CC BY
8ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
ИНСТРУМЕНТ
■ Ощущается острый дефицит специалистов-ремонт-ников, особенно для работы «на выезде» - ремонт у Заказчика, шеф-монтаж, пусконаладка, гарантийное и послегарантийное техобслуживание и ремонт.
К сказанному следует добавить, что производственные предприятия в настоящее время во многих случаях не способны квалифицированно решать такие вопросы, как:
■ Техническое обслуживание, текущий ремонт оборудования (как своего, так и закупаемого);
■ Технологическая подготовка производства, включая оптимальный подбор оборудования и инструмента, разработку программ для станков с ЧПУ, конструирование и изготовление оснастки; метрологическое обеспечение производства;
■ Разработка технической документации на продукцию; сертификация производства и продукции;
■ Реализация неиспользуемого оборудования.
■ Закупка оборудования.
Таким образом, на пу~и предприятий, желающих развивать или осваивать производство продукции, в т.ч. на основе эффективного использования БУ оборудования, существует много препятствий, устранить которые предприятие своими силами часто не в состоянии.
Особенно эти препятствия затрудняют работу малых предприятий, а также предприятий, которые в условиях кризиса лишились кадрового инженерно-технического и ремонтного персонала.
В ш же время в рассматриваемом секторе экономики есть факторы, рациональное использование которых может способствовать развитию производства на основе использования БУ оборудования. К таким факторам можно отнести:
■ Наличие большого количества работоспособного незагруженного оборудования, которое может быть использовано для реновации отечественного парка или для экспорта.
■ Наличие реальных возможностей экспорта (страны Азии, Африки, Латинской Америки, СНГ) высвобохдаемо-го БУ оборудования, в том числе восстановленного.
■ Наличие незагруженных, в том числе специализированных, мощностей, которые можно использовать для ремонта и модернизации всех видов оборудования, в том числе импортного.
■ Наличие (пока еще) некоторого кадрового потенциала.
■ Наличие конкурентоспособных разработок, позволя-
ющих осуществлять модернизацию некоторых видов (моделей) оборудования, достигая при этом современного мирового уровня.
■ Наличие достаточно большого количества коммерческих структур, специализирующихся на ремонте и поставках БУ оборудования;
■ Возможность привлечения станкостроительных заводов и других машиностроительных предприятий, а также институтов и отдельных специалистов к кооперации при осуществлении ремонта и модернизации оборудования (разработка техдокументации; перешлифовка направляющих, ходовых винтов; расточка корпусов; фрезерование столов; изготовление шпиндельных узлов, шариковых винтовых пар, шестерен, шлицевых валов, узлов и систем гидравлики, электрооборудования, смазки и охлаждения, управления и т.д.), а также для решения всякого рода инженерно-технических проблем, стоящих перед предприятиями.
■ Наличие и дос1умность современных (отечественных и зарубежных) комплектующих изделий (в т.ч. привода, системы управления, измерительные системы, элементы электро-гидроавто-матики и т.д.).
■ Наличие апробированных схем финансирования работ по реновации оборудования (лизинговые схемы), которые позволяют приобрести восстановленное БУ оборудование в рассрочку при существенном, в несколько раз, сокращении объемов начального финансирования и льготном налогообложении. Применение лизинговых схем особенно эффективно при закупках дорогого оборудования (тяжелые станки и КПО, комплектные поставки).
■ Наличие «Ассоциации производителей станко-инст-рументальной продукции «Станкоинструмент», которая является неформальным правопреемником бывшего Мин-станкопрома СССР в вопросах координации деятельности заводов станко-инструментальной громышленности России и других стран СНГ.
Устранению указанных выше негативных факторов, препятствующих развитию производства, а также использованию имеющихся положительных факторов для оказания содействия регионам и отдельным предприятиям в реализации долгосрочных целевых программ и в выполнении конкретных заказов, может способствовать деятельность структур, созданных с учетом специфики и многофакторности проблемы рационального использования БУ оборудования.
(Продолжение статьи «Часть вторая» в №1 (22) 2004 года)
Исследование износа зерен в шлифовальном круге
А. Н. КОРОТКОВ , профессор, доктор техн. наук, член-корр. СО АН ВШ, академик РАЕ,
КузГТУ, г. Кемерово
От интенсивности и особенностей износа каждого единичного зерна, находящегося на рабочей поверхноси шлифовального круга, зависит величина размерного износа всего инструмента и его работоспособность в целом. Поэтому изучение процесса износа единичных зерен открывает перспективу познания механизма изнашивания инструмента и определения путей повышения его стойкости.
Существуют разные подходы к исследованию износа зерен, и их многообразие свидетельствует о достаточной
сложности данной проблемы
Одним из распространенных подходов является метод резания единичным зерном [1]. В этом случае из абразивного материала вырезают некую увеличенную модель зерна определенной формы, закрепляют на металлическом диске или теле круга и осуществляют процесс резания, в ходе которого наблюдают за износом данного зерна. Недостаток метода - в упрощенной и идеализированной картине фиксируемого износа, которую трудно экстраполиро-
16 №4 (21) 2003
ИНСТРУМЕНТ
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
вать на действительный процесс множественного резания группой зерен, находящихся на рабочей поверхности инструмента.
Другим направлением исследования износа зерен является анализ частиц шлама, образующихся при работе шлифовальным инструментом [2]. Шлам сепарируется от частиц стружки и рассеивается на наборе сит или изучается под микроскопом с целью определения размеров и числа осколков абразива. По этим параметрам судят о характере износа зерен.
Изучение износа по шламу нивелирует недостаток предыдущего метода - здесь осуществляется массовое микрорезание большой группой зерен, находящихся на рабочей поверхности инструмента. В то же время, в данном случае нельзя идентифицировать какому зерну принадлежат те или иные осколки, т. е. износ каждого конкретного зерна остается скрытым.
Изнсс зерен изучают тякжр путем снятия профилограмм с рабочей поверхности инструмента [3]. Сравнивая про-филлограммы одного и того же участка рабочей поверхности шлифовального инструмента, получаемые периодически в процессе резания, формируют представление о величине и интенсивности износа.
Но профилограмма дает обобщенную картину неровностей на рабочей поверхности инструмента, по которой трудно разграничить режущие элементы и связку. Поэтому судить об износе конкретных зерен можно лишь с известной долей вероятности.
Для исследования износа находит применение также фотометрический метод [4]. Здесь с помощью фотодатчиков регистрируется отраженный свет, направленный на локальный участок рабочей поверхности инструмен-а. Сигнал с фотодатчиков в виде частотных импульсов наблюдается на экране осциллографа и анализируется с помощью компьютера и специального программного обеспечения. Анализ ведется в предположении, что темный цЕет отображает встречающиеся на беговой дорожке зерна а светлые участки - это связка. Но такой упрощенный подход содержит в себе элементы неточности, т.к. светлым участком, который воспринимает фотодатчик, может оказаться и фрагмент стружки и капля СОЖ, да и само зерно может быть светлым.
Достаточно точно износ зерна можно изучать с помощью сканирующего электронного микроскопа, а также телекамеры или сверхскоростной кинокамеры[5,6]. В первом случае необходимо периодически вынимать сегмент из шлифовального круга, помещать его в специальную вакуумную камеру и рассматривать на нем один и тот же локальный участок. Во втором случае необходимо обеспечить интенсивное освещение и точную фокусировку на узкий участок рабочей поверхности инструмен-а. В целом, оба случая, несмотря на их достоинства, трудно реализовать для большого числа экспериментов ввиду технических сложностей проведения испытаний.
На основе анализа возможностей перечисленных методов, их преимуществ и недостатков на кафедре металлорежущих станков и инструментов КузГТУ в сотрудничестве с НИИ механики МГУ разработан еще один метод исследования износа шлифовальных зерен, отличающийся относительной простотой исполнения, надежностью и точностью измерений. Он основан на использовании шлифовальных кэугов, у которых
в качестве связки применяется оптически прозрачный материал. Это дает возможность непосредственного визуального наблюдения за любым зерном в теле инструмента.
Технология изготовления таких кругов состоит в том, что оптически прозрачный материал (например, эпоксидная смола) смешивается в необходимой пропорции со шлифовальными зернами исследуемой марки и зернистости. Предварительно в смолу вводится такое количество пластификатора, чтобы она в отвержденном состоянии соответствовала механическим характеристикам имитируемой связки.
Изготовленный таким способом шлифовальный круг испытывается в тех же условиях, что и реальный инструмент и периодически рассматривается на просвет с помощью микроскопа или лупы Бринеля. Рассматривание на просвет обеспечивается засчет послойной, однорядной конструкции круга, где каждый слой напоминает отрезной круг, в котором зерна не перекрывают проекцией друг друга при наблюдении за ними в направлении, параллельном оси вращения инструмента. Собранный из таких отдельных слоев инструмент (формы ПП) после проведения испытаний (определенного числа проходов) снимается со станка и разбирается на отдельные компоненты, которые затем исследуют под микроскопом. В частности, изучаются и зарисовываются (или фотографируются) зерна, выходящие на рабочую поверхность круга и расположенные вдоль по периметэу окружности этой поверхности. Последовательная периодическая фиксация контуров зерен вдоль периметра экружности до момента полного истирания слоя зерен на глубину, равную номеру их зернистости, позволяет воссоздать целостную картину изнашивания каждого отдельного зерна, находящегося на рабочей поверхности инструмента.
На основе данной методики проведены исследования износа зерен в зависимости от ряда параметров, таких как: структура инструмента, марка обрабатываемого материала. режим резания, форма шлифовальных зерен.
Влияние струк-уры абразивного инструмента на характер износа зерна оценивалось на примере моделей трех кругов с закрытой (№1), средней (№5) и открытой (№9) структурами из абразива 13А125. Такими кругами велась обработка закаленных сталей 45 и Р6М5 по схеме плоского шлифования и на режимах, рекомендуемых для этих материалов. В ходе испытаний наблюдаемый износ зерен дифференцировался по общепринятой классификации: износ с образованием площадки износа, износ путем скалывания граней и частичного разрушения, износ путем вырава зерен из связки либо полного разрушения. Результаты наблюдений отражены в табл.
Таблица
Соотношение видов износа зерен при плоском шлифовании
Марка Номер Количество изнашивающихся зерен
обрабатываемо- структуры по видам износа в %
го материала Вирав зерен из Частичное Износ по
связки и полное разрушение и площадке
разрушение скалывание
Сталь 45 1 14,3 21,5 64,2
5 15,0 22,5 62,5
9 4,6 47,6 47,8
Р6М5 1 11,8 25,0 63,2
5 9,5 30,8 59,7
9 9,1 45,4 45,5
№ 4 (21) 2003 17
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
ТОЧНОСТЬ ОБРАБОТКИ
Они показывают, что основным видом износа в данных условиях является истирание с образованием площадки износа. Второе по значимости место занимает износ за счет частичного разрушения и скалывания. Меньше всего зерен изнашивается путем вырава их из связки, но, в тоже время, видно, что число таких, практически неработающих зерен, достаточно велико и составляет до 5-15% от общего числа зерен. Это прямая потеря эксплуатационных возможностей шлифовальных инструментов. Что касается других разновидностей износа, то наблюдения показали, что они могут периодически переходить из одного вида в другой и обратно. Так зерно, работающее путем износа по площадке, может сколоться, а затем вернуться к прежнему виду износа. Поэтому в графах табл., интерпретирующих данные виды износа, указаны средние значения, учитывающие такой переход.
С точки зрения повышения стойкости зерен, а значит и всего инструмента, более предпочтителен износ по площадке. Поэтому, если сдвинуть баланс износа в сторону износа по площадке и сократить до минимума износ путем вырыва, то можно добиться существенного повышения эксплуатационных возможностей шлифовального круга.
Из табл.1 видно также, что с увеличением номера структуры износ по площадке уменьшается, переходя в износ путем скалывания и частичного разрушения, который ощутимо возрастает (с 21 до 47%). Это обусловлено, видимо, тем, что в более открытых структурах усилия, действующие на каждое зерно, возрастают, поэтому зерна начинают активно крошиться и скалываться.
Марка обрабатываемого материала и его твердость также оказывают влияние на характер износа. В частности, в данном случае видно, что при шлифовании более твердого материала (Р5М5) наблюдается некоторое снижение износа путем вырыва и износа по площадке с одновременным увеличением доли износа путем частичного разрушения и скалывания.
Варьирование режимами резания при испытании моделей кругов показало, что с увеличением глубины резания и подачи наблюдаегся заметный рост доли зерен, вылетающих из связки целиком или полностью раскрашивающихся в ней. Так, при увеличении глубины резания и подачи в пять раз, процент вылетевших или раекзошивших-ся зерен возрастает, соответственно в 5,3 и 2,5 раза.
Большое влияние на интенсивность износа и особенности его протекания, как показали эксперименты, оказывает форма зерен и их эасположение в теле инструмента. Сравнительные испытания кру| ов из обычных зерен 93А125 и зерен, отсортированных по форме (изотермических, промежуточных, пластинчатых), при плоском шлифовании ста-
ли ШХ15 и сопоставления кривых износа зерен, находящихся в каждом из этих кругов, свидетельствует о том, что чем более правильную изометрическую форму имеют зерна, тем больших размеров у них могут достигать площадки износа. Время работы таких зерен до полного износа больше чем у других, а следовательно, и стойкость инструментов, изготовленных из подобных зерен, становится выше.
Таким образом, исследование износа зерен в шлифовальном круге по предложенной методике еще раз показали, насколько сложно и неоднозначно протекает этот процесс в алмазно-абразивных инструментах по сравнению с лезвийными инструментами. Существует целая группа факторов которые ощутимо влияют на разновидность и интенсивность процесса износа. Зная механизм износа и целенаправленно подбирая и регулируя эти факторы, можно добиться протекания данного процесса в управляемом и прогнозируемом режиме. А это, в конечном счете, даег возможность повысить работоспособность шлифовальных инструментов.
В частности, одним из наиболее действенных рычагов, с помощьо которого можно решить поставленную задачу, является такой параметр, как форма зерен. Изготавливая шлифовальные круги с контролируемой формой зерен, можно для каждого случая обработки подобрать оптимальный процесс протекания износа и, засчет этого, улучшитэ эксплуатационные показатели инструментов.
Литература
1 .Lindenbeck. D Versuche mit Einkornwerkzeugen И Maschinenmarkt, 1970, Bd. 76, c.1892-1896.
2.Оценка эксплуатационных качеств шлифовального круга путем анализа абразивных частиц / Халисцер X.; ВЦГ-ND-00759. Пер. с англ. яз. - Междунар. конф. по машу-ностр., Бермингем, 1979, с.413-478
З.Расгределение режущих кромок абразивных зерен л режущие свойства при шлифовании на установившемся режиме / Фукуи Я., ВЦП - ND -43114. Пер. с яп. яз. - Сэйми-цу кикай, 1981, т.47, № 10, с. 1192-1197
4.0птоэлектронный чувствительный элемент для измерения износа шлифовального круга / Мозер X.; ВЦП- NL,-43856. Пер. с нем.яз. - Машиненбаутехник, 1982, №3, с.105-108
5.Besugen A., Verkerk Y. Untersuchungen der Schleifkomgeometrie mit dem Rasterelektronenmikroskop '/ Fertigung, Bd., 1971. S.1- 8.
G.Lauer-Schmaltz H., Kluft W. Wie kann mar da3 Zusetzen einer Schleifscheibe messen // Ing. - Anz, 1977, Bd.99, № 5', S.963-968
Морфологический анализ и синтез решений для управления точностью обработки
Е. Ю. ТАТАРКИН, профессор, доктор техн. наук, АлтГТУ им. И. И. Ползунова, г. Барнаул
Представлена методика проектирования способов управления точностью при механической обработке на основе морфологического анализа и синтеза возможных решений.
Метод морфологического анализа и синтеза решений
основан на комбинаторике. Он заключается в том, что в технической системе, предназначенной для управления точностными параметрами деталей или составляющими погрешности обработки, выделяют основные функциональные и конструктивные признаки, а затем для каждого при-
181Я1 № 4 (21) 2003
