CC BY
12ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
ИНСТРУМШ 1Т
Повышение работоспособности отрезных шлифовальных кругов на основе использования шлифовальных зёрен с
контролируемой формой
Отрезные шлифовальные круги на бакелитовой связке широко используются во многих областях народного хозяйства, в том числе данный тип инструмента нашёл обширное применение на заготовительных операциях при обработке изделий машиностроения. Этому способствует как универсальные возможности данного инструмента, так и относительная доступность абразивных материалов, из которых он изготавливается. В тоже время анализ показывает, что при работе отрезного круга лишь часть микрорежущих элементов - абразивных зёрен, находящихся в его структуре, активно участвует в процессе резания, изнашиваясь по площадке и/1и микроскалываясь. Остальные же зёрна практически не участвуют в процессе резания. Это, наряду с другими факторами, предопределяется тем, что зёрна нормального злектрокорунда, используемые при изготовлении отрезньх кругов на бакелитовой связке, несмотря на одинаковый номер зернистости, имеют произвольную конфигурацию, и, как следствие, геометрию. [1] Хаотичная форма и геометрия шлифовальных зёрен приводят к тому, что многие из них либо вообще не участвуют в процессе резания, выкрашиваясь и вылетая при этом из связки, либо деформируют и нагревают металл, не срезая его. В связи с этим очевидно, что на сегодняшний день одним из перспективных путей повышения работоспособности шлифовальных инструментов, в том числе и отрезных шлифовальных кругов на бакелитовой связке, является подбор оптимальной и упорядоченной формы, и, как следствие, геометрии шлифовальных зёрен, используемых при изготовлении данного типа инструмента.
Для сравнительной оценки работоспособности отрезных шлифовальных кругов, содержащих в своей структуре шлифовальные зёрна с контролируемой формой с кругами, изготовленными пэ стандартной технологии, был произведён рассев на модернизированном вибрационном сепараторе [2] шлифовальных зёрен нормального электо-корунда 13А63 по признаку формы. Количественная оценка значений коэффициента формы (Кф) шлифовальных зёрен определялась, как отношение диаметра описанной (Роп) вокруг проекции рассматриваемого зерна окружности к диаметру вписанной в проекцию рассматриваемого зерна окружности (Оип): Кф= Ооп/ Овп, [3].
Из классифицированных по форме шлифовальных зёрен была изготовлена партия экспериментальных отрезных кругов 230x3x22 13А63Н [Кф] СТЗ БУ, содержащих в своей структуре зерна изомстричсской формы со средним значением коэффициента формы Кф « 1,2, промежуточной формы со средним значение Кф ~ 1,6, игольчатой (пластинчатой) формы со средним значением Кф~ 2 2. Для обеспечения сопоставимости результатов проводимых исследований была также изготовлена партия отрезных кругов из шлифовального зерна, не подвергавшегося предварительной классификации (стандартное зерно) со средним значением коэффициента формы К. = 1,75.
А. Н. КОРОТКОВ, профессор, доктор техн. наук, Г. М. ДУБОВ, канд. техн. наук, КузГТУ, г. Кемерово
Оценка эксплуатационных характеристик экспериментальных отрезных кругов, содержащих в своей структуре шлифовальные зёрна с контролируемой формой, осуществлялась по специально разработанной методике на спроектированном и созданном для этих целей испытательном комплексе, базой для которого послужил универсально -заточной г.тянок ЗА64Д [4]
Для количественной оценки работоспособности экспериментальных отрезных кругов использовался критерий интенсивности съёма металла (От). В качестве обрабатываемых заготовок использовался круглый прокат Ш20 мм в состоянии поставки из следующих видов сталей: 12Х18Н10Т (НВ 229); ШХ 15 (НВ 183); Сталь 10 (НВ 107). Анализ полученных экспериментальных данных показал, что при изменении формы шлифовального зерна, находящегося в структуре инструмента, от изометрической до июльчаюй разновидности, интенсивность съёма металла (От) в единицу времени несколько возрастает, в среднем в 1,19 раза при обработке всех видов сталей (Рис.1). Увеличение твёрдости обрабатываемой заготовки с НВ 107 до НВ 229 приводит к снижению в 1,3 раза интенсивность съёма металла (О ).
2,2 Кф
Рис. 1 Влияние коэффициента формы (Кф) шлифовального зерна на интенсивность съёма металла (От); Ур = 80 м/с
Зависимость От = ^Кф), приведённая на рис.1 при скорости резания Ур = 80 м/с, достаточно адекватно описывается выражением вида:
1
От = 1,3211 + 5,72 • 10 V. -1,6674 -10
К,
Для качественной оценки работоспособности опытных образцов отрезных кругов использовался предусмотренный для данного типа инструмента действующим ГОСТ 21963 - 82 комплексный параметр - коэффициент шлифования (Кш), напрямую зависящий от износа (л11) отрезного круга.
Полученные при проведении исследований данные _о-ворят о том, что коэффициент шлифования (Кш) возраса-
ИНСТРУМЕНТ
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
ет в 1,75 - 2 раза при переходе от работы кругами с игольчатой формой зерна к кругам с изометрической разновидностью шлифовальных зёрен (рис. 2), а по отношению к стандартному кругу (Кф « 1,75) этот показатель возрастает в среднем в 1,7 раза. Причём, при обработке более твёрдой стали наблюдается снижение значения Кш в 1,3 раза.
К,
с 1ё»ЛЬ 1 0
N \
1 N—— ШХ 1Ь
\
11; >ХТШнГ ЮТ
1.2
1,6
1,75
2,2 <г
Рис. 2 Влияние коэффициента формы (Кф) шлифовального зэрна на коэффициент шлифования (Кш); V = 80 м/с
Зависимость Кш = ^К ), приведённая на рис.2, при скорости резания \/р = 80 м/с достаточно адекватно описывается выражением вида-
Кш = -2,8059 + 2,4-10Х+ 8,0077
Приведённые на рис.2 зависимости Кш = ((Кф) указывают на то, что режущая способность отрезных кругов существенно зависит от формы абразивного зерна, находящегося в структуре инструмента. При проведении исследований акцент сделан также на установление взаимосвязи таких параметров, как эффективная мощность (УЧ^, затрачиваемая на шлифсвание, и коэффициент оор-мы (Кф) шлифовального зерна (рис. 3).
в-1200
1000 800 600 400 200
Стал! , 10
12) ;18Н1С Т ш X 15
1,2
1,6
1,75
2,2 Кс
Рис. 3 Влияние коэффициента формы (Кф) шлифовального зерна на эффективную мощность (Ме), затрачиваемую на шлифование; \/р = 80 м/с
Так, при переходе от работы кругами с изометрической формой зёрен к кругам с игольчатой разновидностью шлифовальных зёрен, как показали результаты проведённых исследований, сопровождается ростом в среднем на 15% эффективной мощности (\Л/е), затрачиваемой на шлифование. При увеличении твёрдости обрабатываемой заготовки эффективная мощность (\/Уе) снижается в среднем на 11%, в зависимости от вида экспериментального круга.
Зависимость \Л/е = ^Кф), приведённая на рис.3, при скорости резания \/э = 80 м/с достаточно адекватно описывается выражением вида:
\2 1
\Л/, = 1,0661 • 10' + 1,553 • 1 (ЛЛ - 3,4499 • 10'
Кф
Как показали исследования тепловых явлений при работе отрезного круга, коэффициент формы (К^) шлифовальных зёрен, находящихся в его структуре, не оказывает значительного влияния на температуру в зоне резания. Так, с увеличением твёрдости обрабатываемой заготовки, а также при переходе от зерна игольчатой формы (Кф ~ 2,2) к зерну изометрической разновидности (Кф~ 1,2) температура заготовки в зоне резания в процессе отрезки, незначительно возрастает, в среднем на 15 % (рис. 4).
Рис. 4 Влияние коэффициента формы (Ко) шлифовального зерна на температуру (Т°С) в зоне среза; \/р = 80 м/с
Зависимость Т°С = Г(Кф) приведённая на рис.4 при скорости резания Уз = 80 м/с достаточно адекватно описывается выражением вида:
Т°С = 181 4795+ 0,6681 НВ+1,7561 -Ю2-^;
кф
Таким образом, в результате проведённых исследований было установлено, что форма шлифовального зерна весьма существенно влияет на отдельные выходные параметры работоспособности отрезных шлифовальных кругов на бакелитовой связке. Так, уменьшение значения коэффициента формы (Кф) шлифовального зерна, находящегося в структуре инструмента приводит к снижению эффективной мощности (\Л/е), затрачиваемой на шлифование, значительному снижению износа (д1)) и, как следствие, существенному росту основного комплексного параметра предусмотренного действующим ГОСТ 21963 - 82 для данного типа инструмента - коэффициента шлифования (Кш) при незначительном снижении интенсивности съёма металла (От) и повышении температуры в зоне резания (Т°С). Это в конечном итоге говорит о целесообразности использования при изготовлении отрезных кругов на бакелитовой связке шлифовальных зёрен изометрической формы (Кф~ 1,2), повышающих в 1,4 - 2,3 раза, по отношению к серийно выпускаемому инструменту, основной показатель работоспособности данного типа инструмента коэффициент шлифования (Кш). Поэтому есть смысл изготавливать шлифовальные инструменты, в том числе и отрезные круги, с учётом показателя коэффициент формы шлифовальных зёрен.
*
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
ИНСТРУМЕНТ
Литература
1. Короткое А.Н., Дубов Г.М. Влияние технологии изготовления шлифовальных зёрен на их эксплуатационные показатели // Труды XIII научной конференции филиала Томского политехнического университета. Юрга 2001.- с. 100- 102.
2. Короткое А.Н., Дубов Г.М., Баштанов В.Г, Павловец К.А., Шатько Д.Б. Модернизированный ьибрациинный сепаратор для сортировки абразива по форме. // Ресурсосберегающие технологии в машиностроении. Материалы 2-й межрегиональной научно - практической конференции с международным участием 2002 г. Алтайский гос. техн. ун - т, БТИ. Бийск. 2002. - с. 65 - 69.
3. Короткое А.Н., Дубов Г.М., Шатько Д.Б. Оценка формы шлифовальных зёрен. // II Всероссийская научно - практическая конференция «Проблемы повышения эффективности металлообработки на современном этапе»: Обработка металлов №2 (23). Новосибирск. 2004. - с. 43 - 44
4. Короткое А.Н.. Дубов Г.М., Баштанов В.Г. Универсальная методика оценки эксплуатационных показателей отрезных шлифовальных кругов // Прогрессивные технологии и экономика в машиностроении. Труды региональной научно - практической конференции. Филиала ТПУ. Юрга 2002. - с. 85 - 86.
Об условиях и технологических особенностях промышленного использования инструментов
из композитов
Созданные в нашей стране и за рубежом б семидесятых годах прошлого века инструменты, оснащенные искусственными сверхтвердыми материалами, нашли широкое использование в металлообработке лишь к концу 80-х годов с появлением необходимой информации о рациональной области их применения.
Высокая твердость, теплостойкость и теплопроводность, не снижающиеся при повышении температуры резания, химическая инертность с черными металлами на воздухе и при высокой температуре обуславливает неоспоримые преимущества композитов по сравнению с алмазами и любыми традиционными инструментальными материалами.
Прочность композитов - интегральное понятие, для количественной оценки которого используется ряд физико-механических харак-еристик (свойств) материала.
Прочность композитов во многом зависит от комплекса технологических факторов, проявляющихся во взаимодействии режущего инструмента с обрабатываемой поверхностью заготовки в процессе резания. Наличие ударно-импульсной нагэузки на твердой и хрупкой вершине инструмента, возникающей при обработке прерывистых поверхностей, проявление циклического характера силы резания и тепловой фактор без знания специфики процесса резания, как правило приводят к разрушению инструмента. Коэффициент трещиностойкости или критический коэффициент интенсивности напряжений является характеристикой сопротивления разрушению материала. Очевидно, чем выше трещиностойкость композиционного инструментального материала, тем выше работоспособность, табл.1.
Таблица 1
Е.А. КУДРЯШОВ, профессор, доктор техн.наук, СЛ. СЕЛЕЗНЕВ, аспирант, A.A. НИКОЛАЕНКО, аспирант, ЧитГУ, г.Чита
Знание прочностных характеристик композитов позволяет решить ряд вопросов, связанных с работоспособностью лезвийных инструментов - произвести сортировку режущих элементов в зависимости от значений трещиностойкости и обеспечить последующее применение однородных по микротвердости элементов.
Основные области применения композитов: финишная обработка закаленных деталей, в том числе при прерывистом резании, чистовое точение как подготовительная операция под последующую финишную обработку, чистовая обработка поверхностно закаленных материалов с мягкой сердцевиной.
Композиты становятся незаменимыми на операциях чистовой и отделочной обработки точением, растачиванием, торцовым фрезерованием точностных поверхностей любой конструктивной сложности.
Особые режущие свойства композиционных инструментальных материалов дают возможность их применения в условиях автоматизированного производства.
По данным исследований (1) существую четыре основные группы материалов, эффективно обрабатываемых лезвийньми инструментами из композитов:
1) отбеленный чугун (легированный никелем или хромом), белый чугун, HRC3 50...65;
2) закаленные стали и детали с поверхностной закалкой, HRC> 50...65;
3) некоторые упрочняемые сплавы, HRC3 38;
4) марки серого чугуна, HB 200...220.
Эффективное использование инструментов из композитов достигается на высокоточных скоростных станках с частотой вращения шпинделя до 4000 об/мин и небольших продольных подачах 0,10...0,01 мм/об. Такое оборудование должно обладать достаточной жесткостью, так как образование вибраций не только ухудшает шероховатость обрабатываемой поверхности, но и в ряде случаев является причиной выкрашивания режущих кромок.
Высокая стойкость и относительно малый износ инструментов из композитов имеют особое важное значение
Марка композита Коэффициент трещиностойкссти.ИН/ м1я
Композит 01 3,91
Композит 05 4,58
Композит 09 4,70
Композит 10 5,83
