CC BY
22
Е ТАЛ Л О ОБ РАБО Т Kj
УДК 621.923; 621.922
Производительность и качество поверхности при обработке эластичными абразивными кругами
Ю. В. Димов, Д. Б. Подашев
Эластичные абразивные круги применяются для финишной обработки в целях придания обрабатываемой поверхности требуемой шероховатости, подготовки ее под лакокрасочные покрытия, удаления заусенцев, скругления острых кромок, предварительной обработки перед полированием и глянцеванием и т. п. При этом обрабатываться могут различные металлы и их сплавы, пластмасса, дерево, стекло, керамика и камни.
Шлифование эластичными инструментами, в отличие от обработки «жесткими» кругами, имеет ряд особенностей. Такие инструменты не устанавливаются на определенную глубину резания, а необходимые условия для работы отдельных зерен создаются за счет предварительного их нагружения. При этом деформируется основание инструмента, прижимаемого к обрабатываемой поверхности.
Закрепление абразива в упругой связке коренным образом изменяет характер его взаимодействия с обрабатываемым материалом, заключающееся в том, что:
• амортизируется удар зерна о материал, в результате чего повышается его стойкость;
• уменьшается напряженность теплового потока вплоть до полного устранения при-жогов;
• исключается микрорастрескивание поверхностного слоя хрупких материалов;
• создаются условия для увеличения количества одновременно работающих зерен;
• уменьшается скорость засаливания рабочей поверхности инструмента;
• улучшается самоочистка инструмента;
• увеличивается время взаимодействия абразивного зерна с обрабатываемой поверхностью.
В результате воздействия перечисленных факторов повышается качество обработанной поверхности.
В мире производится большое разнообразие эластичных абразивных и неабразивных кругов для финишной обработки деталей, анализ конструкций которых приведен в работах [1, 2].
В данной статье приведены результаты исследования производительности обработки и достижимой шероховатости обработанной поверхности при обработке эластичными абразивными кругами компании 3M (Minnesota Mining and Manufacturing Company), изготовленными из абразивного материала Scotch-Brite™. Этот материал состоит из синтетических волокон, образующих трехмерное нетканое полотно, по всему объему которого равномерно распределены абразивные зерна.
Круги FS-WL 8A MED, FS-WL 6S FIN, FS-WL 2S CRS, DB-WL 8S MED и DB-WL 7S FIN (рис. 1 и 2) — прессованные, в обозначении которых цифры 8, 7, 6, 2 — структура, буква А — абразивный материал Al2O3, S — абразивный материал SiC, зернистость: FINE — тонкое зерно, соответствующее 45-50 мкм, MEDIUM — среднее зерно, соответствующее 50-60 мкм, COARSE — грубое зерно, соответствующее 200 мкм.
Круг CF-FB 0,5A FIN (рис. 3) — очень эластичная щетка из лепестков материала типа Clean & Finish для чистовой обработки с абразив-
Рис. 1. Круги марки FS-WL
Рис. 2. Круги марки DB-WL
Рис. 3. Круг марки CF-FB
ным материалом Al2O3 зернистостью FINE — тонкое зерно, соответствующее 45-50 мкм.
Для эксперимента был использован универсально-фрезерный станок модели 675. Обработка производилась на следующих режимах:
• частота вращения круга n — 500, 1000, 1250, 1600 об/мин;
• подача (попутная) S — 42, 130, 255, 395 мм/мин;
• радиальная деформация круга Dy — 0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 3,0; 3,5; 4,0; 4,5 мм.
На указанных режимах были проведены эксперименты по обработке образцов из алюминиевого сплава В95пчТ2 длиной l = 100 мм, и шириной b = 20 мм.
В качестве показателя производительности процесса использован удельный съем материала q, мкм/(м • мин).
Удельный съем, мкм/(м • мин), рассчитывали по формуле
q = 1000,
4 yblTL '
где у = 2,85 • 10-3 г/мм3 — плотность для материала В95пчТ2; T — время обработки, мин, Т = l/ S; G1 и G2 — масса, г, до и после обработки соответственно; L — путь перемещения поверхности круга относительно детали, м;
L =
(pDn - S)T 1000 !
где Б — диаметр круга, мм.
Измерение масс производили на электронных весах с точностью 0,1 мг. Шероховатость
а) а, мкм/(м ■ мин) 0,35
0,30 0,25 0,20 0,15
0,10 0,05 0
/
h 4
<
/ / 1 3
у- 1 5
2 1 1 1 ^^ ' > < 1 <
Р—— 1 ' 6
продольную и поперечную по параметру Ra измеряли на профилометре модели 283 завода «Калибр».
На рис. 4 приведены зависимости удельного съема q и поперечной шероховатости Ra от деформации круга. Установлено, что относительный съем и удельный съем материала с увеличением деформации растут. Это объясняется тем, что с увеличением деформации растет вертикальная составляющая силы, а следовательно, и увеличивается глубина внедрения единичных зерен в обрабатываемый материал. Этим объясняется и увеличение достижимой поперечной шероховатости, т. е. той шероховатости, которая может быть получена при заданных параметрах процесса независимо от продолжительности обработки. С увеличением зернистости круга съем материала и шероховатость возрастают. Это объясняется тем, что количество зерен, находящихся в контакте с поверхностью, зависит от зернистости. Чем крупнее зерно, тем количество зерен меньше, а следовательно, они внедряются в материал глубже и съем материала идет интенсивнее.
Отмечено, что деформация Dy для кругов FS-WL 8A MED, FS-WL 6S FIN, DB-WL 8S MED, DB-WL 7S FIN более 2 мм, для круга FS-WL 2S CRS более 3 мм и для круга CF-FB 0,5A FIN более 4,5 мм приводит к интенсивному износу инструмента.
На рис. 5 приведены зависимости удельного съема и поперечной шероховатости от скорости резания. Установлено, что удельный съем материала с увеличением скорости растет. Это объясняется тем, что с увеличением скорости растет динамическая составляющая
б) Ra, мкм 3,5
0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5
Dy, мм
3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0
1 \
1 3
4
1 5
11 — ч 6
—\-2
0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5
Dy, мм
Рис. 4. Зависимость удельного съема q (а) и поперечной шероховатости Ra (б) от деформации Dy для кругов при S = 130 мм/мин:
1 — FS-WL 8A MED при v = 444,5 м/мин; 2 — FS-WL 6S FIN при v = 416,3 м/мин; 3 — FS-WL 2S CRS при v = 479,1 м/мин; 4 — DB-WL 8S MED при v = 479,1 м/мин; 5 — DB-WL 7S FIN при v = 478,5 м/мин; 6 — CF-FB 0,5A FIN при v = 628,3 м/мин
ШШШМБОТКА
а) q, мкм/(м ■ мин) 0,30
0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0
4
> <
À \
Y
5 L ■ • \
а— -1 о 2 3 У 6
б) Ra, мкм 2,5
250 350 450 550 650 750 850 950
v, м/мм
2,0 1,5 1,0 0,5 0
3 -J— 1 У*
<г- J- » 4 6
• 1 5
1 + 2
250 350 450 550 650 750 850 950
v, м/мин
Рис. 5. Зависимость удельного съема q (а) и поперечной шероховатости Ra (б) от скорости v при S = 130 мм/мин для кругов:
1 — FS-WL 8A MED при Dy = 1,5 мм; 2 — FS-WL 6S FIN при Dy = 1,5 мм; 3 — FS-WL 2S CRS при Dy = 1,5 мм; 4 — DB-WL 8S MED при Dy = 1,5 мм; 5 — DB-WL 7S FIN при Dy = 1,5 мм; 6 — CF-FB 0,5A FIN при Dy = 4,5 мм
силы удара абразивного зерна по обрабатываемой поверхности [3, 4]. В момент встречи абразивных зерен круга с обрабатываемой поверхностью происходит удар, в результате которого сила становится существенно больше статической Рк, при этом ударный импульс, а соответственно и сила удара напрямую зависят от скорости. Этим объясняется и увеличение поперечной шероховатости. При этом установлено, что при увеличении скорости свыше 750-1000 м/мин связующий нетканый материал начинает размягчаться и процесс резания ухудшается.
Повышение интенсивности съема материала с увеличением подачи (рис. 6) объясняется тем, что при обработке эластичным инструмен-
том поверхности с большими исходными микронеровностями образца материал срезается интенсивнее, чем при меньших микронеровностях. Уменьшение достижимой шероховатости с увеличением подачи связано с уменьшением суммарной скорости взаимодействия абразивных зерен с обрабатываемым материалом, поскольку обработка производилась при попутной подаче.
Исследования достижимой продольной шероховатости показали, что Яа для всех примененных кругов не зависит от заданных режимов резания. Проведена статистическая обработка результатов исследований в зависимости от параметров обработки. Доказано, что при уровне значимости р = 0,95 по критерию Фи-
а) q, мкм/м ■ мин 1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
4 Ч
1
1__ 6
5 / 3 2 V
/У
б) Ra, мкм 3,0
50 100 150 200 250 300 350
S, мм/мин
2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0
• 3 -- 6
• 4 *
• 5 — __т
2
50 100 150 200 250 300 350
S, мм/мин
Рис. 6. Зависимость удельного съема q (а) и поперечной шероховатости Ra (б) от подачи S для кругов: 1 — FS-WL 8A MED при v = 444,5 м/мин, Dy = 1,5 мм; 2 — FS-WL 6S FIN при v = 416,3 м/мин, Dy = 1,5 мм; 3 — FS-WL 2S CRS при v = 479,1 м/мин, Dy = 1,5 мм; 4 — DB-WL 8S MED при v = 479,1 м/мин, Dy = 1,5 мм; 5 — DB-WL 7S FIN при v = 478,5 м/мин, Dy = 1,5 мм; 6 — CF-FB 0,5A FIN при v = 626,3 м/мин, Dy = 4,5 мм
0
шера влияния Ду, V и 8 (по отдельности и в совокупности) на Яа являются незначимыми.
После исключения грубых промахов во всей совокупности экспериментальных данных, которые составляли от 48 до 72 измерений, с использованием квантилей Стьюдента определены доверительные границы достижимой Яа. В табл. 1 приведены эти границы, а также предельные экспериментальные значения.
Полученные экспериментальные зависимости по съему и достижимой поперечной шероховатости были аппроксимированы формулами вида:
Таблица 1
Круг Ra (продольная), мкм Ra (max)> мкм Ra (min), мкм
FS-WL 8A MED 0,02-0,478 0,49 0,06
FS-WL 6S FIN 0,018-0,508 0,59 0,07
FS-WL 2S CRS 0,124-0,68 0,7 0,17
DB-WL 8S MED 0-0,49 0,47 0,06
DB-WL 7S FIN 0-0,413 0,38 0,01
CF-FB 0,5 AFIN 0,184-0,722 0,69 0,22
q = axAy2 + a2v2 + a3S2 + a4Ay + a5v + a6S + + a7Ayv + a8AyS + a9vS + a10AyvS + an;
Ra = b1Ay2 + b2v2 + b3S2 + b4Ay + b5v + b6S + b7Ayv + b8DyS + b9vS + b10AyvS + b11.
Значения коэффициентов a1-10, b1-10 и свободных членов an, b11 данных уравнений приведены в табл. 2.
На основании проведенных исследований обработка эластичными абразивными кругами может успешно применяться на финишных операциях. При этом существенно снижается трудоемкость обработки по сравнению с ручной.
Для исследованных кругов при обработке деталей из алюминиевых сплавов, исходя из температурных условий обработки, рекомендуются следующие допустимые режимы резания:
• для кругов FS-WL 8A MED, FS-WL 6S FIN, DB-WL 8S MED, DB-WL 7S FIN деформация 0,5-2 мм, скорость 200-700 м/мин, подача 42-395 мм/мин;
Таблица 2
Зависимость Коэффициент FS-WL 8A MED FS-WL 6S FIN FS-WL 2S CRS DB-WL 8S MED DB-WL 7S FIN CF-FB 0,5A FIN
a1 0,174 0,048 0,105 0,242 -0,012 0,023
a2 3,499 • 10-7 -3,509 • 10-7 8,547 • 10-8 3,24 • 10-7 -3,228 • 10-8 1,188 • 10-8
a3 3,256 • 10-6 5,656 • 10-7 2,346 • 10-6 3,667 • 10-6 -4,985 • 10-7 1,447 • 10-6
a4 -1,078 -0,426 -0,923 -0,431 5,573 • 10-3 -0,171
a5 -1,536 • 10-3 -3,426 • 10-4 -9,942 • 10-4 6,514 • 10-4 -3,322 • 10-5 1,873 • 10-4
q = f(Ay, v, S) a6 -4,921 • 10-3 -1,579 • 10-3 -6,992 • 10-3 -6,387 • 10-4 1,385 • 10-4 -7,691 • 10-4
a7 7,37 • 10-4 4,241 • 10-4 3,686 • 10-4 -8,398 • 10-4 1,253 • 10-4 -5,837 • 10-5
a8 3,35 • 10-3 8,071 • 10-4 3,032 • 10-3 -3,851 • 10-4 1,982 • 10-4 1,855 • 10-4
a9 4,483 • 10-6 1,638 • 10-6 4,918 • 10-6 -4,48 • 10-6 2,797 • 10-7 -1,311 • 10-6
a10 -1,531 • 10-6 -8,357 • 10-7 -2,699 • 10-6 5,829 • 10-6 -2,465 • 10-7 4,143 • 10-7
a11 1,317 0,502 1,744 0,365 -0,051 0,347
в1 0,2 0,322 0,295 0,276 0,595 0,104
в2 4,261 • 10-6 4,162 • 10-6 2,024 • 10-6 -4,046 • 10-7 3,348 • 10-7 8,145 • 10-7
в3 1,025 • 10-5 1,353 • 10-5 2,2 • 10-5 5,683 • 10-6 -2,966 • 10-6 1,164 • 10-6
в4 0,117 -0,026 0,04 -0,168 -0,26 -0,436
в5 -4,528 • 10-4 1,632 • 10-3 1,818 • 10-3 2,575 • 10-3 6,838 • 10-4 -2,195 • 10-4
Ra = f(Ay, v, S) в6 -1,98 • 10-3 -1,367 • 10-3 -2,996 • 10-3 -1,26 • 10-3 6,032 • 10-3 1,42 • 10-3
в7 -1,856 • 10-3 -2,903 • 10-3 -1,713 • 10-3 -6,2 • 10-4 5,413 • 10-4 8,379 • 10-5
в8 -3,416 • 10-3 -4,908 • 10-3 -5,252 • 10-3 -2,084 • 10-3 -3,455 • 10-3 -7,867 • 10-4
в9 -1,203 • 10-5 -2,295 • 10-5 -2,419 • 10-5 -5,642 • 10-6 -2,418 • 10-6 -4,309 • 10-6
в10 9,637 • 10-6 1,626 • 10-5 1,105 • 10-5 3,949 • 10-6 -4,449 • 10-7 8,291 • 10-7
в11 2,21 1,122 3,073 0,848 -0,535 1,583
Е ТАЛ Л О ОБ РАБО Т Kj
• для круга FS-WL 2S CRS деформация 1-3 мм, скорость 200-750 м/мин, подача 42-395 мм/мин;
• для круга CF-FB 0,5A FIN деформация 3-4,5 мм, скорость 250-1000 м/мин, подача 42-395 мм/мин.
Выбор режимов зависит от требуемой шероховатости. Применение охлаждения (воздушного, распыленной СОЖ и т. д.) может существенно увеличить допустимую скорость резания.
Литература
1. Димов Ю. В. Обработка деталей эластичным инструментом. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2007. 352 с.
2. Димов Ю. В., Подашев Д. Б. Круги для финишной обработки деталей // Вестн. ИрГТУ. 2011. № 5. С. 16-20.
3. Плявниекс В. Ю. Расчет косого удара о препятствие // Вопросы динамики и прочности. Вып. 18. Рига: Зинатне, 1969. С. 87-109.
4. Гольдсмит В. Удар. М.: Госстройиздат, 1965. 448 с.
ОАО «Издательство "ПОЛИТЕХНИКА" » предлагает:
A. JI. Степанов
ПЕРЕГРУЗОЧНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ПОРТОВ И ТРАНСПОРТНЫХ ТЕРМИНАЛОВ
ISBN 978-5-7325-1018-8 Объем 427 с. Формат 60x90 Vie Тираж 1000 экз.
В учебнике рассмотрены режимы работы подъемно-транспортных машин, вопросы определения эксплуатационных и расчетных нагрузок, прочности и долговечности основных узлов и механизмов, производительности и энергетических затрат. Приведены характерные схемы механизации по видам грузов и критерии предпочтительного выбора для перегрузочных работ. Показаны направления совершенствования механизации перегрузочных работ для обеспечения комплексности в обработке грузов, управляемости и автоматизации с учетом требований охраны окружающей среды.
Учебник предназначен для эксплуатационно-управленческих и экономических специальностей вузов транспорта, может быть использован инженерно-техническими работниками эксплуатационных служб портов и транспортных терминалов.
Книгу можно приобрести в издательстве по адресу: 191023, Санкт-Петербург, Инженерная ул., д. 6. Тел.: (812) 312-44-95, 710-62-73, тел./факс: (812) 312-57-68. E-mail: [email protected], [email protected] http//www.polytechnics.ru Возможна отправка книг «Книга—почтой». Книги рассылаются покупателям в России наложнным платежом.
dJ
