ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ ВОЛНИСТОСТИ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ ПРИ ОБРАБОТКЕ АБРАЗИВНЫМИ БРУСКАМИ Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

TEXIЮЛОГИЯ

зацияформы винтовых канавок. Для изготовления резьб с крупным шагом используют самые различные технологические операции. Выбор конкретных операций обработки зависит от типа производства, размеров изделия, номенклатуры и др. Традиционными методами получения таких резьб являются: нарезание резцом, фрезерование дисковыми фрезами, нарезание вихревыми головками, шлифование. Как правило, резьбы с шагом от 4 мм обрабатывают фрезерованием дисковыми фрезами или вихревыми головками. Во многом качество изготовленной резьбы определяется точностью резэбообрабатываюицего инструмента. Для повышения износостойкости деталей после предварительного формирования винтовой поверхности их подвергают термической обработке, после которой следуют операции чистовой обэаботки. На этих операциях окончательно формируются размеры и качество винтовых поверхностей. Однако при термической обработке изделий с винтовыми канавками возникают деформации, которые впоследствии необходимо устранить на чистовых операциях технологического процесса или вводить дополнитель-ные операции. Все это увеличивает трудоемкость и себестоимость изготовления деталей. Применяя электромеханическую обработку можно придать требуемым участкам винтовой поверхности необходимые физико-механические и геометрические свойства, исключить дополнительные чистовые операции и термическую обработку.

Для электромеханической обработки винтовых поверхностей ходового винта спроектировано и изготовлено спе-

циальное приспособление, устанавливаемое в резцедержателе токарного станка [3]. Для сообщения требуемого усилия накатывания при электромеханической обработке в державке приспособления установлена пружина, под действием которой ролик прижимается к детали. Также само приспособление в державке поворачивается на угол подъема винтовой канавки для более точного контакта ролика и обрабатываемой поверхности.

Литература

1. Суслов А.Г., Стешков А.Е., Прокофьев А.Н. Разработка научных основ технологии обработки высокоточных внутренних резьб. //Актуальные проблемы повышения качества машиностроительной продукции. Тез. Долк. Всероссийской научно-технической конференции. Владимир, 1999, с.128-129.

? Прокофьев А.Н. Прогрессивные технологические методы изготовления резьбовых соединений. «Справочник. Инженерный журнал», 2000, №2(35), с.9-12.

3. Дарковский Ю.В., Прокофьев А.Н., Хандожко A.B. Повышение качества винтовых канавок путем профилирования инструмента и электромеханической обработки. «Материалы. Технологии. Инструмент» №3,1999, Могилев, с.101-104.

4. Прокофьев А.Н. Технология гладкорезьбовых соединений. «Обработка металлов», Новосибирск, 2002, №2(15), 3.12-14.

Особенности формирования волнистости поверхностей деталей при обработке абразивными брусками

С. Г. БИШУТИН, доцент, канд. техн. наук, БГТУ, г.Брянск

Традиционные метсды финишной обработки поверхностей деталей, как правило, приводят к образованию на них волнистости, которая з большинстве случаев негативно отражается на эксплуатационных показателях деталей машин. Значительно снизить волнистость обрабатываемой поверхности можно, если подвергнуть ее дополнительной обработке абразивными брусками, которая из-за невысоких скоростей резания не вызывает прижогов и способствует формированию в поверхностном слое сжимающих остаточных напряжений [1, 2, 3]. Рабочая поверхность абразивного бруска контактирует с несколькими вершинами волн обрабатываемой поверхности. В связи с этим съем металла происходит только по вершинам волн, что в конечном итоге может привести к практически полному исчезновению волнистости на обрабатываемой детали, в поверхностном слое которой будут сформированы остаточные напряжения сжатия. Поэтому исследования формирования волнистости говерхностей деталей гри данном методе их обработки являются актуальными.

В основу исследования данного процесса может быть положено соотношение, полученное М.М. Хрущевым и М.А. Бабичевым при изучении абразивного изнашивания путем трения испытуемого образца по абразивной шкурке [4]:

т

61 (1) где Ол - износ образца (линейный съем металла); I. -путь трения (длина контакта рассматриваемого участка

поверхности заготовки с абразивным инструментом); С -коэффиииент пропорциональности, р - контактное давление:

(2)

здесь Рс - сила прижатия абразивного инструмен-а (бруска) к обрабатываемой поверхности; - площадь рабочей товерхности бруска.

Уравнение (1) можно представить несколько иначе, учитывая, что сИ = \/с!т, где V - скорость перемещения абразивного инструмента относительно обрабатываемой поверхности, дт - промежуток времени, в течение которого происходит перемещение с!1_:

= о)

где \/с - скорость съема металла при установившемся процессе обработки (при отсутствии волн на обрабатываемой поверхности).

При наличии волнистости на обрабатываемой поверхности уравнение (3) будет выглядеть следующим образом: сЮ*

ж=<4>

где О* - линейный съем металла при наличии волнистости поверхности; р*-давление бруска на вершины волн: Р.

Р =

SJQTWmaxJ'

(5)

14

№ 1(26)2005

«

технология

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

здесь \Л/тахи - максимальная высота исходной волнистости обрабатываемой поверхности, у* - параметр интерполяции кривой относительных опорных длин профиля волнистой поверхности заготовки.

Анализируя формулы (3) и (4) приходим к выводу, что

СЮ* р*

= <6>

Подставляя уравнение (2) и (5) в (6), получим: (Ю*

^ = У0(0*ЛЛ/тахиГ* (7)

Пру независимости Х/а от х решение уравнения (7) следующее:

О* = [(у* + 1) У0(\Л/тахУх]^ (8)

Следует отметить, что в формуле (7) вместо х можно подставлять любую другую пропорциональную ей величину (длину контакта обрабатываемого участка поверхности заготовки с бруском, число рабочих ходов бруска и т.п.). Однако в этом случае скорость съема металла У0 должна быть определена в зависимости от интересуемой нас величины.

г ^ * ¿О

Графически скорость --------------

съема металла

с!х

и съем

металла О во времени можно представить следующим образом (рис. 1).

Ж

Ус

о о

1 \ сЮ*

7 > 0*= Г(х) ^ т а)

б)

Рис. 1. Зависимости скорости съема металла (а) и съема металла (б) во времени

Из рисунка видно, что до момента времени X, (где X, - время, за которое удаляются волнистость с обрабатываемой поверхности) происходит непрерывное снижение скорости съема металла, которая затем стабилизируется и принимает значение равное \/г. Это приведет к тому, что в начале процесса обработки будет наблюдаться наиболее интенсивный съем металла. В дальнейшем активность рассматриваемого процесса снижается и становится равномерной во времени.

Структуру формулы для расчета съема металла при установившемся процессе обработки можно определить из уравнения (1) путем его интегрирования:

Ол =Ср!_

В этой формуле неизвестно значение коэффициента С,

которое зависит от конкретных условий обработки. Автором было получено следующее аналитическое выражение для этого коэффициента:

|3

С - 0,27ко НВр,

где к0 - расчетный коэффициент, учитывающий условия взаимодействия вершин явррн с. мртяпппм; — расстояние между вершинами зерен на рабочей поверхности бруска; НВ - твердость обрабатываемого материала по Бринеллю; р - радиус округления вершин зерен.

Зависимости для расчета величин I. можно получить, проанализировав возможные траектории перемещения абразивного бруска (брусков) относительно обрабатываемой поверхности (рис.2).

э

б)

Рис. 2. Возможные траектории (1) перемещений бруска (2) относительно обрабатываемой поверхности (3): 4 - линия, вдоль которой перемещался брусок на предыдущем рабочем ходе; а - обработка без осцилляции бруска; б, в - обработка с осцилляцией бруска, осуществляемой соответственно перпендикулярно и вдоль направления его перемещения относительно заготовки

№ 1 (26) 20(

15

££

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

ТЕХНОЛОГИЯ

Для схемы на рис. 2а (без осцилляции бруска):

а,

пхпБ, 0<Зпр<ВБ.

(9)

Для схемы на рис. 26 (с осцилляцией бруска, осуществляемой перпендикулярно направлению его перемещения относительно обрабатываемой поверхности,

при 0< в^Вб):

1_ =

.. vг

2ВвУАк2 + 0,25И/ А. + В.

а к* о

V,

Оп.пА > Вь>

(10)

2 ЭпхпБ, Ь,>Ц,

Для схемы на рис. 2в(с осцилляцией бруска, осуществляемой вдоль направления его перемещения относительно обрабатываемой поверхности при 0< Б <ВБ):

[_ =

Р

пхпБ, УП>УБ; В

(11)

м ПХПБ> Ь* + Ьр< Ы, < V,;

р В

[Ц.+ 2Н,* + 201,* + -1Т)]-|*-пл,

2Ь* - Ь* > И/+ 1> И*. \/п < V,.

ь; = (УБ-уп)/29; Ь* = 0/Б-Уп)/2в.

В формулах (9) - (11) 1_р - длина бруска (размер бруска в направлении его перемещения относительно обрабатываемой поверхности); ВБ - ширина бруска; 8п{ - величина смещения бруска в направлении подачи при каждом его новом контакте с рассматриваемым участком поверхности заготовки; пх- число рабочих ходов бруска (брусков); п6 - число одновременно работающих брусков; Ак - размах колебаний бруска; кх - коэффициент, учитывающий влияние каждого контакта бруска с рассматриваемым участком обрабатываемой повеэхности заготовки на величину 1_ (в большинстве случаев <х = 0,5 ... 0,7); Уп - линейная скорость перемещения рассматриваемого участка обрабатываемой поверхности относительно неподвижного бруска; 0 - частота колебаний абразивного бруска (брусков); \/Б = 2Ак6 - среднее значение скорости, развиваемой бруском в процессе осцилляции.

Учитывая изложенное, можем записать зависимость для съема металла брусками с волнистой поверхности в виде:

' О*, 0 < О < \Л/тахи; Оп, О > \Л/тахи.

0 =

Тогда текущее значение высоты волнистости обрабатываемой поверхности определится следующим образом:

\Л/тах -|™тахи" 0 < О < \Л/тахи;

\Мпах-|0 >а>уутаХи (12)

Для подтверждения правомерности проведенных исследований были проведены эксперименты. На установке для шлифования плоских поверхностей абразивными брусками [5] обрабатывались призматические образцы из стали 9ХС (46...50 НРС), на которых была сформирована

волнистость высотой 35 и 13 мкм. Обработка производилась по схеме на рис. 26 с усилием прижатия бруска к обрабатываемой поверхности ЗОН и частотой колебаний 1300 мин \ Площадь рабочей поверхности бруска составляла около 30 мм2, материал бруска - 25А40СТ18К. В экспериментах варьировалось число рабочих ходов бруска. После этого на профилографе-грпфиппметре мод. 170311 измерялась высота волнистости поверхностей образцоз и определялись её расчетные значения по приведенным зависимостям. Результаты сопоставления расчетных и экспериментальных значений высоты волнистости представлены на рис.3. Верхние кривые на этом рисунке относятся к образцам с большей исходной волнистостью, нижние - с меньшей исходной волнистостью. Видим, что наблюдается достаточно хорошее соответствие теоретических данных экспериментальным.

уутах

мкм

32 28 24 20 16 12 8 4

ч \

Ч2

/ ч ъ

Чр

и-1

2 '-л

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 &

Рис. 3. Изменение высоты Wmax волнистости поверхности

в зависимости от числа пх рабочих ходов абразивного бруска: 1 - экспериментальные данные; 2 - результаты расчетов по формуле (12)

Таким образом, приведенные результаты исследований позволяют выбрать условия обработки поверхностей деталей абразивными брусками, обеспечивающие требуемое значение высоты волнистости, если таковое не было достигнуто традиционными методами обработки.

Литература

1. Соколов С.П., Кремень З.И. Обработка деталей абразивными брусками. -М.: Машиностроение. 1967. - 124с.

2. Наерман М.С., Попов С.А. Прецизионная обработка деталей алмазными и абразивными брусками. - М.: Машиностроение, 1971. - 224с.

3. Бишутин С.Г. Обеспечение требуемой совокупности параметров качества поверхностных слоев деталей при шлифовании: Монография. - М.: Машиностроение-1, 2004. - 144с.

4. Хрущев М.М., Бабичев М.А. Некоторые итоги изучения абразивного изнашивания матсриалов//Теория трения и износа: Сб. науч. тр. - М.: Наука, 1965. - С.138-142.

5. Бишутин С. Г., Захаров Л. А. Обеспечение требуемых параметров качества поверхностного слоя плоских поверхностей при обработке абразивными брусками// Контактная жёсткость. Износостойкость. Технологическое обеспечение: Сб. тр. междунар. науч. - техн. конф. посвящ. памяти д. т. н., проф. Рыжова Э. В. / Под общ. ред. д.т.н., проф. А. Г. Суслова. - Брянск, 2003. - С. 239 - 242.

16

№ 1 (26)2005