудко П.Д. Полирование ме-
таллов и сплавов. - М.: Высшая школа, 1974. - 255 с.
2. Проволоцкий А.Е., Негруб С.Л., Лапшин С.П.
Технологические методы повышения долговечности деталей гидромашин. Промислова пдравлша i пневматика // Всеукрашський науково-техн. журнал, Вшницький держав-ний аграрний ушверситет, I II I «Едельвейс». -Вшниця. - 2004. - №2(4). - С.68-71.
3. Проволоцкий А.Е., Негруб С.Л. Техноло-
гические возможности шлифования полимер-абразивными кругами. Научно-технические проблемы станкостроения, производства технологической оснастки и инструмента: Материалы межд. науч.-техн.конф. -Одесса, Киев: АТМ Украины, 2002. -С.102-104.
4. Проволоцкий А.Е., Негруб С.Л. Новое в
конструкции полимер-абразивного инструмента. // Вюник харшвського державного техшчного ушверситету альського госпо-дарства. Шдвищення надшносп ввд-новлюемих деталей машин. Фiзичнi та компьютерш технологи. - Харшв: ХДТУСГ. - 2002. - Вип. 10. - С.77-81.
5. Физико-математическая теория процессов об-
работки материалов и технологии машино строения / Под общей ред. Ф.В.Новикова и А.В. Якимова. В 10 томах. Т.4. Теория абразивной и алмазно-абразивной обработки материалов. - Одесса: ОНПУ, 2002. - С.289-328.
6. Проволоцкий А.Е., Лапшин С.П., Негруб С.Л.
Эффективность комбинированных методов обработки в машиностроении. Новые и традиционные технологии, материалы науч-но-техн. конф. 2-4.06.04, Одесса. - К.: АТМ Украина, 2004. -С.141-143 .
Рецензент: С.С. Дьяченко, профессор, д.т.н., ХНА-
ДУ. Статья поступила в редакцию 18 июля 2006 г.
