Силовое взаимодействие абразивного бруска с рабочей поверхностью эльборового круга Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 621.923

А. Н. У НЯНИН, С. А. ТАРКАЕВ

СИЛОВОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ АБРАЗИВНОГО БРУСКА С РАБОЧЕЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ ЭЛЬБОРОВОГО КРУГА

Получена и экспериментально подтверждена математическая зависимость, позволяющая рассчитать ату прижима абразивного бруска к рабочей поверхности элъборового круга. Приведены результаты численного моделирования с использованием полученной зависимости.

Ключевые слова: очистка, абразивный брусок, шлифовальный круг, зерно, налип .

Исследованиями установлено, что эффективным методом предотвращения засаливания шлифовального круга (ШК) является механическое воздействие на его рабочую поверхность абразивным бруском []]. Для эффективного удаления налипов с абразивных зёрен (АЗ) ШК важно знать значение силы прижима бруска к рабочей поверхности круга. Однако известные математические модели [1] позволяют оптимизировать параметры и режимы очистки лишь кругов из электрокорунда и карбида кремния.

Целью исследований, представленных в настоящей статье, является определение силы прижима бруска к рабочей поверхности эльбо-рового ШК, обеспечивающей эффективное удаление налипов с АЗ круга.

Схематизируя взаимодействующие при очистке объекты, АЗ бруска и круга представили соответственно в виде усечённого конуса [1] и эллипсоида вращения [2] с площадками затупления (рис. 1). Полагали, что процесс диспергирования зёрнами бруска материала налипа принципиально не отличается от процесса диспергирования материала заготовки в процессе шлифования.

При определении силы прижима абразивного бруска к рабочей поверхности ШК ориентировались на радиальную составляющую силы диспергирования налипов на АЗ круга:

Р = РР1 + РР2 >

(О

где Рр| и Рр2 - силы, обусловленные соответственно диспергированием налипов и трением режущих АЗ бруска о налипы и об АЗ круга, Н.

При этом не учитывали составляющие силы, обусловленные пластическим деформированием налипов и трением давящих зёрен бруска о налипы и об АЗ круга, поскольку их значения весьма малы [1].

А. Н. У нянин, С. А. Таркаев, 2009

к

1

г

4

..- — к.

• а

I ^ • м >

I— • - — I. к — — •

у_.

I

К

1

Н

Рис. 1. Схема взаимодействия абразивного

бруска и ШК: I - ШК; 2 - АЗ круга; 3 - абразивный брусок; 4 - налип; 5 - условная наружная поверхность

связки ШК

Рр\ = Ф? ' ^ ' Ку ' К'з >

(2)

где - напряжение сдвига при микрорезании налипов, Па; Ги - площадь налипов металла на

АЗ круга, удаляемых всеми режущими зёрнами бруска в плоскости, проходящей через ось ШК,

2 ^ С05(В + Ш..)

" --:—— - коэффициент [3]; в -

м2; Ку =

эт в • эт

угол сдвига при диспергировании налипаг град.;

- угол внутреннего трения в плоскости сдвига, град.; К'3 - коэффициент, равный отношению

размера налипа к размеру площадки затупления на АЗ круга,

Зависимость, полученная для расчёта параметра , имеет следующий вид:

где Н - высота круга, м; ан - высота налипа, м;

Л

- количество работающих зёрен на 1 мм" рабочей поверхности эльборового круга; у - размер площадки затупления на АЗ крута, м:

у = (1л 11 — АЬ

-2

/

\

--А

п

\

и

/

(4)

где а} Ь - размеры осей эллипса, описанного около граней АЗ круга, м; Иц - линейный износ

АЗ круга, м.

Для определения 2р использовали зависимость [2]:

z,=

0,167(3* VK I ÜJ

crjüi dZJÜeVOOOV/

(5)

где в - коэффициент, учитывающий поправку

на несимметричное расположение кривой распределения вылетов вершин АЗ в рабочем слое круга; б - коэффициент формы АЗ круга; г - половина средневероятного значения угла

режущей вершины АЗ круга, град.; К - концентрация АЗ в круге, %; ¿/0 - средневероятный

размер АЗ круга, м; е - относительная критическая глубина заделки АЗ; щ - средняя удельная производительность процесса шлифования, мм/с; Ук - рабочая скорость ШК, м/с.

РР2 =

4

рн

рХ

12м

(6)

где 2рн - число режущих зёрен бруска, контактирующих с налипами на АЗ круга; 6Й - размер площадки затупления зёрен бруска, м; мл. - коэффициент внутреннего трения в плоскости сдвига при диспергировании налипа [3].

Зависимость для расчёта грн представили в

следующем виде:

h...+а -а

ни

Д/Vf

\

ом

(7)

где -Яи - высота бруска, м: ски, в - коэффициенты, характеризующие закон распределения вершин зёрен бруска; 2Ш - число зёрен на еди-

нице поверхности бруска, 1/м [1]; /гии - средний износ зёрен бруска, м; ¿г|фн - критическая

глубина микрорезания налипов, м [11; с!т -

средневероятный размер АЗ бруска, м.

Экспериментальные исследования, в ходе которых варьировали силой прижима бруска к ра-

бочей поверхности эльборового LLÍK, показали, что минимальная силовая напряжённость шлифования зафиксирована при силе прижима бруска, равной 1,5 Н (рис. 2). Среднее значение силы прижима, полученное расчётом, составляет для данных условий 1,71 Н, что на 14 % больше значения этой силы, полученного экспериментальным путём.

Расчёт силы прижима выполняли при очистке эльборового ШК марки JIO средней степени твёрдости на органической связке (Б1) бруском из электрокорунда зернистости М10 с 50 %-м содержанием АЗ в объёме связки. В качестве материалов образцов использовали стали 40Х, ЗХЗМЗФ, 12Х18Н10Т и сплав ВТ22, относящиеся к различным группам обрабатываемости шлифованием и обладающие высокими пластическими свойствами. При этом варьировали зернистостью ШК, элементами режима шлифования, износом зерна круга и коэффициентом К'3.

Ру..

F'

90 Н

80

70 -

60

50

40 +-

?

Рис. 2. Влияние силы прижима Р абразивного бру-

) и Рг (щ ) при шлифовании

ска на силы Р

У

кругом ЛО 125/100 СТ1Б1 образца

из сплава ВТ22:

1,2, 3,4, 5 - Р = 0,5, 1, 1,5,2,2,5 Н; Ук = 35 м/с; врезная подача =0,01 мм/дв. ход; скорость заготовки У^ = 8 м/мин; продолжительность очистки Т0 = 2 с

Результаты расчёта показали, что сила прижима Р абразивного бруска к рабочей поверхности ШК изменяется пропорционально значению %. С увеличением наработки ШК растёт

площадь площадок затупления на АЗ круга и соответственно площадь налипов которые

необходимо удалить, увеличивая при этом силу прижима Р, причём Р больше при очистке круга меньшей зернистости. Последнее объясняется тем, что у такого круга количество вершин зёрен

с налипами на одинаковом уровне от наиболее выступающего зерна больше, чем у крупнозернистого.

В результате расчёта сил, действующих на отдельные АЗ круга и бруска в процессе очистки, выявлено, что если прижимать брусок к рабочей поверхности ШК с силой, достаточной для удаления налипов или незначительно её превышающей, то интенсивность изнашивания круга и бруска резко уменьшается.

Таким образом, расхождение между расчётным и экспериментальным значениями силы прижима бруска к рабочей поверхности круга не превышает 15%, что даёт основание использовать предложенную зависимость для расчёта этой силы. Численным моделированием выявлена зависимость силы прижима бруска к рабочей поверхности круга от условий и режима шлифования.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИМ СПИСОК

1. Худобин, Л. В. Минимизация засаливания шлифовальных кругов / Л. В. Худобин, А. И. Унянин; под ред. Л. В. Худобина. - Ульяновск : УлГТУ, 2007. - 298 с,

2. Абразивная и алмазная обработка материалов: справочник / под ред. А. Н. Резникова. -М. : Машиностроение, 1977. — 391 с.

3. Ефимов, В. В. Модель процесса шлифования с применением СОЖ / В. В. Ефимов. - Саратов : Изд-во Сарат. ун-та, 1992. - 132 с.

Уняпип Александр Николаевич, доктор технических наук, про (рессор кафедры «Технология машиностроения» УлГТУ. Исследует процессы абразивной обработки заготовок из труднообрабатываемых материалов. Таркаев Сергей Александровичу магистрант кафедры «Технология машиностроения» УлГТУ.