CC BY
65
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
УДК 621.923
А.В. Баринов
д-р техн. наук, профессор, кафедра технологии машиностроения, Арзамасский политехнический институт (филиал) ФГБОУ ВПО «Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева»
А.В. Платонов
канд. техн. наук, доцент, кафедра технологии машиностроения, Арзамасский политехнический институт (филиал) ФГБОУ ВПО «Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева»
С.М. Лебедева
магистрант,
кафедра технологии машиностроения, Арзамасский политехнический институт (филиал) ФГБОУ ВПО «Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева»
И.С. Самсонов студент,
кафедра технологии машиностроения, Арзамасский политехнический институт (филиал) ФГБОУ ВПО «Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева»
ИССЛЕДОВАНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ НАСТРОЙКИ ШЛИФОВАЛЬНЫХ СТАНКОВ ДЛЯ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ.
ЧАСТЬ 1. ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ БАЛАНСИРОВКИ ШЛИФОВАЛЬНЫХ КРУГОВ
Аннотация. Качество поверхностей деталей, обрабатываемых на кругло-шлифовальных станках, и их точность определяются различными факторами обработки, в том числе подготовкой шлифовальных кругов. В статье приведены результаты исследований методов балансировки шлифовальных кругов в зависимости от их размеров. В работе также показаны применяемые виды оборудования для балансировки и конструктивные особенности балансировочной оправки.
Ключевые слова: шлифование, шлифовальный круг, балансировка круга, станки для балансировки, настройка станка.
A.V. Barinov, Arzamas Polytechnic Institute (branch) Nizhny Novgorod State Technical University n.a. R.E. Alekseev
A.V. Platonov, Arzamas Polytechnic Institute (branch) Nizhny Novgorod State Technical University n.a. R.E. Alekseev
S.M. Lebedeva, Arzamas Polytechnic Institute (branch) Nizhny Novgorod State Technical University n.a. R.E. Alekseev
I.S. Samsonov, Arzamas Polytechnic Institute (branch) Nizhny Novgorod State Technical University n.a. R.E. Alekseev
STUDY CHARACTERISTICS SETTING GRINDING MACHINES FOR PROCESSING METAL PARTS.
PART 1. STUDY OF METHODS OF BALANCING OF GRINDING WHEELS
Abstract. Quality of details surfaces machined on cylindrical grinding machines, and their accuracy is determined by a variety of processing factors, including - preparation of grinding wheels. The article presents the results of research methods of balancing grinding wheels, depending on their size. In this paper, as shown used types of equipment for balancing, as well as the design features of the balancing mandrel.
Keywords: grinding, grinding wheel, wheel balancing machines for balancing, machine setting.
В статье рассматривается процесс подготовки шлифовальных кругов, а именно их балансировка. Эта операция по подготовке шлифовальных станков является залогом обеспечения качества обработки деталей. Предполагается, что материал рассматриваемой статьи, в свою очередь, может стать одним из разделов методического пособия по дисциплине «Технологическое обеспечение качества» магистерской программы 15.04.05 образовательного стандарта 1485 от 21.11.2014. Содержание предыдущих статей [1; 2; 3] и данная статья позволят магистрантам освоить навыки по компетенциям, предусмотренным вышеуказанным образовательным стандартом по указанной дисциплине.
Актуальность настоящей статьи, как и предыдущих [1; 2; 3], подтверждается также и тем, что в магистратуру по направлению 15.04.05 поступают не только абитуриенты - специалисты по технологии машиностроения, но и получившие дипломы высшего образования не по профилю направления магистратуры. Данная статья в доступной форме представляет материал, который может быть воспринят обучающимися, не имеющими навыков в обработке металлов.
Практика обработки деталей на кругло-шлифовальных станках и теоретические основы шлифования, описанные в учебной и справочной литературе [4; 5; 6], показывают, что основополагающим фактором технологического обеспечения качества является правильная подготовка инструмента в виде шлифовальных кругов (далее - кругов).
На высоких скоростях вращения круга даже незначительная несбалансированность круга создает высокие значения центробежных сил, которые могут нарушить правильную работу станка и сильно повлиять на качество изготавливаемых деталей. Несбалансированность круга во время работы сильно увеличивает износ станка, который возникает, в первую очередь, в подшипниках шпинделя из-за появления вибрации. Она сказывается на качестве поверхности детали, приводит к увеличению расхода абразивного инструмента, снижает точность обработки. При дисбалансе круга в нем также возрастают внутренние напряжения, которые могут привести к его разрыву.
Неуравновешенность круга возникает при несовпадении центра тяжести круга с центром его оси вращения. Рассматриваются три вида неуравновешенности.
1. Статическая неуравновешенность, при которой центры тяжести и 52 лежат в плоскости с осью вращения, также в этой плоскости расположен центр тяжести самого круга. Несбалансированность в этом случае заключается в том, что неподвижный круг стремится повернуться таким образом, чтобы центр тяжести располагался в крайней нижней точке. В данном случае в результате вращения возникают центробежные силы С? и С2 (рис. 1а).
2. Динамическая неуравновешенность возникает, когда центры тяжести круга и 52 расположены в плоскости с осью вращения. В этом случае общий центр тяжести располагается на оси вращения круга, который в состоянии покоя будет находиться в равновесии. В результате вращения на круг действует пара центробежных сил С? и С2, которые стремятся повернуть круг в перпендикулярном направлении относительно его оси (рис. 1б). Такое силовое воздействие возникает только тогда, когда круг находится в динамическом состоянии. Суть метода балансировки круга заключается в придании ему динамического равновесия, которое называется динамической балансировкой.
3. Статическая и динамическая неуравновешенность возникает тогда, когда центры тяжести круга Б1 и 52 расположены в разных плоскостях (рис. 1в).
Круг находится в равновесии, когда центры тяжести 5? и 52 расположены на оси вращения, при таком расположении не возникает статической и динамической неуравновешенности (рис. 1 г).
В соответствии с требованиями ГОСТ Р 52588-2006, абразивные круги диаметром 125 мм, высотой 8 мм и более перед применением должны пройти операцию балансировки на предприятии, где он используется, вне зависимости от того, что они проходили эту операцию на
предприятии, где их изготавливали. Чаще всего на предприятиях-изготовителях кругов применяется их статическая балансировка, динамическая балансировка производится при диаметре круга свыше 200 мм.
Рисунок 1 - Виды состояния круга с точки зрения равновесия: а - статическая неуравновешенность, б - динамическая неуравновешенность, в - суммарная неуравновешенность, г - равновесие
Для балансировки получили широкое распространение балансировочные станки с валиками, что объясняется простотой их конструкции (рис. 2а). Данный станок представляет собой параллельно расположенные стальные валики 1, станину 3, а также крепёжные фланцы 2 с балансировочными сухарями, которые идут в комплекте вместе со станком. Для балансировки кругов диаметром более 750 мм применяют станки с вращающимися дисками (рис. 2б).
Рисунок 2 - Станки для балансировки кругов
Важным элементом станков является балансировочная оправка (рис. 3), на которую монтируются шлифовальные круги с фланцами. Она изготавливается из сталей У7А и У8А с твердостью после термообработки ИКС 48-50. Рабочие цилиндрические поверхности и конусная часть балансировочной оправки обрабатывается до шероховатости поверхностей Ка = 0.32 мкм. Длина балансировочной оправки должна быть на 200-250 мм больше расстояния между центрами валиков (рис. 3). Коническая часть балансировочной оправки точно подгоняется по
посадочному месту, расположенному во фланце. Перед использованием данную оправку статически балансируют.
Рисунок 3 - Балансировочная оправка
Балансировка круга производиться в следующей последовательности.
1. Круг с оправкой и фланцами с балансировочными сухарями устанавливают на балансировочный станок и следят за тем, чтобы ось оправки была перпендикулярна к оси балансировочных валиков, а сам круг располагается между ними симметрично. Балансировочные сухари при этом должны находиться в состоянии взаимного равновесия.
2. Шлифовальному кругу вместе с оправкой придают движение по балансировочным валикам до его полной остановки, в свою очередь наиболее тяжелая часть будет страмиться занять самое нижнее положение.
3. Когда круг полностью остановится, в самой верхней точке его периферии наносят в радиальном направлении меловую метку. После этого круг поворачивается на угол 90° от метки, в начале - в одну сторону, потом - в другую. После этого дают возможность шлифовальному кругу свободно катиться вместе с оправкой по валикам. В том случае, если после поворота шлифовального круга, он будет принимать исходное положение, т.е. меткой вверх, то тяжелая сторона определена верно.
4. Балансировочные сухари сдвигают вдоль пазов в ту часть круга, где расположена метка и закрепляют в таком положении.
5. Шлифовальный круг вновь поворачивают на валиках, на угол 90° в левую и правую стороны. Если шлифовальный круг принимает первоначальное положение, его тяжелая часть с белой меткой занимает крайнее нижнее положение. В этом случае круг уравновешивают путём перемещения сухарей относительно белой метки, до тех пор пока сбалансированный круг при повороте в любую сторону остаётся в неизменном положении.
6. Контроль балансировки осуществляется поворотом круга на угол 70 - 90° относительно меловой метки 2-4 раза.
По окончанию балансировки круг подвергают первой правке, после чего его повторно балансируют, а затем уже устанавливают на станок.
В настоящее время наиболее распространенным автоматическим оборудованием для балансировки шлифовальных кругов большого диаметра является стенд балансировочный модели СИП800-2К (рис. 4), который позволяет автоматически определить величину дисбаланса и место, куда необходимо ввести дополнительный груз.
Испытание не проходят нескоростные абразивные круги диаметром менее 0150мм, а также скоростные шлифовальные круги, имеющие диаметр 030мм и менее, кольца различных размеров, имеющие форму 1 К и 2К, поскольку они закрепляются на металлические диски, а также планшайбы.
Испытание на прочность происходит при скоростях, превышающую рабочую скорость круга на 50%. Продолжительность испытательного цикла должна быть 3 мин. для скоростных кругов, имеющих диаметр 30-90 мм, 5 мин. для кругов диаметром 150-475 мм, 7 мин. при диа-
метре 500 мм и более. Шлифовальные круги, подвергавшиеся какой либо механической переделке, химической обработке должны проходить испытания в течение 10 мин. на скорости, превышающую рабочую скорость на 60%.
Рисунок 4 - Стенд балансировочный мод. СИП800-2К
На рисунке 5 показан станок для испытания шлифовальных кругов модели СР-450М.
Рисунок 5 - Станок для испытания шлифовальных кругов на разрыв СР-450М
Материалы статьи могут быть полезны студентам и магистрантам технических вузов, изучающих дисциплины, касающиеся механической обработки, в частности формообразованию поверхностей деталей на кругло-шлифовальных станках. Статья полезна также специалистам механообрабатывающих предприятий.
Список литературы:
1. Баринов А.В., Платонов А.В., Бегаева Е.Г., Самсонов И.С., Боголюбов А.С. Исследование в области технологического обеспечения качества при обработке поверхностей деталей на вертикально-фрезерных станках. Часть 1 - Настройка взаимоположения узлов вертикально-фрезерного станка для обеспечения качества обработки деталей // Наука, техника и образование: научно-методический журнал. М., 2016. № 3 (21). С 76-81.
2. Баринов А.В., Платонов А.В., Бегаева Е.Г., Самсонов И.С., Боголюбов А.С. Исследование в области технологического обеспечения качества при обработке поверхностей деталей на вертикально-фрезерных станках. Часть 2 - Исследование схем обработки различных поверхностей деталей концевыми фрезами на вертикально-фрезерных станках // Наука, техника и образование: научно-методический журнал. М., 2016. № 3 (21). С 81-87.
3. Баринов А.В., Платонов А.В., Бегаева Е.Г., Самсонов И.С., Боголюбов А.С. Исследование в области технологического обеспечения качества при обработке поверхностей деталей на вертикально-фрезерных станках. Часть 3 - Исследование качества обработки поверхностей деталей на вертикально-фрезерном станке концевыми фрезами // Наука, техника и образование: научно-методический журнал. М., 2016. № 3 (21). С 87-92.
4. Кащук В.А., Верещагин А.Б. Справочник шлифовщика. М.: Машиностроение, 1988. 480 с.: ил.
5. Лоскутов В.В. Шлифование металлов. 4-е изд., перераб. М.-Свердловск: Машгиз, 1962. 280 с.: ил.
6. Лурье Г.Б., Комиссаржевская В.Н. Шлифовальные станки и их наладка: учебник для проф.-техн. учеб. заведений. М.: Высш. школа, 1972. 416 с.: ил.
