Определение производительности и шероховатости поверхности при обработке винтовых поверхностей деталей уплотненным шлифовальным материалом Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

Определение производительности и шероховатости поверхности при обработке винтовых поверхностей деталей уплотненным шлифовальным материалом

А.И. Долотин, Г.П. Разживина

Пензенский государственный университет, г. Пенза

КАЧЕСТВО ВИНТОВЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ, КАМЕРНАЯ ОБРАБОТКА УПЛОТНЕННЫМ ШЛИФОВАЛЬНЫМ МАТЕРИАЛОМ, ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ ОБРАБОТКИ, ЗАВИСИМОСТИ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЕЛИЧИНЫ УДЕЛЬНОГО СЪЕМА МЕТАЛЛА И ШЕРОХОВАТОСТИ ОБРАБОТАННОЙ ПОВЕРХНОСТИ

В статье предложены теоретические зависимости для определения величины удельного съема металла и шероховатости поверхности при обработке винтовых поверхностей деталей в камере статически уплотненным шлифовальным материалом. Даны рекомендации по выбору значений эмпирических коэффициентов, входящих в предложенные зависимости и приведены примеры расчетов значений удельного массового съема и шероховатости обработанной поверхности для установленных режимов обработки. Установлено, что расчетные значения с достаточной степенью точности согласуются с результатами проведенных экспериментальных исследований.

Definition of productivity and surface roughness at processing of screw surfaces of details by the condensed grinding material

A.I.Dolotin, G.P.Razzhivina

The Penza state university, Penza

QUALITY OF SCREW SURFACES, CHAMBER PROCESSING BY THE CONDENSED GRINDING MATERIAL, PRODUCTIVITY OF PROCESSING, DEPENDENCE FOR DEFINITION OF SIZE SPECIFIC СЪЕМА METAL AND THE ROUGHNESS OF THE PROCESSED SURFACE

In article theoretical dependences for definition of size specific removal metal and a surface roughness are offered at processing of screw surfaces of details in the chamber by statically condensed grinding material. Recommendations for choice values of the empirical factors entering into offered dependences are made and examples of calculations of values specific mass removal and roughnesses of the processed surface for the established modes of processing are resulted. It is established that settlement values with sufficient degree of accuracy will be coordinated with results of the spent experimental researches.

В различных отраслях машиностроения используются детали с винтовыми рабочими поверхностями. Обработка таких деталей при высоких требованиях к качеству поверхности весьма трудоемка и не обеспечивает достижения стабильных качественных характеристик. Повышение

требований к точностным и качественным показателям поверхностей деталей обусловило дальнейшее развитие и совершенствование технологии финишных методов абразивной обработки. Перспективной является финишная обработка деталей в камерах с эластичными стенками при уплотнении абразивной среды внешним давлением. Одним из эффективных направлений использования данного метода обработки является обработка винтовых поверхностей деталей статически уплотненным шлифовальным материалом [1]. Частицы шлифовального материала при уплотнении

копируют винтовой профиль, что позволяет производить эффективную обработку по всей глубине профиля.

Для определения величины удельного съема металла при обработке винтовых поверхностей деталей в статически уплотненной абразивной среде предложена зависимость, которая имеет следующий вид:

q

Р(1 - X» )2[(*. + 2rz )(h2 - rz) + p ■ r: ]SN ■ Kу.0 ■ Kz

Уд_і

nd ■ І

(1)

где р - плотность обрабатываемого материала, Хн - коэффициент образования навалов, bz и hz - ширина и глубина царапины, образуемая при царапании обрабатываемой поверхности абразивным зерном, rz - радиус округления царапины, - общее число зерен, контактирующих с

обрабатываемой поверхностью, Уд - скорость резания, равная скорости вращения детали, t - время обработки, d - диаметр обрабатываемой детали, Куо. - коэффициент, учитывающий влияние на производительность процесса обработки различных факторов (исходной шероховатости, величины давления сжатого воздуха), KZ - коэффициент, учитывающий влияние на производительность процесса обработки зернистости шлифовального материала, Ів - длина обрабатываемого участка винтовой поверхности.

Значения коэффициента KZ приведены в таблице 1

Таблица 1 - Значения коэффициента KZ при различной зернистости Z шлифовального материала

Z F40 F22 F20 F16 F12 F10

Kz 0,5 2,4 4,8 8,6 17,2 30

На основании проведенных экспериментальных исследований были определены значения коэффициента Куо = 0,8 ... 1,0. Меньшие значения

коэффициента рекомендуется принимать для давлений на шлифовальный материал до 0,1 МПа, а большие - для давления 0,1 - 0,12 МПа.

В качестве примера приведем расчет величины съема металла с наружных поверхностей червяка в среде незакрепленного шлифовального материала, уплотненного статическим давлением сжатого воздуха. Материал червяка - сталь 45, максимальный диаметр червяка d = 45 мм,

термообработка - закалка до твердости 27...32 ИЯСэ. Обработка производилась шлифовальным материалом марки 14AF40 при давлении сжатого воздуха на эластичную оболочку камеры с обрабатывающей средой р = 0,1 МПа.

Для принятых условий обработки численные значения параметров и коэффициентов в выражении (1) составят:

р = 7,8■ 10-3 кг/м3; Хн = 0,05; d = 45 мм; t = 4 мин; пд = 750 мин-1;

V = П • d • Пд д 1000•60

1,76 м/с; Ку.о

1,0; Ш2 = 565; hz = 0,3610-6 м, bz = 0,1810-6 м,

1в = 0,01 м.

В результате получим расчетное значение съема металла q = 22 мг/см2.

Это значение соответствует экспериментальным данным, полученным в результате проведенных исследований для аналогичных режимов обработки. Расхождение полученного значения и результатов экспериментов не превышает 7%.

Для прогнозирования значения шероховатости обработанной поверхности примем допущение, что средняя глубина неровностей, возникающих в процессе обработки, равна значению параметра шероховатости Rz, тогда:

Ra

Rz

4

її

p

N

Sz • SNz • s

8tg

1

2

• K

(2)

где PN, Н - сила прижатия абразивной частицы к обрабатываемой поверхности,

Sz , мм - площадь режущей контактной площадки абразивной частицы;

'ZNz - количество зерен, контактирующих с обрабатываемой поверхностью на единице площади,

оВ, МПа - предел прочности материала обрабатываемой детали; g, град - угол при вершине абразивного зерна.

Kt - коэффициент, учитывающий длительность обработки, определяемый экспериментальным путем. Значения данного коэффициента приведены в таблице 2

Таблица 2 - Значение коэффициента Kt для различного времени обработки

t, мин 1 2 4 6 8

Kt 1,2 1,05 0,55 0,3 0,25

В качестве примера определим шероховатость при обработке стальной закаленной детали электрокорундом нормальным 14AF40. Примем следующие значения в выражении (2): PN = 0,5 Н; Sz=2110" мм , при глубине внедрения абразивной частицы в обрабатываемую поверхность 3 мкм; DNz = 565; оВ = 650 МПа - предел прочности материала обрабатываемой детали;

g = 110 град.; Kt = 0,55. Получим расчетное значение шероховатости поверхности Ra ~ 0,2 мкм. Полученное значение соответствует результатам экспериментальных данных, величина расхождения не превышает 18%.

Использование предложенных зависимостей позволяет прогнозировать величину съема металла и шероховатость обрабатываемой поверхности, а также назначать эффективные режимы обработки для достижения требуемого качества поверхности и производительности процесса.

ЛИТЕРАТУРА

Пат. № 2218262 Российская Федерация, МПК В24В 31/10. Способ камерной абразивной обработки и устройство для его осуществления / Зверовщиков А. В., Мартынов А. Н., Зверовщиков В. З., Долотин А. И.; заявитель и патентообладатель Пенз. гос. ун-т. - Заявл. 18.03.2002; опубл. 10.12.2003. Бюл. № 34. - 2003.