Силовое взаимодействие контактирующих объектов при правке шлифовального круга Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 621.922.029

Е.С.КИСЕЛГВ

СИЛОВОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ КОНТАКТИРУЮЩИХ ОБЪЕКТОВ ПРИ ПРАВКЕ ШЛИФОВАЛЬНОГО КРУГА

Известно, что тля анализа тепловых процессов, сопровождающих операции механической обработки, необходимо располагать значениями касательной составляющей силы резания. Составляющие силы шлифования при существующем уровне знаний можно рассчитать с достаточной для практики точностью с учетом геометрии абразивных зерен, тептофизических свойств материала заготовки, функциональных свойств СОЖ параметров техники ее подачи и других факторов, о то же время для определение составляющих си-правки используют Jfflбo стохастические модели, достоверно описывающие лишь области проведения экспериментов, ли^о детерминированные модели, в которых не учитывается большинство функциональных свойств СОЖ и параметров техники ее подачи в зону обработки.

Использовав теорию ^ца для расчета удара тел, и с учетом исследований А.Н.Резникова и В.А.Сандлера [1] получена математическая зависимость для ртсчета силы правки круга единичным алмазом, учитывающая трение контактирующих при правке круга объекте»:: и свойства окружающе" среды

Рп = 0,138КП -(т^У,)1'5 .[Э* (1)

где К„ - коэффициент, зависящий от свойств материалов взаимодействующих объемов и радиусов их кривизны; Хущ - максимальная продолжительность удара, с; - рабочая (окружная) скооость круга, м/с; Гш ... Гр - коэффициенты, учитывающие трение и свойства окружающей среды при правке, г*1 ..., Р1 -показатели степени, определяемые экспериментально или теоретически; В -угол между направлением действия силы Рп и направлением скола.

Вестник УлГТУ 3/9

С целью использования зависимости (1) для оценки эффективности правки круга алмазом в оправе проведены модельные экспериментальные исследования резания-царапания абразивных черепков алмазным инденто-ром. В ходе экспериментов гарантировал! наличие после касания только од-ног о следа алмазного индентора на абразивном черепке возможность осуществления резания-царанания в среде СОЖ с наложением УЗК на алмазный индентор.

На шпиндель 5 шлифовального станка вместо круга устанавливали обойму с закрепленными на ней кронштейнами 4 (рис. 11 в которые вставляли державки 6 с абразивными зернами большого размера (абразивным черепком, рис. 2) и противовес. Алмазный индентор (см. рис. 1) закрепляли в полуоткрытом клиновом насадке 1, на который накладывали УЗК Нижняя часть насадка 1 с двумя пьезокерамическими преобразователями ЦТС-19 связана через подшипники качения и ось 10 с вилкой 11 Основание вилки 11 установлено в призме динамометра 12, закрепленного на столе станка.

В качестве образцов использовали слитки электрокорунда 92А, которые дробили и запаивали в деожавку из латуни ггоипоем 1ЮС40, после чего поверхность абразивного черепка полировали до достижения Ri = 125 мм (е« 180°) непосредственно на экспериментальной установке

Рис. 1 Схема экспериментальной установки для реза-ния-царапиния: 1 - к-шновой полуоткрытый насадок; 2 -алмазный индентор; 3 - обойма; 4 - кронштейн с противовесом 5 - пиши целы 6 - державка. 7 - еогы о для подачи СОЖ полином; 8 - шланг; 9 -стойка; 10 - ось; 11 - вилка; 12 - динамометр УДМ-100: 13-нить, 14 - плоская пружина

, _ snnVr ■ГуТ VjU/ll

г=0.1 г-0.8

к

СО

•®1

26

38

а)

У

б)

I

В)

Рис. 2. Образцы для исследований: а - державка с абразивным черепком; б, в - алмаз в оправе .

(см. рис. 2, а) алмазной пластиной и алмазным полировальным кругом в плоскости, перпендикулярной оси державки. В качестве правящего инструмента использовали алмаз в оправе (ГОСТ 229080-78Е, тип II, см. рис. 2, в) и специально изготовленный абразец по форме алмаза в оправе, режущим элементом которого яиттялся синтетический алмаз АС 32, запаянный в державку и заточенный на электроэрозионном алмазно-заточном станке (рис. 2, б). Радиус закругления алмаза при вершине индентора устанавливали как для алмазных карандашей типа «Славугач» (см. рис. 2, б) и СЗ (см. рис. 2, в).

При исследованиях варьировали составом СОЖ (5 %-кые водные СОЖ Аквол-15 и Укринол-1М) и радиусом закругления алмаза при вершине, на ин-дентор накладывали УЗК частотой 18,6 кГц и амплитудой 5 мкм. Расход СОЖ, подаваемой к зоне резания-царапания поливом, составлял (5-7) дм7мин. Элементы режима резания-царапания соответствовали элементам режима правки при предварительном шлифовании.

Как и ожидалось, наибольшие значения составляющих силы правки и коэффициента трения f зафиксированы при резании-царапании в воздушной среде (всухую). Подача СОЖ в зону контакта при резании-царапании приводит к уменьшению значений составляющих силы правки Р^ и Рул на (12 - 22) %, прячем в большей степени это наблюдается при увеличении радиуса вершины алмаза. Наложение УЗК на индентор приводит к уменьшению сил Р^ и Руп на (31 - 18) %. Меньшие значения зафиксированы при резании-царапании всухую.

Величину коэффициента трения Г для расчета максимальной силы удара, в соответствии с зависимостью (1), для рассматриваемого случая можно представить как

где fi и f2 - коэффициенты, учитывающие, соответственно, уменьшение трения вследствие действия УЗК и СОЖ.

На коэффициент трения при резании-царапании наиболее сильное влияние оказывают УЗК, накладываемые на индентор (fi уменьшается на (10 - 12) % вне зависимости от натичия жидкости4», и менее сильное - состав СОЖ уменьшается по сравнению с резанием-царапанием всухую на (6 - 8) %). При этом показатели степени тип изменяются в достаточно широких пределах: m = 0,92 - 1,12; п = 1,00 - 1,59.

При увеличении глубины резания с 0,01 до 0,018 мм силы резания-царапания уменьшились в среднем на (25 - 31) % (соответственно без наложения и с наложением УЗК), однако выполнить эксперименты в полном объеме не удалось, так как наблюдалось объемное оазрушение абразивных зерен (черепки раска,гывались).

Сила правки круга многокристальным правящим инсгрументом (алмазным роликом)

ffynji (3)

о о

где Пи, - числе алмазных зерен, находящихся на площади контакта крутя « алмазным роликом при правке.

Учтя положение А.К.Байкялова и И Л.Сукенника о постоянсгве площадей мгновенного контакта чисел алмазных зерен и удельных сил на алмазном зерне гтря правке круга алмазным роликом при \у(л-7* + VP) = Const [2f (VF -раОочая скорость алмазного ролика, м/с), получили

D

п„ =п„--*--—-Ьх. (4)

" V,±VP Dp -

где Пкр - общее число алмазных зерен на рабочем поверхностном слое правящего ролика DK и Dp - соответственно диаметр кр>ха и ролика, м, - длина дуги контакта в долях окружности ро.шка.

Дтя решения уравнении (3) необходимо учесть изменение радиуса округления вершины режущей icpoMicH алмазного зерна по: глубине алмазосодержащего слоя ролика. Учитывая, что этот слой поедставляет собой nvacco-новское поле, имеющее в каждой единице объема равное количество зерен [2], можно предположить, что в любом сечении круга сохраняется картина изоморфизма. Отсюда легко допустить, что радиус скруыения ьершин резку-щих кромок алмазов правящего инструмента не зависит от глубины ьиедре-1П1Я зерен к для всех контактирующих неизчошенных зерен его математическое ожидание составляет среднее значение радиуса М (l, t = = г. Г1ри этом дот я упруго и пластически деформированных зерен при правке невелика и ею можно при описании сил резания пренебречь.

СОЖ, кроме уменьшения трения в контакте абразивное зерно (связка круга) - алмаз, через гидродинамическую силу PL, воздействует на радиан»-ную cocí авляюшую силы правки В общем случаь

Pyn=TdPyn¡+P^, Pzn=nfdP^¡ W

о о

На основе теории гидтэодинамической смазки, а также исследований

В.В.Ефимова [3]

Ргуп=1,2(Ук±Ур)ц.

I 5* , . 1 * 12гс

* J _ ™ ti e

V

(6)

?Г • Р* э 1=1 Y Jwcp

где |i - динамический коэффициент вязкости СОЖ, Па - с; - коэффициент заполнения коьгактной зоны жидкостью; Н - высота круга, м; срэ = ho/ho пи« -соответственно минимальная и максимальная толщина слоя СОЖ в контактной гидродинамической зоне, м, Socp - срецняя толпщ! ia слоя сказки в контакте круг - алмазное зерно, м.

Аналитическим п> тем доказано, что гидродинамическую составляющею радг!альноЕ силы правки Р тЛ следует учитывать в расчетах лишь при

правке мелкозернистых кругов алмазным роликом. Неизбежный нагпев жидкости при прохождении зоны правки npi водит к уменьшению вероятности возникновения режима гидродинамической смазки

(д плг ;г>у- ДИТЕРАТУРЙ1 1 Резников А.Н., Сандлео В.А. Исследование условий разрушения зе-

ПАС ттттгтхг^/лъоггг ттг\г-/л Trwrro rmti rmODV^ // Рилпчггиаптттта ъжопгл-птмгттт 1QQI О

pvfl IXLilflV^/UULUliillUl W ivp J 1 U lipil lipuDlVV /I V^LI uvp^ijl V ITlU I wp riUJ IU1 Д у U 1 . J t

C. 43 - 47

2. Байкалов A.K . Сукеннкк И. Л. Алмазный правящий инструмент на г&гьъанической связке Киев: Наукова Думка, 1976. 204 с.

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

Киселев Евгений Степанович, доктор технических наук, профессор кафедры «Технология машиностроения» УлГТУ, окончил Ульяновский политехнический институт. Занимается исспедованиями в области ресурсосберегающих технологий абразивной обработки заготовок из различных маме-риилив

Вестник У.1ГТУ 3/90