ВЛИЯНИЕ ФОРМЫ ШЛИФОВАЛЬНЫХ ЗЕРЕН ОБДИРОЧНЫХ КРУГОВ НА ТЕПЛОНАПРЯЖЕННОСТЬ ПРОЦЕССА ШЛИФОВАНИЯ Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

ТЕХНОЛОГИЯ

тических формул, которая показала следующее.

1. Процесс контакгирования конических поверхностей неустойчив: конусы не только деформируются в продольном и поперечном направлениях, но и интенсивно поворачиваются в любом случайном направлении.

2. С увеличением угла конуса погрешность закрепления уменьшается.

3. С увеличением диаметра центрового конического отверстия увеличиваются погрешность закрепления и устойчивость положения конусов.

4. Для диаметров центровых отверстий от с/ = 4,0 мм и больше (сУ - диаметр центрового отверстия формы А, ГОСТ 14034-74) при отношении условного предела текучести материала к номинальному контактному давлению большем 8,75(ат/рк > 8,75, рк - контактное давление в сопряжении) теоретические зависимости имеют относительную погрешность в пределах от -5 до 123 %.

5. Относительная погрешность теоретических формул по сравнению с экспериментальными данными уменьшается при уменьшении значений шероховатости, волнистости и макроотклонений поверхностей конического сопряжения, а также при снижении несоосности осей охватываемого и охватывающего конусов.

6. На устойчивость положения нагружаемого конического соединения существенно влияют параметры шероховатости, волнистости и отклонения формы поверхности.

Работа выполнялась в соответствии с грантом Президента Российской Федерации для государственной поддержки молодых российских ученых по теме «Определение и обеспечение оптимальных проектных параметров качества станочных приспособлений и их элементов» с финансированием Министерством образования и науки Российской Федерации (шифр МК-9356.2006.8).

ВЛИЯНИЕ ФОРМЫ ШЛИФОВАЛЬНЫХ ЗЕРЕН ОБДИРОЧНЫХ КРУГОВ НА ТЕОЛОНАПРЯЖЕННОСТЬ ПРОЦЕССА ШЛИФОВАНИЯ

А.Н. Короткое, профессору доктор техн. наук, КузГТУ Д.М. Дубинкин, начальник конструкторского бюро ОГТ ООО «Кемеровохиммаш», г. Кемерово

В настоящее время обдирочные шлифовальные круги на бакелитовой связке широко применяются во многих сферах машиностроения.

Процесс обдирочного шлифования (как, впрочем, и других видов шлифования), как известно, сопровождается большим выделением тепла [1]. Значительная часть этого тепла уходит в обрабатываемую деталь и это непосредственно сказывается на качестве обрабатываемой поверхности. Шлифуемая поверхность под действием высокой температуры приобретает цвета побежалости, шлифовочные прижоги, трещины, и происходит её поверхностная закалка.

В этом свете представляется полезным знать, какие факторы и в какой мере влияют или могут повлиять на те-плонапряженность процесса шлифования. К таким факторам относится, в частности, форма шлифовальных зерен, из которых изготавливаются шлифовальные круги. В обычных кругах форма зерен произвольно колеблется от изометрических до пластинчатых разновидностей. Можно, однако, изготовить шлифовальные круги с контролируемой формой зерен. Такие круги были изготовлены на кафедре металлорежущих станков и инструментов КузГТУ, и в их составе находились зерна только одинаковой узкоклассифицированной формы. Характеристика этих кругов имела вид

ПП 150x25x32 13А 63Н [Кф] 35 37 БУ,

где параметр [Кф] - это коэффициент формы зерен, количественно интерпретирующий разновидность той или иной формы зерен в данном круге в виде отношения диаметров описанных и вписанных окружностей относительно контура рассматриваемых зерен.

Коэффициент формы зерен в инструментах дискретно изменялся следующим образом: /Сф1 = 1,28 - круги из

14 № 1(34)2007

зерен изометрической формы; Кф2 = 1,52 - круги из зерен промежуточной формы; /Сф3 = 1,81 - круги из обычных зе-рен; Кф4 = 2,3 - круги из зерен игольчатой формы.

Экспериментальные круги (в количестве 24 штук) испытывались на операции обдирки сварных швов специальных заготовок. Заготовки представляли собой фрагменты из листовой стали с двухсторонним скосом кромок по ГОСТ 8713-79-С21, соединенные между собой автоматической сваркой под слоем флюса. Сварка образцов пэоизводилась согласно стандартному сбороч-но-сварочному технологическому процессу автоматической сварки с применением соответствующих режимов сварки и сварочных материалов.

Для лабораторных исследований была спроектирована и изготовлена экспериментальная установка (рис.1), базой для которой послужил универсально-заточной станок мод. ЗА04Д, 1. Обдирочный круг 2 устанавливался на шпинделе станка. Заготовка 3 прижималась к кругу посредством балансира, установленного на кривошипнс-шатунном механизме 7, который закреплялся на столе 4 станка. Рычаг балансира 5 прижимал заготовку к кругу с постоянной силой за счет действия груза б. Круг закрь-вался съемным защитным кожухом 8. Продукты резания собирались в бункере 9.

Для оденки теплонапряженности процесса обдирки сварных швов был разработан программно-измерительный комплекс (рис. 2). В нем в сквозное отверстие, просверленное в середине обрабатываемой заготовки, закладывалась хромель-копелевая термопара (диам.0,4 мм) на расстоянии (Ц, максимально близком (и во всех случаях одинаковом) к зоне шлифования. Сигнал с термопары 2 передавался через одноканаль-ный измеритель-регулятор ТРМ1А-Щ2-ТП-И 1 и частотно-амплитудный преобразователь сигналов 5 на ЭВМ б, где он обрабатывался по специально разработанной

ТЕХНОЛОГИЯ

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

программе [3]. Шлифование осуществлялось испытуемым обдирочным кругом 3, приводимым во вращение экспериментальной установкой 4, моделирующей работу оператора-шлифовщика в ручном режиме с ^етко заданными и контролируемыми параметрами по усилию прижатия инструмента к детали и по подаче.

п. V.

Рис. 1. Экспериментальная установка

А

Рис. 2. Программно-измерительный комплекс

В исследованиях использовался метод математического планирования эксперимента [4] с дублированием опытов не менее трех раз.

В результате исследований формировалась математическая модель, которая отражала статистическую закономерность между коэффициентом формы зерен, элементами режима обработки и температурой резания. Для проведении исследований создавался план экспериментов 24. В качестве варьируемых параметров использовались: /Сф - коэффициент формы зерен; Кр ~ окружная скорость круга, м/с; Б - подача, м/мин; Рнаг ~ прилагаемая нагрузка, Н.

Интервалы варьирования переменных выбирались с учетом реальных возможностей лабораторной установки и содержащихся в литературе рекомендаций: Кф= 1,22...2,3; 1/,р=30...50 м/с; 5=2,32...4 м/мин; Рнаг=37...71 Н.

В результате математической обработки экспериментальных измерений температур (Г, 'С) получены следующие частные расчетные эмпирические формулы:

- при обработке металла сварного шва стали 09~2С ГОСТ 1Э281-89

(1)

Т= 0,232Vk™-P*™ K*™ S02Q*,'С

- при обработке металла сварного шва стали СтЗсп ГОСТ 330-94

7=0,886 -\С2-РТ-К1Г*Г- , "С

(2)

- при обработке металла сварного шва стали 12X18-Н1 ОТ ГОСТ 5632-72

(3)

Г=1,149 С36 РГ<'3,4 5-0,й, 'С

Учитывая вероятностный характер процесса, точность полученных уравнений оценивалась путем: расчета доверительных интервалов по критерию Стьюдента. при уровне значимости а = 0,05; статистикой Фишера; значимостью коэффициентов моделей. Проверка показала, что математические модели зависимостей адекватны.

На рис. 3 представлен график зависимости температуры поверхности шлифуемых заготовок (Т, 'С) из разных сталей обдирочными кругами от коэффициента формы зерна (/Сф).

Т,

1.28 1,62 1.81

■ Сяармлй шпя OQr?C (229Н8)

■ Сварной шов СтЗ (250НВ)

□ Сварной шов 12Х18Н10Т (285HB)

Рис.3. Влияние коэффициента формы зерна (Кф) на температуру поверхности металла шва

Анализ полученных данных показывает, что при переходе от зерна игольчатой формы (Кф ~ 2,3) к зерну изометрической формы (Кф ~ 1,28) температура на поверхности детали возрастает в среднем на 15...20%, а по отношению к стандартному кругу (Кф « 1,81) на 9... 12%. Эта тенденция наблюдается для всех испытуемых марок сталей.

Таким образом, исследования показали что, наряду с параметрами режима обработки на теплонапряжен-ность процесса эбдирочного шлифования активно влияет фактор формы зерен, находящихся в круге. Так, используя зерна игольчатых и пластинчатых разновидностей (/Сф«2,3), можно (при прочих равных условиях) существенно снизить температуру шлифования. С другой стороны, применение зерен с изометрической формой (Кф~ 1,28) может значительно поднять уровень теплообразования.

Приведенные статистические зависимости позволяют также подобрать режимы обработки и усилие прижатия инструмента к детали, при которых температура шлифования будет находиться в требуемом диапазоне.

Список литературы

1. Маслов Е.Н Теория шлифования материалов. - М.: Машиностроение, 1S74. 319 с.

2. Дубинкин Д.М., Креков O.A., Кадралеев С.Ю., Коваленко В.А. Эксперимзнтальная установка для оценки работоспособности обдирочных шлифовальных кругов // Сборник лучших докладов студентов и аспирантов 51-й научно-практической конференции КузГТУ. - Кемерово, 2006. - С. 167-170.

3. Свидетельсгво об официальной регистрации программы для ЭВМ №2006614134. WaveAnalizator / Д.М. Дубинкин, A.A. Язьков - №2006613319; Заявлено 03.09.06.; Опубл. 01.12.06.

4. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. -М.: Наука, 1976.-279 с.

№ 1 (34)2007