Влияние количества и размеров радиальных прорезей торцовых композиционных шлифовальных кругов на их работоспособность Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

ния, и при не слишком высоких требованиях к геометрической точности поверхностей. К таким операциям можно отнести операции последовательного чернового и чистового шлифования заготовок деталей, точность которых соответствует 7-9 квалитетам и нормальной (уровню А по ГОСТ 14643-81) относительной геометрической точности. Наличие прерывистой рабочей абразивной поверхности на этапе чистового шлифования, выполняемого, как правило, с удалением существенного припуска (до 0,5 мм), позволяет обеспечить не только необходимую геометрическую точность деталей, но и благоприятные физико-механические характеристики их поверхностных слоев.

Для последовательного чистового и отделочного шлифования заготовок высококачественных деталей, точность размеров которых соответствует 5-7 квалитетам, точность формы и шероховатость - повышенной и высокой (уровни Б, В) относительной геометрической точности, при высоких требованиях к физико-механическим характеристикам поверхностных слоев предназначен круг, конструкция которого показана на рис. 2.

При шлифовании таким кругом КЗ абразивный слой 8 образует прерывистую рабочую^поверхность, что способствует снижению теплонапряжённо-сти процесса шлифования и формированию в поверхностных слоях благоприятных остаточных напряжений, макро- и микроструктуры. Непрерывность рабочей поверхности круга с МЗ абразивным слоем 9 на этапе отделочного шлифования позволяет уменьшить вибрации в технологической системе, улучшив тем самым микрогеометрию шлифованных поверхностей.

Таким образом, применение предлагаемых конструкций КШК позволяет на одной операции выполнить черновое и чистовое или чистовое и отделочное шлифование торцом круга за один установ заготовки. При этом режим шлифования ( в том числе врезная подача), зависящий от условий обработай (материала заготовки, жёсткости технологической системы, требований к точности геометрических и других параметров шлифованных деталей), может измениться в широком диапазоне, определяемом возможностями используемого станка, что особенно важно в условиях единичного и мелкосерийного производств.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

. ч \ 4 .ГПИЯ г 'Г'.и • •• ^ 1 ||Ш|

1. Худобин Л. В., Муслина Г. Р., Правиков Ю. М. Сравнительный анализ и направление совершенствования конструкций комбинированных шлифовальных кругов // Вестник УлГТУ. Серия «Машиностроение, строительство». 1999. №3. С. 48-53.

• ■

2. Крахин О. И., Кузнецов А. П., Косов М. Г. Материалы с термомеханической памятью в станкостроении. М.: ВНИИТЭМР, 1988. 54 с.

Муслина Галина Рафаиловна, кандидат технических наук, доцент кафедры «Технология машиностроения» УлГТУ, окончила Ульяновский политехнический институт. Работает в области теории и технологии абразивной обработки.

Правиков Юрий Михайлович, кандидат технических наук, доцент той же кафедры, окончил Ульяновский политехнический институт. Работает в области теории и практики шлифования,.

9

УДК 621.923.4.

Н. И. ВЕТКАСОВ, В. А. ЩЕПОЧКИН

ВЛИЯНИЕ КОЛИЧЕСТВА И РАЗМЕРОВ РАДИАЛЬНЫХ ПРОРЕЗЕЙ ТОРЦОВЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ ШЛИФОВАЛЬНЫХ КРУГОВ НА ИХ РАБОТОСПОСОБНОСТЬ

Приведены результаты исследования влияния геометрических параметров и количества радиальных прорезей торцовых композиционных шлифовальных кругов на теплонапря-жённость процесса шлифования и качество заточенных режущих инструментов.

В лаборатории абразивной обработки УлГТУ проведены испытания торцовых композиционных шлифовальных кругов (ТКШК) 11-125/92x45x32 92А25ПСМ16К6 (рис. 1) на операции шлифования заготовок из инструментальных материалов - сталей ХВГ, НЯС 54...56 и Р6М5, НЯС 63...65.

» , «. .« «-« ~ * * *

На плоскошлифовальном станке мод. ЗД710В -I шлифовали торцом круга всухую квадратные заготовки 12x12 мм со съёмом припуска 0,4 мм. Окружная (рабочая) скорость круга Ук = 21,9 м/с. За базу для сравнения принимали результаты шлифования таких же заготовок стандартным кругом (СК) такого же типоразмера и характеристики.

В качестве показателей эффективности торцового шлифования были приняты: средняя контактная температура Тк, К\ степень упрочнения (наклепа) поверхностного слоя (ПС) шлифованных заготовок //, равная отношению микротвердости поверхности после и до шлифования; среднее арифметическое отклонение профиля обработанной поверхности мкм.

Среднюю контактную температуру Тк измеряли с помощью полуискус-ственной термопары, сигнал от которой поступал через аналого- цифровой преобразователь на ПЭВМ.

Рис. 1. Торцовый композиционный шлифовальный круг (тип 11) [1]: 1 - прерывистый шлифовальный круг; 2 - ТСМ: графит - 70 % масс., пульвербакелит - 25 %, декстрин - 5 %

Рис. 2. Зависимость средней контактной температуры Тк от продольной 8пр, врезной йБр подач и материала шлифуемой заготовки при обработке СК: 1,2- материал заготовки

- сталь ХВГ;3, 4 - материал заготовки

- сталь Р6М5; 1,3- 8„р = 2 м/мин; 2» 4 - 8пр = 10 м/мин

Ммкротвёрдость поверхности измеряли на приборе ПМТ-3 при нагрузке на индентор прибора 2,0 Н, шероховатость шлифованной поверхно-сти - на профилометре мод. 236 завода «Калибр».

Для выявления влияния количества и размеров радиальных прорезей ТКШК на показатели процесса шлифования в процессе исследования реализовали полнофакториый эксперимент 24: варьировали продольной подачей в диапазоне от 2 до 10 м/мин, врезной подачей Звр - от 0,01 до 0,05 мм/дв.х, числом радиальных прорезей гп - от 3 до .8 и длиной прорези Ь"т (см. рис. 1) -от 7 до 18 мм.

Установлено, что изменение врезной и продольной подач одинаково влияет на характер изменения Тк и Яа при шлифовании как стандартным (рис. 2, 5), так и композиционным шлифовальным кругом (рис. 3, 6): Тк и Яа растут при увеличении врезной 5вр и продольной 8пр подач.

При шлифовании заготовок из стали ХВГ стандартным кругом средняя

•• •

контактная температура Тк на (5 - 31) % выше, чем при шлифовании ТКШК,

1300

К 1120 1030 940 850 760 670 580 490 400

\ % А

тг

3,

\

л \

ч2

1

0,01 0,02 0,03 М1%в.х0,05

'вр

при шлифовании заготовок из стали Р6М5 эта разница достигает 48 %.

Во всех случаях, при увеличении суммарной площади нережущей части торцовой поверхности ТКШК (за счет изменения г„ и Ьнтт), было отмечено снижение теплонапряжённости процесса шлифования, и как следствие -меньшие изменения микротвёрдости обработанных поверхностей.

Замечено, что изменение микротвёрдости ПС различно вдоль траектории движения абразивных зёрен по обрабатываемой поверхности.

А

Т„

1300

к 1120 1030 940 850 760 670 580 490 400

3

1

4

4

ч2

0,01 0,02 0,03 м%в_х0,05

Б,

»р

а

Тк

1300

к 1120 1030 940 850 760 670 580 490 400

3

• 1 V

•

Г4

2

0,01 0,02 0,03 м%5.х 0,05

&

'вр В

А

Т*

1300

к 1120 1030 940 850 760 670 580 490 400

3

1 N.

N

^4

0,01 0,02 0,03 М1%в.х0,05

'пр

1300

к 1120 1030 940 850 760 670

580

• -

490

400

• 3 _ \

1

>< к"

¡И

Ч4

-2

0,01 0,02 0,03 м%з.х 0,05

'пр

Рис. 3. Зависимость средней контактной температуры Тк при шлифовании ТКШК от продольной 5„/; и врезной Я^р подач, материала шлифуемой заготовки, числа 2„ и длины 1,Г" прорезей: а, б - материал заготовки - сталь ХВГ; в, г - материал заготовки - сталь Р6М5; а, в - Ь,Г" = 7 мм; б, г - Ьнт1п = 18 мм; 1,2 - Эпр = 2 м/мин; 3,4 - = 10 м/мин; 1,3 - 2„ = 3; 2,4-^ = 8

Падение микротвёрдости минимально в зоне входа абразивных зёрен в контакт с заготовкой и максимально в конце траектории. На рис. 4 представлены данные по влиянию исследуемых факторов на величину упрочнения г} ПС в зоне выхода абразивных зёрен из контакта с обрабатываемой поверхностью заготовки. Установлено, что превалирующее влияние на величину разупрочнения ПС при прочих равных условиях оказывает врезная подача, тогда как изменение продольной подачи практически не оказывает влияния на величину 77.

1,00 0,95 0,90 А 0,85 | 0,80 Л 0,75 0,70 0,65 0,60 0,55

0,50 0,01 0,02 0,03 м%в.х0,05 и,Эи 0,01 0,02 0,03*^^0,05

Рис. 4. Зависимость степени упрочнения поверхностного слоя обработанной поверхности от врезной Sep подачи, материала шлифуемой заготовки и числа прорезей Z„ ТКШК: а, б -материал заготовки соответственно сталь ХВГ и сталь Р6М5; 1,2- обработка СК; 3 - 5 -

обработка ТКШК; 2, 3 - L„mi" = 7 мм; 4, 5 - LHmi" = 18 мм; 2,4 - Zn = 3; 3, 5 - Z„ = 8

•

При шлифовании заготовок из стали ХВГ стандартным и композиционным кругами с Sap = 0,01 мм/дв.х микротвердость ПС не изменяется, в то время как при шлифовании СК с Sep = 0,05 мм/дв.х достигает значения 0,67. Уменьшение величины разупрочнения ПС обработанных заготовок было отмечено при шлифовании ТКШК с восемью прорезями: при Sep = 0,05 мм/дв.х величина rj составляла 0,90, что на 34 % меньше, чем при шлифовании СК.

При шлифовании заготовок из стали Р6М5 тем же ТКШК разупрочнение ПС заготовок ещё более существенно: при шлифовании СК г) равно 0,5, а при шлифовании ТКШК тj = 0,87.

Как видно из рис. 6, на величину Ra при шлифовании ТКШК, кроме S„p и Sep, оказывают влияние количество прорезей z„ и их длина LHmi".

/3 ,5

1 - 4

2^

• v

Ч 1 1 J

Л

i,uu 0,95 0,90 0,85 0,80 0,75 0,70 0,65 0,60 0,55

2 5

3

4 У

R0

3,00 мкм 2,50 2,25 2,00 1,75 1,50 1,25 1,00 0,75 0,50

3,00 мкм 2,50 2,25 2,00 1,75 1,50 1,25 1,00 0,75 0,50

3,00 мкм 2,50 2,25 2,00 1,75 1,50 1,25 1,00 0,75 0,50

0,01 0,02 0,03 мм^в х0,05

S,

3,00 мкм 2,50 2,25 2,00 1,75 1,50 1,25 1,00 0,75

1 0,02 0,03 М1%в.х 0,05 S.

Рис. 6. Зависимость среднего арифметического отклонения профиля Ra обработанной поверхности при шлифовании ТКШК от продольной S„p и врезной S„p подач, материала шлифуемой заготовки, числа Z„ и длины L,""" прорезей: а, б - материал заготовки - сталь ХВГ; и, г - материал заготовки - сталь Р6М5; а, в - L"'1" = 7 мм; б, г - L,""" = 18 мм; \,2-Stip = 2 м/мин; 3,4 - Snp = Ю м/мин; 1, 3 - Z„ = 3; 2, 4 - Z„ = 8

Рис. 5. Зависимость среднего арифметического отклонения профиля Ra обработанной поверхности от продольной Snp, врезной Sep подач и материала шлифуемой заготовки при обработке СК: 1,2-материал заготовки - сталь ХВГ; 3, 4 -материал заготовки - сталь Р6М5; 1,3-Snp = 2 м/мин; 2, 4 -S^ = 10 м/мин

Влияние длины прорезей ЬнтЫ на величину Ла зависит от количества радиальных прорезей ТКШК. Например, при шлифовании заготовок из стали ХВГ ТКШК с тремя прорезями увеличение Ьнтш с 7 до 18 мм приводит к росту на (9 - 15) %, заготовок из стали Р6М5 - на (2 - 27) %. При шлифовании ТКШК с восемью прорезями увеличение Ьнтш при шлифовании заготовок из стали ХВГ вызывает рост параметра Яа на (22 - 65) %, при шлифовании заготовок из стали Р6М5 - на (56 -111)%.

Такое влияние длины Ьятм и количества гп прорезей на величину связано с уменьшением общего количества абразивных зёрен на рабочей поверхности круга и увеличением глубины их внедрения в материал обрабатываемой заготовки, а также с ростом толщины слоя обрабатываемого металла, снимаемого режущими абразивными зёрнами, связанным с наличием периода времени, когда режущие выступы ТКШК не контактируют с обрабатываемой

поверхностью заготовки. Увеличение количества прорезей с 3 до 8 при их

• *

малой длине (Ьнтт = 7 мм) приводит к уменьшению, а при Ьн,п:п = 18 мм - к увеличению параметра Яа. Наименьшие значения параметра отмечены при шлифовании ТК£ЦК с восемью прорезями длиной 7 мм. Уменьшение параметра Яа при этом составило при шлифовании заготовок из стали ХВГ (4 - 54) %, а при шлифовахши заготовок из стали Р6М5 - (23 - 85) %. При этом верхние границы приведённых диапазонов значений соответствуют шлифованию с врезной подачей = 0,05 мм/дв.х.

Таким образом, на основании выполненных исследований можно еде-

,.'УС___ * *. •

лать вывод о том, что при проектировании ТКШК для операции заточки РИ прорези необходимо выполнять небольшой длины. Количество и длину прорезей необходимо подбирать так, чтобы отношение длины прорези к длине режущего выступа ТКШК находилось в пределах 0,25 - 0,35.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

«

1. Патент 2163535 1Ш, МКИ В24Б 7/10. Шлифовальный круг / Л. В. Худобин, Н. И. Веткасов, С. М. Михайлин, В. А. Щепочкин. Опубл. 21.06.01. Бюл. № 6.

Веткасов Николай Ивановичу кандидат технических наук\ доцент кафедры «Технология машиностроения» УлГТУ, окончил Ульяновский политехнический институт. Работает над совершенствованием технологии шлифования.

Щепочкин Владислав Александровичу аспирант той же кафедры, окончил УлГТУ. Работает над повышением эффективности операций шлифования.

УДК 621.9.048.6

Е. С. КИСЕЛЁВ, Д. Е. ПОДОПРИГОРОВ, Т. Г. КИРНАСОВ

АЛМАЗНОЕ ВЫГЛАЖИВАНИЕ СТАЛЬНЫХ ЗАГОТОВОК

С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭНЕРГИИ МОДУЛИРОВАННОГО УЗ-ПОЛЯ

»

Экспериментально подтверждена возможность формирования поверхностей деталей машин с регулярным микрорельефом алмазным выглаживанием с наложением на выгла-живатель модулированных по амплитуде и частоте ультразвуковых колебаний. Варьируя видом, формой, амплитудой и глубиной модуляции ультразвукового сигнала,можно изменять в широких пределах технологические показатели операции алмазного выглаживания.

Алмазное выглаживание с наложением ультразвуковых колебаний (УЗК) является одним из наиболее надёжных методов повышения эксплуатационных характеристик деталей машин. Наложение УЗК на алмазный выгла-живатель позволяет существенно повысить микротвёрдость, уменьшить высотные параметры шероховатости и создать благоприятные сжимающие остаточные напряжения в поверхностных слоях деталей при незначительных (до 200 Н) усилиях выглаживания. Последнее открывает возможности широкого использования алмазного выглаживания при обработке тонкостенных заготовок.

• г •

Известно, что увеличение амплитуды УЗК до (4 - 6) мкм способствует увеличению микротвёрдости и уменьшению высотных параметров шероховатости поверхности обрабатываемой заготовки [1]. При дальнейшем увеличении амплитуды наблюдается некоторое разупрочнение поверхностного слоя, проявляющееся в уменьшении микротвёрдости и увеличении высотных пара-метров шероховатости за счёт образования отслоений. Вместе с тем увеличение амплитуды колебаний свыше (4 - 6) мкм способствует увеличению сжимающих остаточных напряжений в поверхностном слое и глубины их залегания. В целях увеличения амплитуды УЗК без снижения упрочнения, сжимающих остаточных напряжений и глубины их залегания предложено применять УЗК, модулированные по амплитуде дополнительным синусоидальным сигналом [2].

Модулированные колебания - это колебания с относительно медленным изменением амплитуды, частоты или фазы таким образом, чтобы за период колебаний модулированный параметр изменялся незначительно.

При амплитудной модуляции синусоидальным сигналом уравнение, описывающее модулированное колебание, имеет вид:

X = А0 (1 + О вт ¿2 )зт {сот + <р),