Определение периода стойкости шлифовального круга на основе его технологического эксплуатационного паспорта Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

обработка материалов резанием

МЕТ^^БРД^к)!

зависимости, позволяющие контролировать эффективность выбора режимов резания в зависимости от требований размерной и геометрической точности обрабатываемой поверхности при использовании инструмента, оснащенного ДМД.

Литература

1. Васильков Д. В., Вейц В. Л., Шевченко В. С. Динамика технологической системы механической обработки. СПб.: ТОО «Инвентекс», 1997. 230 с.

2. Вейц В. Л., Максаров В. В., Лонцих П. А. Динамика и моделирование процессов резания при механической обработке. Иркутск: РИО ИГИУВа, 2000. 189 с.

3. Максаров В. В., Коломин П. Ю. Повышение динамической стабильности технологической системы за счет анизотропных свойств режущего инструмента // Проблемы машиноведения и машиностроения. Межвуз. сб. Вып. 32. СПб.: СЗТУ, 2004. С. 147-150.

4. Микляев П. Г., Фридман Я. Б. Анизотропия механических свойств металлов. М.: Металлургия, 1988. 224 с.

5. Ашкенази Е. К., Ганов Э. В. Анизотропия конструкционных материалов: Справочник. Л.: Машиностроение, 1980. 148 с.

6. Вейц В. Л., Максаров В. В. Об упрощенной динамической модели технологической системы механической обработки резанием. Ч. 1: Общие положения // Машиностроение и автоматизация производства: Межвуз. сб. Вып. 17. СПб.: СЗПИ, 1999. С. 3-9.

7. Вейц В. Л., Максаров В. В. Динамика и управление процессом стружкообразования при лезвийной механической обработке. СПб.: СЗПИ, 2000. 160 с.

8. Вейц В. Л., Максаров В. В. Об упрощенной динамической модели технологической системы механической обработки резанием. Ч. 2: Исследование параметрического влияния // Машиностроение и автоматизация производства: Межвуз. сб. Вып. 17. СПб.: СЗПИ, 1999. С. 10-17.

9. Эльясберг М. Е. Автоколебания металлорежущих станков. Теория и практика. СПб.: Изд. ОКБС, 1993. 180 с.

10. Талантов Н. В. Физические основы процесса резания, изнашивания и разрушения инструмента. М.: Машиностроение, 1992. 240 с.

УДК 621.922

Определение периода стойкости шлифовального круга на основе его технологического эксплуатационного паспорта

Д. В. Ардашев

Ключевые слова: технологический эксплуатационный паспорт, испытания шлифовального круга, период стойкости круга.

Введение

Обычно режимы шлифования назначаются по нормативным справочникам [1, 2], в которых для каждой обрабатываемой детали указываются свои требования по точности и шероховатости и рекомендуется характеристика шлифовального круга. Однако в настоящее время, когда номенклатура выпускаемой продукции меняется часто и быстро, обработку деталей, различающихся требованиями по точности, шероховатости и др., производят с помощью круга одной характеристики и на одном станке. В связи с отсутствием рекомендаций по эксплуатации шли-

фовальных кругов в меняющихся условиях режимы шлифования назначаются субъективно, исходя из опыта наладчика или рабочего-шлифовщика.

Проектирование операций шлифования кругом одной характеристики возможно лишь при наличии объективной информации о его эксплуатационных возможностях. Для решения этой задачи на кафедре «Технология машиностроения» Южно-Уральского государственного университета (ЮУрГУ) совместно с Уральским НИИ абразивов и шлифования был разработан технологический эксплуатационный паспорт шлифовального круга, в котором содержится комплекс эксплуатационных

показателей. Комплекс сформирован на основе анализа поставленной формализованной задачи оптимизации шлифовальной операции. В качестве критерия периода стойкости предложен момент появления прижогов на обработанной поверхности либо увеличение силы резания на 30 % [3].

Однако в производственных условиях время работы круга между правками может определяться различными параметрами: шероховатостью поверхности, точностью обработки и др. Поэтому такие сведения должны быть отражены в технологическом эксплуатационном паспорте шлифовального круга [4]. На рис. 1 представлен технологический эксплуатационный паспорт шлифовального круга характеристики 24А25НСМ27К, работающего на подачах 0,2-0,5 мм/мин в условиях круглого наружного врезного шлифования стали 45. В силу стохастического характера процесса шлифования каждый эксплуатационный показатель предложено представлять двумя характеристиками — трендом (на рис. 1 это штриховая линия) и доверительным коридором (сплошные линии). Величина силы шлифования Ру и мощности резания Nр отнесены к 1 мм ширины шлифуемой поверхности.

Поскольку единственным достоверным источником сведений об эксплутационных возможностях шлифовальных кругов является их прямое испытание, то на кафедре был создан испытательный стенд, позволяющий выполнять стендовые испытания шлифовальных кругов и регистрировать их эксплуатационные показатели. К настоящему моменту подготовлены технологические эксплуатационные паспорта более чем для 25 шлифовальных кругов различных характеристик.

Определение периода стойкости

В соответствии с ГОСТ 21445-84 «Материалы и инструменты абразивные. Обработка абразивная. Термины и определения» период стойкости абразивного инструмента представляет собой время работы абразивного инструмента между двумя последовательными правками, в течение которого абразивный инструмент соответствует заданным требованиям. В технологическом эксплуатационном паспорте шлифовального круга учтена временная нестационарность показателей. Следовательно, одной из основных задач, решаемых с помощью паспорта, является определение времени работы круга между правками, то есть периода стойкости шлифовального круга.

В этом случае порядок работы с технологическим эксплуатационным паспортом кру-

га сводится к последовательному выполнению следующих этапов:

• этап 1 — формирование комплекса требований, предъявляемых к операции шлифования;

• этап 2 — выделение ограничений, накладываемых на технологический эксплуатационный паспорт.

• этап 3 — определение диапазона допустимого варьирования режимов резания, зоны эксплуатации шлифовального круга, соответствующей предъявленным требованиям;

• этап 4 — принятие решения.

Рассмотрим решение задачи определения периода стойкости шлифовального круга на конкретном примере.

Этап 1

К выполняемой операции шлифования предъявляются следующие требования:

• шероховатость обработанной поверхности Яа — 1,0 мкм;

• точность обработки — 1Т6;

• отсутствие прижогов.

Шероховатость поверхности принимается из чертежа детали, точность обработки достигается ограничением нагрузки на деталь со стороны круга. В частности, для достижения точности обработки 1Т6 в условиях круглого наружного шлифования с радиальной подачей круга средний уровень удельной допустимой силы резания не должен превышать 3-5 Н/мм [5]. Для рассматриваемого случая удельная бесприжоговая мощность шлифования составляет 0,1 кВт/мм [1, 2]. Обе величины приведены к 1 мм ширины шлифуемой поверхности.

Этап 2

Комплекс ограничений, накладываемых на технологический эксплуатационный паспорт:

• шероховатость Яа — 1,0 мкм;

• удельная допустимая нагрузка со стороны круга — 3 Н/мм;

• удельная допустимая мощность резания — 0,1 кВт/мм.

Этап 3

Накладывая комплекс ограничений на технологический эксплуатационный паспорт круга (горизонтальные стрелки), в каждой координатной сетке паспорта получаем область эффективной эксплуатации шлифовального круга, в которой будет выполняться требование, предъявляемое к конкретному эксплуатационному показателю. Для каждого параметра определяется время, в течение которого

обработка материалов резанием

МЕТ^^БРД^К)!

а)

Qм, мм/'мин 0,30

б)

Qа, мм/мин

0,125

0,100

0,075

0,050

0,025

•0,5 9

/у >0,4 35 0,3 ) „

/у ф ф ■ 0,2

4 Л 'ф »й

1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0

г, мин

в)

Ыр, кВт/мм 0,20

0,15

0,10-

0,05-

г)

Ру, Н/мм

"0 50

&0, 'о ,35

-- -■0 ,30 'у 1 25

„■»¡¡¡р

20

1,0 2,0 3,0 4,0 5,0

6,0 7,0 t, мин

д)

е)

Ва, мкм 2,00

1,75 1,50 1,25 1,00 0,75 0,50 0,25

Ва, мкм '„00

1,0 2,0 3,0 4,0

5,0

6,0 7,0 мин

Рис. 1. Технологический эксплуатационный паспорт шлифовального круга характеристики 24А25НСМ27К: а — зависимость интенсивности съема металла Qм от скорости подачи круга и времени его работы б — зависимость интенсивности износа круга Qа от скорости подачи круга и времени его работы ^ в — зависимость мощности резания Nр от скорости подачи круга и времени его работы ^ г — зависимость нагрузки на технологическую систему Py от скорости подачи круга и времени его работы ^ д — зависимость шероховатости поверхности без выхаживания Яа от скорости подачи круга и времени его работы ^ е — зависимость шероховатости поверхности после выхаживания Яа от скорости подачи круга и времени его работы t. Для каждого графика рядом с трендом показателя приведена величина подачи круга, мм/мин

а)

Ыр, кВт/мм 0,20

Я„, мкм

6,0 7,0 t, мин

),50 0,4С у. 0,3!

0,31 1 0,2 Ч

1 0,2С

1 1

1

1 1

1,0

2,0 3,0 4,0

5,0

6,0 7,0 t, мин

б)

Ру, Н/мм 6

0 50

-0, 40 35

— 30 В _0, 25

,20

1

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0 7,0 t, мин

г)

Яа, мкм 2,00 1,75 1,50

1,00 0,75 0,50 0,25

0,51 )

С ,40 0 35 30 0,21

0,2

1,0 2,0 3,0 4,0 5,0

6,0 7,0 t, мин

Рис. 2. Определение периода стойкости шлифовального круга характеристики 24А25НСМ27К: а — зависимость мощности резания Ыр от скорости подачи круга и времени его работы б — зависимость нагрузки на технологическую систему Ру от скорости подачи круга и времени его работы ^ в — зависимость шероховатости поверхности без выхаживания Яа от скорости подачи круга и времени его работы ^ г — зависимость шероховатости поверхности после выхаживания Яа от скорости подачи круга и времени его работы t

шлифовальный круг будет обеспечивать заданное требование качества обработки (вертикальные стрелки). Минимальное из всех этих времен является периодом стойкости шлифовального круга для данных условий выполнения операции шлифования (рис. 2).

Этап 4

При условии шлифования с подачей круга 0,25 мм/мин лимитирующим параметром является ограничение по требуемой шероховатости поверхности (точка А). В этом случае период стойкости круга составляет примерно 3,7 мин, поскольку все остальные показатели качества обработки в течение этого времени будут гарантированно выполняться.

Однако если шлифовать с последующим выхаживанием, то лимитирующим параметром становится ограничение по точности обра-

ботки (точка В). В этом случае время эффективной работы круга составит уже примерно 5,7 мин. Аналогичным образом можно определить период стойкости круга для любой величины подачи, приведенной в технологическом эксплуатационном паспорте.

Выводы

Технологический эксплуатационный паспорт шлифовального круга представляет собой комплексное описание эксплуатационных возможностей инструмента и позволяет определить период стойкости шлифовального круга, то есть время его работы, в течение которого на нем можно изготавливать детали, гарантированно отвечающие всем требованиям чертежа. Данное обстоятельство позволит наилучшим образом использовать

ресурс работоспособности шлифовального круга и повысит точность проектирования операций шлифования.

Литература

1. Общемашиностроительные нормативы режимов резания для технического нормирования работ на металлорежущих станках. Ч. 3: Протяжные, шлифовальные и доводочные станки. 3-е изд. М.: ЦБНТ, 1978. С. 105-360.

2. Ардашев Д. В., Анельчик Д. Е,, Буторин Г. И. и др. Режимы резания на работы, выполняемые

на шлифовальных и доводочных станках с ручным управлением и полуавтоматах: Справочник. Челябинск: АТОКСО, 2007. 384 с.

3. Исаков Д. В. Методика построения информационной базы для проектирования шлифовальных операций // Металлообработка. 2009. № 2. С. 9-15.

4. Ардашев Д. В. Оценка работоспособности шлифовального круга по комплексу эксплуатационных показателей: Дис. ... канд. техн. наук: 05.03.01: защищена 27.10.2005: утв. 10.02.2006. Челябинск, 2005. 251 с.

5. Корчак С. Н. Производительность процесса шлифования стальных деталей. М.: Машиностроение, 1974. 280 с.