Шероховатость поверхностей деталей, шлифованных композициоными кругами, изготовленными по СВЧ-технологии, при плоском торцовом шлифовании Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

МАШИНОСТРОЕНИЕ

УДК 621.923

Н. И. ВЕТКАСОВ, С. М. МИХАЙЛИН, Л. И. ЕФРЕМОВ, В. А. ЛЕДЯЙКИН

ШЕРОХОВАТОСТЬ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ, ШЛИФОВАННЫХ КОМПОЗИЦИОНЫМИ КРУГАМИ, ИЗГОТОВЛЕННЫМИ по СВЧ-ТЕХНОЛОГИИ, ПРИ ПЛОСКОМ ТОРЦОВОМ ШЛИФОВАНИИ

Выполнено аналитическое моделирование шероховатости поверхностей деталей, шлифованных композиционными кругами. Приведены результаты экспериментального исследования шероховатости плоских поверхностей деталей, шлифованных композиционными кругами, изготовленными по С В Ч-технологии. Показано, что применение композиционных кругов, изготовленных по С ВЧ-технологии, позволяет обеспечить такую Dice шероховатость обработанных поверхностей, как и при применении кругов, изготовленных по традиционной (конвективной) технологии.

Ключевые слова: композиционный круг, шлифование, шероховатость.

Широкое распространение при обработке плоских поверхностей заготовок колец подшипников, дисков, зубчатых колёс, корпусных и других деталей и заточке режущего инструмента получило плоское шлифование торцом круга. Однако повышение производительности этого вида шлифования ограничивается большой площадью контакта рабочей поверхности круга с обрабатываемой поверхностью заготовки, и, как следствие, высокой теплонапряжённосью процесса обработки.

Исследования и опытно-конструкторские работы, проведённые лабораторией абразивной обработки Ульяновского государственного технического университета (УлГТУ) и ОАО «Ди-митровградхиммаш», показали, что во многих случаях радикальным средством повышения технологической эффективности операций шлифования торцом круга являются композиционные шлифовальные круги (КШК), представляющие собой прерывистые шлифовальные круги (ПШК), конструктивные элементы (пазы, прорези или каналы) которых заполнены твёрдым смазочным материалом (ТСМ).

Однако внедрение КШК в действующее производство сдерживается двумя основными причинами: во-первых, повышенная на 15...20% их стоимостью по сравнению со стоимостью стандартных кругов такого же типоразмера и

€) Н. И. Веткасов, С. М. Михайлин, JI. И. Ефремов, В. А. Ледяйкин, 2008

характеристики; во-вторых, неоднозначным влиянием КШК на шероховатость шлифованной поверхности.

Задача снижения стоимости и повышения качества КШК на бакелитовой связке может быть решена за счет совершенствования технологий их изготовления, в частности, путём применения нагрева полуфабрикатов КШК под воздействием сверхвысокочастотного (СЙЧ) излучения. При этом снижение себестоимости КШК достигается за счёт резкого сокращения удельных энергозатрат и длительности операции термообработки, а повышение качества кругов обеспечивается за счёт более равномерного нагрева связки по объёму полуфабрикатов по сравнению с традиционной технологией термообработки в конвективных бакелизаторах [6]. .

V

Понятно, что вырезы на рабочей поверхности КШК уменьшают общее количество режущих зёрен, осуществляющих при шлифовании микрорезание. Непосредственно после правки круга условия работы абразивных зёрен (АЗ) при шлифовании КШК не отличаются от условий их работы при шлифовании стандартным кругом (СК), вследствии чего увеличение протяжённости вырезов и соответствующее уменьшение числа активных АЗ приводит к увеличению шероховатости шлифованной поверхности. В дальнейшем шероховатость поверхности заготовок при шлифовании КШК формируется при существенном влиянии на этот процесс ГСМ. изменяющего свое агрегатное состояние в зоне обработки: ТСМ благоприятно влияет на формирование шероховатости шлифуемых поверхности за счёт

изменения трибологич^ских процессов в зоне обработки и проявления гидродинамического действия.

Учитывая, что в настоящее время отсутствуют аналитические зависимости для расчета высотных параметров шероховатости при плоском шлифовании торцом КШК, нами была предпринята попытка получение аналитической зависимости для расчета высоты неровностей профиля по десяти точкам Я2 и среднего арифметического отклонения профиля шлифованной поверхности Ля для этого вида шлифования.

Аналитическую модель шероховатости разработали, исходя из условия, что фактическая глубина шлифования больше исходной шероховатости. Рабочую поверхность шлифовального круга представили в виде совокупности режущих абразивных зёрен, которые являются реализациями стационарного пуассоновского поля, имеющего в каждой единице объёма равное количество АЗ, расстояние между которыми при проведении расчётов принимали таким, чтобы обеспечить независимость действия двух соседних режущих зёрен.

В итоге получили зависимость для расчёта высоты неровностей профиля по десяти точкам Ка, при плоском шлифовании торцом КШК:

V 71

Я, =

Vrrcosyl

60- V. ■

\

/

0,5 - Ф

3-(l-е)-■ е/0-6-lJgK+6-ткг • рАЛ

\

(1-БК

С

az

Vcrcosyt

/

60-0,5 -Ф

3-0-£)-dQ-6-t,,K+6-тКР • рАЗ

\

Мч

/

(2)

4\\ + v)

\ Щ 'k

где 8 - относительное критическое значение глубины заделки зёрен в связке, в = 0,2...0,7 [3];

- объёмное содержание зерна в круге; к - коэффициент, значение которого зависит от материала обрабатываемой заготовки [1]; - средний размер зерна, мм, определяется по зависимостям А. В. Королева [2]; Л, - глубина резания по лимбу станка, мм; У1 - окружная скорость ¡-го АЗ, м/с; Уап - скорость движения стола, м/мин; Ах - коэффициент, учитывающий условия шлифования; V - отношение длин рабочих поверхностей смазочного элемента и режущего выступа

КШК; у, - угол между нормалью к касательной дуги контакта АА, в точке А; и направлением вектора скорости движения стола, град (рис. 1);

(3)

=0,5-0(2),

где Ф(х) - функция Лапласа, значение которой при заданном аргументе, можно найти в справочной литературе; рАЗ - радиус закругления

вершин зёрен, мм:

Раз « Р// + (Sw> ' Ns)( >

(4)

где р// - радиус закругления вершин зёрен до обработки, мм; £#/> - врезная подача, мм/дв.ход; А^ - количество двойных ходов стола; с - коэффициент пропорциональности; зависит от соотношения твёрдостей материала заготовки и АЗ;

Г, = orcîg

/

N

У2 + VCT

R, 60 • V ,

cos

\

arcs m

/ \\ У2

\

■

(S)

где у2 - текущее расстояние АЗ до оси X, мм; R¡ - радиус траектории движения ¡-го зерна, мм (рис. 1).

Для вычисления среднего арифметического отклонения профиля Яа воспользовались зависимостью, предложенной С. Г Бишутиным [4]:

Ra

R^ 6.5

(6)

Рис. I. Схема работы единичного A3 при плоском шлифовании торцом КШК: 1 - КШК;

2 - обрабатываемая заготовка

Расчёты, выполненные по приведённым выше зависимостям, показали, что увеличение врезной подачи Sur и количества двойных ходов стола Д\ приводит к росту значения Ra (рис. 2 и 3). Применение КШК позволяет уменьшить шероховатость в среднем на 20 %, по сравнению с использованием СК.

зона кщода А} и* контакта с заготовкой

0,4

M км

A

0,3

0,2

Ra

0,1

0

If

Штат

Ш

•Ч É

I

Ш

%%

щ

■ \

ш

Маркировать

^otr(y)

dspgsoTmaeM'j° поверхность

Рис. 4. Заготовка: материал - стали У8 и 40Х

Рис. 2. Зависимость среднего арифметического отклонения профиля шлифованных поверхностей Ко от врезной подачи и количества двойных ходов стола Л'у при плоском шлифовании торцом круга, изготовленным по конвективной технологии: материал заготовок сталь У8; - экспериментальные

значения Ra при шлифовании СК и КШК соответст-

- расчётные значения Ra при шлифо-

венно; щц,

вании СК и КШК соответственно; 1 - Sw> = 0,005 мм/дв.ход., Ns - 20; 2 - Sm> = 0,01 мм/дв.ход., Ns = 20; 3 - Sm> = 0,005 мм/дв.ход., Ns = 60; 4 - Sm> = 0,01 мм/дв.ход., Ns = 60

0,4

M км

А

0,3

0,2

Ra X1

О

N

m щ §Ш

S ща

Ш s /

ш

JWj .. ян

"S8&

ЙН р

\ к

1

Рис. 3. Зависимость среднего арифметического отклонения профиля шлифованных поверхностей Ra от врезной подачи и количества двойных ходов стола Л'у при плоском шлифовании торцом круга, изготовленным по конвективной технологии: материал заготовок сталь 40Х; условия см. в надписи к рис. 2

Экспериментальные исследования плоского шлифования заготовок из сталей У8 и 40Х (рис. 4) торцом композиционного и стандартного кругов на бакелитовой связке (1-250x25x76 25Л25НСМ15Б6) выполнили на экспериментальной установке, смонтированной на базе плоскошлифовального станка мод. ЗЕ711ВФ2.

Использовали KI1IK и СК, термообработан-ные по конвективной и СВЧ-технологиям. Окружная скорость шлифовального круга составляла 35 м/с, скорость стола - 15 м/мин. Врезной подачей S иг варьировали в пределах от 0,005 до 0,01 мм/дв.ход.

Использовали КШК и СК, термообработан-ные по конвективной и СВЧ-технологиям. Окружная скорость шлифовального круга составляла 35 м/с, скорость стола - 15 м/мин. Врезной подачей варьировали в пределах от 0,005 до 0,01 мм/дв.ход. Количество двойных ходов стола М; варьировали от 20 до 60. В качестве СОЖ применяли 0,5%-ный раствор кальцинированной соды, в качестве ТСМ - композицию из графита (70% по массе), пульвербакелита (29 %) и декстрина (1%).

Установлено, что применение КШК позволяет уменьшить значения Яа в среднем на 23% по сравнению с применением СК (рис. 5 и 6). Увеличение врезной подачи (Бш*) и количества двойных ходов стола (ДУ ведёт к увеличению значения Яа как при шлифовании СК, так и КШК (рис. 5 и 6). Использование КШК, полуфабрикаты которых термообработаны по СВЧ-технологии, позволяет снизить значения Яа поверхностей деталей до 10% по сравнению с КШК, изготовленными по конвекционной технологии. Результаты расчёта и экспериментальные значения Яа отличаются не более чем на 15% при обработке СК и 30% - КШК (рис. 2 и 3).

0,4

мкм

А

Ra

0,3 0,2 0,1

0

--г

щ

ш Ш

Ж

1

\ %

¡ш

S

■m

хС;:

m

Й* i'.', M

m

Bj

ш

i

ш; Щг

r-

йЯЗЭ

Ш m

ж

m

i

я

ГШ-

/ - ■ : •Ч.

ш

УЛгL #

m

ШЛ

Ш №

ш

щ

ш

ш:

1

3

4

Рис. 5. Экспериментальные значения Яа при плоском шлифовании торцом круга заготовок из стали У8:

ЛИ - СК и КШК, термообработанные в конвективном бакелизаторе; Д,[Д- СК и КШК, термообработанные по СВЧ-технологии; условия см. в надписи к

рис. 3

12 3 4

Рис. 6. Экспериментальные значения Яа при плоском шлифовании торцом круга заготовок из стали 40Х:

условия см. в надписи к рис. 5

Таким образом, можно констатировать, что предложенная математическая зависимость позволяет оценивать значения На при плоском шлифовании торцом СК и КШК с погрешностью, не превышающей 30 %. Применение КШК при плоском шлифовании торцом круга по сравнению с шлифованием СК позволяет снизить Яа до 23 %. Термообработка полуфабрикатов СК и КШК в СВЧ - поле оказывает благоприятное влияние на формирование шероховатости обрабатываемой поверхности при плоском шлифовании торцом круга по сравнению с термообработкой СК и КШК по конвективной технологии.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Николаенко, А. А. Моделирование и расчёт высокопроизводительных автоматических циклов плоского глубинного профильного шлифования для станков с ЧПУ: Дис. ... д-ра техн. наук: 05.02.08 / А. А. Николаенко. -Челябинск : Южно-Уральский гос. ун-т, 1998. -349 с.

2. Королёв, А. В. Теоретико-вероятностные основы абразивной обработки. Ч. 2. Взаимодей-

ствие инструмента и заготовки мри абразивной обработке / А. В. Королёв, Ю. К. Новосёлов. -Саратов : Сарат. гос. техн. ун-т, 1989. - 160 с.

3. Резников, А. Н. Теплофизика резания / А. Н. Резников. - М. : Машиностроение, 1979. -457 с.

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

5. Бронштейн, И. Н. Справочник по математике / И. Н. Бронштейн, К. А. Семендяев -М. : Наука, 1980.-976 с.

6. Михайлин, С. М. Работоспособность шлифовальных кругов на бакелитовой связке, изготовленных по СВЧ-технологии / С. М. Михайлин, Н. И. Веткасов, С. В. Жданов // Вестник УлГТУ. - 2005. - №2 (12). - С. 33-35.

ООООООООООООООООФОООО©

Веткасов Николаи Иванович, доктор технических наук, профессор кафедры «Технология машиностроения» УлГТУ\ работает над совершенствованием конструкции и технологии изготовления абразивных инструментов. Михашшн Сергей Михайловичу кандидат технических наук, профессор той лее кафедры. работает над совершенствованием конструкций и технологий изготовления абразивных инструментов.

Ефремов Леонид Игоревич, аспирант той же кафедры. Занимается вопросами повышения технологической эффективности плоского шлифования.

Ледяйкин Владимир Александрович, аспирант той же кафедры. Занимается вопросами совершенствования операций плоского шлифования.

-4