CC BY
52
УДК 621.92
Д. С. РЕЧЕНКО _ В. А. СЕРГЕЕВ г
Омский государственный технический университет
ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА ЛЕЗВИЯ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА ВЫСОКОСКОРОСТНЫМ ШЛИФОВАНИЕМ
Исследовано влияние скорости шлифования на качество лезвия твердосплавного металлорежущего инструмента, а также влияние других технологических факторов. Это позволяет определить необходимые режимы шлифования.
Одним из наиболее перспективных направлении повышения производительности шлифования и расширения его технологических возможностей является увеличение скорости резания, задаваемое окружной скоростью круга, Эта скорость, в о гличае от скорое™ резания при обработке лезвийными инструментами, обычно мало изменяется и для подавляющего большинства операций шлифования находятся в пределах 20 - АО м/с, установленных из условий прочности шлифовальных кругов. Вместе с тем известно, что даже небольшое изменение скорости резания (например, в 1,5- 2 раза) приводит к существенному изменению производительное™ процесса шлифования и качества обрабатываемой детали.
Широкие возможности высокоскоростного шлифования подтверждаются рядом примеров увеличения скорости еьема металла в 5 — 10 раз при сохранении требуемых параметров точности и качества обработки. Такие результаты объясняются увеличением в единицу времени количества абразивных зерен, участвующих в работе шлифования, а также более благоприятными условиями процесса образования стружки.
Исследованием высокоскоростного шлифования занимались научные деятели, такие как: Воронов С.Г., КорчакС.Н., Плашников В.С., Филимонов Л.Н., Хи-део И., Эрнст В. и в этом вопросе достигнуты определенные результаты. Обзор существующей литературы показал, что не всегда переход на более высокие скорости резания целесообразен, так как увеличение скорое™ сопровождае тся рядом явлений не только положительных, но и отрицательных, в частности увеличением контактной температуры шлифования, центробежных сил и вибраций, циклической нагрузки на круг. Поэтому, окончательный результат и эффективность обработки определяются с учетом совместного действия всех факторов. Очевидно, что
для каждого конкретного случая обработки существует своя наиболее эффективная скорость резания.
Классические режимы шлифования пластин из твердого сплава кругами из синтетических алмазов позволяет получить шероховатость для зернистости АСМ28-АС040, находящуюся в пределах 0,04 —0,63 мкм (табл. 1). Однако значения шероховатостей обработанной поверхности MOiyr рассматрива ться лишь как ориентировочные. Это объясняется тем, что шероховатость поверхности зависит от многих технологических факторов, таких как режимы резания, степени засаливания шлифовального круга и состава его связки, состояния оборудования и приспособлений и т.д. и может быть определена лишь в конкретных производственных условиях.
Качество заточки режущею инструмента в основном определяется условным радиусом округления режущей кромки и шероховатостью передней и задней поверхностей.
В таблице 2 приведены данные по радиусу округления лезвия твердосплавных инструментов TI 5Кб, обработанных алмазными кругами (11.
Немаловажную роль при алмазном затачивании играет направление вращения шлифовального крут а относительно обрабатываемой режущей кромки. При затачивании твердосплавных инструментов различают две схемы затачивания: первая — вращение шлифовального круга на режущую кромку (рис. 1а); вторая - вращение шлифовального круга от режущей кромки (рис. 16).
По экспериментальным данным H.A. Розно при затачивании твердосплавного инструмента кругом A4 К 125х 10x3-АСО10-Б1 -50 (при Vkp = 30 м/с. SnpoA= = 1,5 м/мин, S,loll=0,01 мм/дв. ход, сплав Т15К6. без охлаждения) наблюдаются большие сколы на режущей кромке и их величина, для первой схемы затачивания, составляет 5 мкм, а для второй — 12 мкм.
Таблица 1
Зернистость синтетического алмаза Средняя высота микронеровностей. в мкм
ЛСО40-ЛССИ6 0,63-0.1G
АС016-ЛС010 0.63-0.16
ACOIO-ACOS 0.63-0.08
ЛС05-АСМ28 0.32-0.04
Меньше АСМ28 0.04 и менее
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ MCtHHK N»2 <5« 2007 МАШИНОСТРОГНИГ И МАШИНОВЕД! НИ Г
МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИН01ЕДЕНИЕ
Величина зерна, мкм 400 250 160 125 80 63 125 50 20
Радиус округления р, мкм 9.4 9,2 9.0 6.1 7.4 6.0 5,7 4.2 4.2 3.9 3.4
Условия обработки Связка металлическая М1; алмаз мирки АСП; 1 = 0.03 мм/дв. ход с охлаждением Связка органическая; алмаз марки АСО; 1=0,01 мм/дв. ход (АСО 12); 1 = 0.005 мм/дв. ход (АС05; АСМ28) без охлаждения
Без выхаживания II 5 § 5 £ 2 = £ 2 II * 2 •в х X 2 --а я £ 2
Рис. 1. Схемы заточки режущего инструмента
в Г
Рис. 2. Лезвие твердосплавного режущего инструмента, полученное различными шлифовальными кругами, х60: а - ЛС4 200/160; 6 - АС4 160/100; в - АС4 100/80; г - АС4 03/50
В настоящее время, в условиях производства, заточка твердосплавного инструмента осуществляется алмазными кругами АС2, АС4, ЛСб, при = 20-25 м/с,
^и|«>А= 1 “ 12 м/мин, 2мо11 = 0,01 —0,05 мм/дв. ход. При заточке твердосплавного металлорежущего инструмента применяют как правило несколько операций заточки:
— черновая (обдирочная) операция, осуществляется кругами из карбида кремния зеленого или крупнозернистыми алмазными кругами;
— чистовая операция, осуществляется алмазными кругам доводочная операция, осуществляется мелкозернистыми алмазными кругами или алмазными пастами.
Заточкой крупнозернистыми кругами в производственных условиях на заводах получают шероховатость передней и задней поверхностей Ял = 2,5 — 0,63 мкм, в лабораторных условиях на точных станках с хорошо подготовленными кругами и при длительном выхаживании достигается = 0,32 - 0,08 мкм.
Рис. 3. Трещина на лезвие твердосплавного отрезного резца, х60
Можно использовать для заточки инструмента мелкозернистые шлифовальные круги, при малых глубинах шлифования и малых продольных подачах, но это не избавит от наличия образования сколов и трещин. При этом, скоростной режим большинства заточных станков находится примерно в одном диапазоне (\/м1 = 15 — 35 м/с).
Так же для получения высококачественного лезвия металлорежущего инструмента используют доводку пастами, позволяющая получить точность размеров и геометрической формы детали в пределах 0,5 — 2 мкм и шероховатость обработанной поверхности Яя=0,32 — 0,02 мкм, но этот процесс не производителен и полностью зависит от навыка рабочего.
На рис. 2 показано лезвие твердосплавного режущего инструмента. Заточка осуществлялась на станке ЗЕ64, при УК11 = 20 —25 м/с, 5прол=2 —4 м/мин, 3П1)П = = 0,01 —0,02 мм/дв. ходи выхаживание. Визуально трудно определить изменение шероховатости при изменении зернистости алмазного круга, но на фотографиях видно изменение качества лезвия.
Сколы и трещины (рис. 3) на лезвии возникают из-за ударных нагрузок, являющиеся результатом нежесткой системы, биения шлифовального круга и температурных воздействий, имеющих пульсирующий характер. От этого дефекта избавится очень сложно, так как независимо от метода правки, шлифовальный круг всегда имеет биение но цилиндрической и торцовой части. Также в процессе работы шлифовальный круг самозатачивается или засаливается, и в зависимости от его характеристик и режимов резания может приобрести еще большее биение.
Так как шлифовальный круг, установленный на шпиндель станка, всегда имеет биение, то при малых припусках на шлифование (1 = 0,005-0,01 мм), например, при окончательной заточке неизбежно возникает прерывистое резание, то есть контакт шлифовального круга с заготовкой будет пульсирующий. И как показывает прак тика избавиться от биения его периферийной и торцовой части невозможно даже с применением правки; алмазные методы правки шлифовальных кругов обеспечивают биение 0,005 -0,03 мм. Так же при длительной эксплуатации станка, биение как осевое, так и радиальное может достичь значений до 0,01...0,02 мм. Одним из методов уменьшения биения шпинделя на станках, широко используемых при заточке режущег о инструмента, является применение подшипников повышенных классов точности (биение 10-0,1 мкм). Но это дает лишь незначительный эффект, так как в процессе работы шлифовальный круг приобретает неравномерный износ режущих поверхностей, который объясняется наличием на рабочей поверхности зон различной твердости, а также наличием на поверхности алмазных зерен, размеры которых, значительно превышают размеры основной фракции. Данные дефекты связаны с качеством изготовления шлифовальных кругов. То есть, неоднородность алмазоносного слоя приводит, к неравномерному износу шлифовального круга, что в свою очередь, образует прерывистое резание.
Процесс прерывистого резания можно представить как периодическое врезание алмазного инструмента в заготовку, в сопровождении с ударной нагрузкой в начальный момент врезания. Удары вызывают появление сколов и трещин на лезвии инструмента. На рис. 4 показано лезвие твердосплавного инструмента, полученное шлифованием различными кругами, при Увр = 20 — 25 м/с, 5П|Х1Л=2-4 м/мин, 3Поп= 0,01 - 0,02 мм/дв. ход и выхаживание.
Как видно из рис. 4 лезвие имеетмикросколы, независимо от того каким шлифовальным кругом производилась заточка. Такой результат предположительно возникает из-за неправильного подбора режимов шлифования, в которых, гю разным исследованиям, доминирующее влияние на качество обработки оказывает скорость шлифовального круга.
Экспериментальные данные, проведенные автором, показали, что с увеличением скорости резания сколы и трещины на лезвии уменьшаются, а также повышается класс шероховатости (рис. 5).
В связи с этим решением данной проблемы может быть повышение скоростного режима резания, но
Рис. 4. Лезвие твердосплавного инструмента, х90; а - чашечным шлифовальным кругом АС4 100/80; б - шлифовальным кругом с алмазными головками (сегментами) АС4 100/80
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ »ЕСТНИК № 2 (М) 2007 МАШИНОСТРО! ИИ1 И МАШИНО»ЕДЕНИЕ
МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ
рантированной безопасности работы, что, возможно, позволит исключить образование микросколон.
Из рисунков, приведенных выше, видны отличия лезвий, полученных при различных скоростях резания. Размеры микросколов уменьшились в 6 - 8 раз и составляют h = 2 - 3 мкм, при увеличении скорости в 2,5-3 раза. Поэтому целесообразно также провести исследования получения лезвия при скоростях резания более 80 м/с.
Библиографический список
1. Воронов. С.Г. Повышение рабочей скорости шлифовальных кругов. — В кн.: Абразивы М.. 1952, №5.
2. Корчак. С.И. Скоростное шлифование. Челябинск, 1968.
3. Синтетические алмазы в обработке металлов к стекла. Коллектив авторов. Под ред. H.A. Розно. М.: «Машиностроение». 1968.256 стр.
•1. Филимонов, Д.Н. Высокоскоростное шлифование. — Л.: Машиностроение, Ленннгр. отд-ние, 1979. — 2*18 с,, ил.
РЕЧЕНКО Денис Сергеевич, аспирант кафедры «Металлорежущие станки и инструменты».
СЕРГЕЕВ Владимир Алексеевич, кандидаттехничес* ких наук, доцент кафедры «Металлорежущие станки и инструменты».
Статья поступила в редакцию 05.07.07 г.
© Д.С, Реченко, В. А. Сергеев
УДК 621.923.1: 621.833: 62 - 503.54 П. Е. ПОПОВ
Омский государственный технический университет
СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ИСПЫТАНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ГИДРОПРИВОДА ПОЛЗУНА ЗУБОШЛИФОВАЛЬНОГО СТАНКА ______ ____
Приведены результаты исследования гидравлического привода ползуна, выявлены недостатки и поставлены задачи по их устранению.
L , ,
Рис. 5. Лезвие твердосплавного отрезного резца, полученное при У((1=60-80 м/с.
=2-4 м/мин, И...=0,01-0.02 мм/дв. ход
1фОД 1'И1
и выхаживание, шлифовальным кругом с алмазными головками (сегментами) 100/80, х510
при этом невозможно использовать обычные конструкции шлифовальных кругов из-за опасности их разрыва во время работы. Существуют шлифовальные круги, предназначенные для скоростного шлифования (60-80 м/с), однако даже такие скорости не позволяют исключи п. микросколы на лезвии твердосплавного режущего инструмента. Поэтому для проверки данного утверждения необходимо разработать специальные конструкции кругов, обеспечивающие скорость шлифования более 80 м/с, при га-
Цель проведенных испытаний заключалась в том, чтобы определить работоспособность экспериментальной системы управления гидропривода ползуна, выявить ее характеристики и сравнить с характеристиками станка с механическим приводом.
Ползун зубошлифовального станка модели 5841 был оснащен гидравлическим следящим приводом, в качестве задающего устройства использовался кривошипно-шатунный механизм с приводом от гидро-мотора.
Конструктивно данная задача решалась следующим образом. Гидравлическнй цилиндр был закреплен на ползуне, а его оба штока — на стойке ползуна. Подвод рабочей жидкости осуществлялся через штоки со сливом через следящий (дросселирующий) гидрораспределитель, чувствительный элемент которого —
золотник находится в постоянном контакте с камнем кривошипно-шатунного механизма задающего устройства.
Для обеспечения жесткой отрицательной обратной связи корпус дросселирующего парораспределителя закреплен на гидравлическом цилиндре.
Работа гидравлического следящего привода заключалась в отработке возникшего рассогласования в дросселирующем распределителе под воздействием задающего устройства. Таким образом, гидрофици-рованный ползун отраба тывал все параметры движения камня кривошипно-шатунного механизма задающего устройства.
Параметры задающего устройства — частота двойных ходов в минуту и величина хода настраивались следующим образом. Изменением радиуса кри-
