ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОТРЕЗНОГО ШЛИФОВАНИЯ Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

С^д ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

ТЕХНОЛОГИЯ

УДК 621.922.025

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВТРЕЗВВТВ ШЛИФВВАВИЯ

А.И. КОРОТКОВ, профессор, доктор техн. наук, Г.М. ДУБОВ, доцент, канд. техн. наук, КузГТУ, г.Кемерово

Исследован путь повышения эффективности отрезного шлифования на основе установления влияния формы шлифовальных зерен на эксплуатационные показатели работоспособности отрезных шлифовальных кругов. Установлена зависимость интенсивности съема металла и других показателей от формы шлифовальных зерен. Разработаны математические модели, отражающие установленные зависимости.

The influence of grinding grains' form on operating characteristics of efficiency of detachable grinding wheel was examined. In particular; the following phenomena were determined and studied: the dependences of metal-removing action intensity, solid wear, effective oower spent on grinding, heat intensity of cutoff process and grinding index from grinding grains' form in detachable grinding wheels. Mathematic models that sufficiently reflect the determined dependences were developed. The guidelines for improving the operating characteristics of detachable grinding wheels were given.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: ОТРЕЗНОЕ ШЛИФОВАНИЕ, ОТРЕЗНЫЕ ШЛИФОВАЛЬНЫЕ КРУГИ, ФОРМА ШЛИФОВАЛЬНЫХ ЗЕРЕН, МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ, ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ.

Анализ показывает, что при работе отрезного круга лишь часть микрорежущих элементов - абразивных зерен, находящихся в его структуре и имеющих благоприятную геометрию, активно участвует в процессе резания, изнашиваясэ по площадке или микроскалыяя-ясь. Остальные же зерна практически не работают, выкрашиваясь и вылетая из связки, не срезая металл. Это наряду с другими факторами предопределяется тем, что зерна нормального электрокорунда, используемые при изготовлении отрезных кругов на бакелитовой связке, несмотря на одинаковый номер зернистости, имеют произвольную конфигурацию, и, как следстзие, геометрию [1]. В связи с этим, представляется, что одним из перспективных путей повышения эффективности отрезного шлифования может стать подбор оптимальной и упорядоченной формы и, как следствие, геометрии шлифовальных зерен, используемых при изготовлении отрезных кругов.

Для проверки этой гипотезы в лаборатории «Резание металлов» КузГТУ. был произведен рассев исходной массы шлифовальных зерен нормального электокорунда 13А63, по признаку формы на модернизированном вибрационном сепараторе [2]. Оценка формы рассеянных на вибрационном сепараторе шлифовальных зерен осуществлялась с помощью программы «гегпо» [3], которая позволяла количественно оценить форму и геометрические параметры шлифовальных зерен различных марок и зернистостей. А именно изображения предварительно отсканированных на планшетном сканере шлифовальных зерен, в количестве не менее 100 штук из каждой ячейки вибрационного сепаратора, заносились в программу «1е-гпо», которая в автоматическом режиме определяла коэффициент формы (Кф) шлифовальных зерен в виде отношения диаметров описанных (£)оп) и вписанных окружностей (Овп) в проекции контура рассматриваемых зерен.

На основе отсортированных и идентифицированных по форме шлифовальных зерен изготовлена партия экспериментальных отрезных кругов 230x3x22 13А63Н [Кф] СТЗ БУ, содержащих в своей структуре зерна следующих

разновидностей форм: изометрической - со средним значением коэффициента формы Кф « 1,2; промежуточной - со средним значением Кф » 1,6; игольчатой (пластинчатой) - со средним значением Кф ~ 2,2. Для обеспечения ппппг.тяйимости проводимых испытаний на том же оборудовании и в тех же условиях была изготовлена также контрольная партия отрезных кругов из зерен, не подвергавшихся предварительному рассеву по форме со средним значением коэффициента формы /Сф« 1,75.

Изготовленные экспериментальные и контрольные отрезные круги прошли стандартные испытания для готовой абразивной продукции, в результате которых было установлено, что они полностью соответствуют требованиям, предъявляемым ГОСТ 21963 - 82 к данному типу инструмента.

Для оценки работоспособности экспериментальных отрезных кругов разработана специальная методика [4], а также спроектирован V создан испытательный комплекс, базой для которого послужил универсально-заточной станок ЗА64Д.

Работоспособность экспериментальных отрезных кругов оценивалась на основе следующих показателей.

1. Производительность (0т) - интенсивность съема металла, представляющая собой отношение произведения объема снятого материала заготовки (Ут) на ее плотность (рт) ко времени обработки (т):

О , (г/мин). (1)

т X

2. Коэффициент шлифования (Кш), выражающийся отношением массы снятого материала заготовки (М3) к израсходованной за то же время массе отрезного круга (Мк)\

Кш = М3/Мк. (2)

3. Износ отрезного круга (АС!), определяемый как масса израсходованного материала круга (Мк) за определенное время работы (Г) или определенное количество

4 №4(41)2008

ТЕХНОЛОГИЯ

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

проходов (п), выполненных одним кругом:

Аи = Мк/Цп),( г). (3)

4. Эффективная мощность (1/Уе) затрачиваемая на шлифование, вычисляемая как произведение напряжения (V) на разность токов рабочего (/) и холостого

р*

хода (/ух):

(Вт).

(4)

5. Температура в зоне резания (7°С).

Для испытаний использовался круглый прокат в состоянии поставки из следующих марок сталей: 12X18Н1-ОТ; ШХ15; Сталь 10. Диаметр обрабатываемых заготовок составлял 20 мм, длина 300 мм. Испытания проводились на скоростях 60...80 м/с с постоянным усилием прижатия инструмента к детали.

В результате проведенных экспериментов установлено, что при изменении формы шлифовальных зерен, находящихся в структуре инструмента, от изометрической до игольчатой разновидности, интенсивность съема металла (Qm) в единицу времени возрастает в среднем в 1,19 раза при обработке всех марок сталей (рис. 1). Увеличение твердости обрабатываемой заготовки с HB 107 до HB 229 приводит к снихению в 1,3 раза интенсивности съема металла (Qm) в зависимости от формы шлифовальных зерен, находящихся в структуре отрезного круга. Анализ полученных данных свидетельствует таоке о том, что при повышении сксрости резания (Vp) с 60 до 80 м/с интенсивность съема металла (Qm) возрастает в среднем в 1,5 раза в зависимости от формы зерен в опытных образцах отрезных кругов.

1.2 1.6 175 2.2

(стандартный круг)

Рис 1. Зависимость интенсивности съема металла (От) от коэффициента формы (Кф) шлифовальных зерен для разных сталей: 1 - (Сталь 10): 2- (ШХ 15): 3 - (12Х18Н10Т)

Зависимость От = ЦКф, Ур) достаточно адекватно списывается выражением вида:

0^=1,3211 + 5,72-10-У -1,6674-10-Ь. (5)

При оценке коэффициента шлифования {Кш), установлено, '-то он возрастает в 1,75-2 раза, при переходе от кругов с игольчатой формой зерна к кругам с изометри-

ческой разновидностью шлифовальных зерен (рис. 2), а по отношению к стандартному кругу (Кф « 1,75) этот показатель возрастает в 1,7 раза. Причем, при обработке более твердой стали наблюдается снижение значения [Кш) в 1,3 раза при работе всеми видами опытных образцов отрезных кругов. С повышением скорости резания (Ур) коэффициент шлифования (Кш) возрастает в среднем 1,15 раза, для всех разновидностей зерен в экспериментальных кругах.

Зависимость/Сш = ЦКф, Ур) достаточно адекватно описывается выражением вида

Кш =-2.8059 + 2,4-10"2Vn + 8,0077

(6)

Износ (М1) отрезных кругов связан с коэффициентом шлифования (/Сш), поэтому при переходе от изометрической формы зерна {Кф «1,2) к игольчатой разновидности {Кф « 2,2) объемный износ (Ли) возрастает в 1,75-2 раза (рис.3). Увеличение твердости обрабатываемой заготовки приводит к пропорциональному повышению износа инструмента. При повышении скорости резания (\/р) с 60 до 80 м/с, интенсивность износа (Аи) отрезных кругов снижается в 1,15 раза.

Кш

i X 1 / 2 /

V / ^ /

з

1.2

1.6 1.75 2.2 Кф

(стандартный круг)

Рис. 2. Зависимость коэффициента шлифования (Кш) от коэффициента формы (Кф) шлифовальных зерен при скорости резания Ур - 80 м/с: 1 - (Сталь 10); 2 - (ШХ 15); 3 - (12X18Н10Т)

Зависимость М1 = ЦКф, \/р) достаточно адекватно описывается уравнением:

1

-1,6647 -102- 4,5725 • 10 Vp- 1,2027 • 10'

(7)

При установлении взаимосвязи между эффективной мощностью (!/Уе). затрачиваемой на шлифование, и коэффициентом формы шлифовального зерна {Кф) выявлено, что переход от работы кругами с изометрической формой зерен к кругам с игольчатой разновидностью зерен, как показали результаты исследований, сопровождается ростом на 15 % эффективной мощности (затрачиваемой на шлифование. При увеличении твердости обрабатываемой заготовки эффективная мощность (УУе) снижается на 11 %, в зависимости от типа используемого

№4(41)2008

5)Ш

С^Д ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

ТЕХНОЛОГИЯ

инструмента (рис. 4). С увеличением скорос~и резания с 60 до 80 м/с эффективная мощность (И/,,), затрачиваемая на шлифование, возрастает в среднем на 35... 40 % .

Как показали проведенные исследования, при увеличении твердости обрабатываемой заготовки, а также при переходе от зерен игольчатой формы (Кф « 2,2) к зернам изометрической разновидности (/Сф « 1,2) температура обрабатываемой заготовки в зоне резания в процессе отрезки возрастает в среднем на 15... 20 % (рис. 5).

iU.r

140 120 100 80

60 40 20

£ V3

\ 2

\ 1

i

1.2

1.6 1.75

(стандартный круг)

2.2

к*

Рис. 3. Зависимость объемного износа (Д1/) отрезного круга от коэффициента формы {Кф) шлифовальных зерен для разных сталей, при скорости резания Ур = 80 м/с: / - (Сталь 10); 2- (ШХ 15); 3 - (12Х18Н10Т)

и;. Вт 1400

1000 800 600 400

200 0

1

2 —1 f

) 3

1.2

1.6 1.75 2.2 КФ

(стандартный круг)

Рис. 4. Влияние коэффициента формы (Кф) шлиоовальных зерен на эффективную мощность (\Л/е), затрачиваемую на шлифование для разных сталей, при скорости резания 1/р = 80 м/с: 1 - (Сталь 10); 2- (ШХ 15); 3 - (12Х18Н1СТ)

Зависимость 1/Уе = 1(Кф, \/р) достаточно адекватно описывается уравнением

И/е =1,0661-Ю2 +1,553-101/р-3,4499-Ю2— . (8)

К ф

Зависимость 7" *С = ЦКф) адекватно отражается уравнением:

7"°С = 181,4795 + 0,6681Н0 +1,7561 • Ю2 —

К.

(9)

Таким образом, проведенные исследования показали, что довольно существенно повысить эффективность отрезного шлифования можно путем подбора формы используемых шлифовальных зерен. Причем, если критерием эффективности отрезной операции является повышенная производительность и качество отрезки заготовок, то достичь желаемого эффекта можно путем изготовления кругов из зерен с большими значениями коэффициентов формы (игольчато-пластинчатых). Если же более важным при отрезке является показатель расхода (износа) инструментов, то при их изготовлении целесообразно применять зерна с малыми значениями коэффициентов формы (изоме~рические).

Т°С 600

500

400

300

200

100 0

3

1 1- -1 -- 4 J [

/ ■—ч i

2 / 1

1.2

1.6 1.75 2.2 Кф

(стандартный круг)

Рис. 5. Зависимости температуры (7"С) в зоне отрезки обрабатываемой заготовки, от коэффициента формы (Кф) шлифовальных зерен для разных сталей

при скорости резаная Vp = 80 м/с: 1 - (Сталь 10); 2 - (ШХ 15); 3 - (12Х18Н10Т)

Список литературы

1. Короткое А.Н. Повышение работоспособности ст-резных шлифовальных кругов: монография /А.Н. Коротксв, Г.М. Дубе в. - Кемерово, ГУ КузГТУ: 2005. - 155 с.

2. Короткое А.Н. Вибрационный сепаратор / А.Н. Короткое, Г.М. Дубов, В.Г. Баштанов. Патент РФ № 2248851. Опубл. 27.03.2005. Бюл. №09

3. Короткое А.Н. Оценка фориы шлифовальных зерен / А.Н. Короткое, Г.М. Дубов, Д.Б. Шатько // II Всероссийская научно-практическая конференция «Проблемы повышения эффективности металлообработк/i на современном ятяпе»; Обработка металлов - №2 (23). - Новосибирск, 2004. -С. 43 - 4*

4. Короткое А.Н. Универсальная методика оценки эксплуатационных показателей отрезных шлифовальных кругов /А.Н. Короткое, Г.М. Дубов, В.Г. Баштанов // Прогрессивные технологии и экономика в машиностроении. Труды региональной научно-практической конференции филиала ТПУ. -Юрга. 2002.-С. 85-86.

6 №4(41)2008