Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Проблема обеспечения стабильности и повышения производительности процессов круглого бесцентрового шлифования 9
1.1. Технологические предпосылки повышения стабильности и качества обработки при бесцентровом шлифовании 9
1.2. Анализ возможных путей обеспечения стабильности и повышения производительности процессов бесцентрового шлифования 13
1.3. Выводы и постановка цели и задач исследования 21
Глава 2. Теоретическое исследование силовых и тепловых характеристик процесса бесцентрового круглого шлифования 24
2.1. Постановка и решение задачи о расчете сил резания на контакте при бесцентровом шлифовании. 25
2.2. Анализ влияния условий шлифования на изменение составляющих сил резания 37
2.3. Тепловые явления при круглом бесцентровом шлифовании. Теоретическое определение контактной температуры . 41
Выводы 49
Глава 3. Конструктивно- технологическое повышение эффективности процессов бесцентрового круглого шлифования путем стабилизации его функциональных характеристик 51
3.1. Принципы стабилизации функциональных характеристик процесса при последовательной многостадийной обработке 52
3.1.1. Стабилизация режущей способности абразивного инструмента во времени 52
3.1.2. Стабилизация силовых и температурных характеристик процесса бесцентрового круглого шлифования за счет применения сборного абразивного круга переменной характеристики 59
3.2. Алгоритм формирования сборного абразивного инструмента переменной характеристики при многостадийном бесцентровом круглом шли фовании 66
Выводы. 71
Глава 4. Теоретическое описание и расчет шероховатости поверхности при бесцентровом круглом шлифовании сборным абразивным инструментом .
4.1. Аналитическое описание шероховатости шлифованной поверхности при бесцентровом круглом шлифовании 73
4.2. Теоретический расчет шероховатости поверхности при бесцентровом шлифовании сборным абразивным инструментом переменной характеристики
Выводы 81
Глава 5. Технологические возможности и эффективность процесса бесцентрового круглого шлифования сборным абразивным инструментом
5.1. Методика проведения экспериментальных исследований
5.1.1. Оборудование и инструмент..
5.1.2. Исследуемые материалы и образцы .
5.1.3. Исследуемые факторы и условия проведения экспериментов
5.1.4. Частные методики проведения экспериментов
5.1.4.1. Методика измерения сил резания
5.1.4.2. Методика измерения температуры в зоне шлифования.
5.1.4.3. Исследование точности и геометрических показателей качества поверхностного слоя образцов после шлифования
5.1.5. Математическая обработка результатов экспериментальных исследовании
5.2. Технологические возможности процесса бесцентрового шлифования
сборным абразивным инструментом
5.2.1. Силовые и температурные характеристики процесса
5.2.2. Исследование формирования точности размера и геометрических показателей качества поверхности 106
5.3. Алгоритм выбора характеристик сборного абразивного инструмента при многостадийном бесцентровом шлифовнии. 124
5.3.1. Алгоритм выбора характеристик сборного абразивного инструмента 124
5.3.1.1. Алгоритм основного блока программы 124
5.3.1.2. Алгоритм подпрограммы нахождения коэффициента трения скольжения 132
5.3.1.3: Алгоритм подпрограммы нахождения коэффициента 132
5.3.1.4. Алгоритм подпрограммы нахождения силы резания Pz 132
5.3.1.5. Алгоритм подпрограммы нахождения силы резания Ру 133
5.3.1.6. Алгоритм подпрограммы нахождения коэффициента N 133
5.3.1.7. Алгоритм подпрограммы нахождения шероховатости Rz 133
5.3.1.8. Алгоритм подпрограммы нахождения шероховатости Ra 134
5.4. Технологическая эффективность реализации результатов исследований в производстве 135
Выводы 138
Заключение 140
Список использованных источников 143
Приложение. 153
- Анализ возможных путей обеспечения стабильности и повышения производительности процессов бесцентрового шлифования
- Тепловые явления при круглом бесцентровом шлифовании. Теоретическое определение контактной температуры
- Стабилизация силовых и температурных характеристик процесса бесцентрового круглого шлифования за счет применения сборного абразивного круга переменной характеристики
- Аналитическое описание шероховатости шлифованной поверхности при бесцентровом круглом шлифовании
Введение к работе
Развитие современной техники предъявляет постоянно возрастающие требования к надежности и долговечности машин, которые в значительной степени зависят от качества изготавливаемых деталей. Поэтому важной народнохозяйственной задачей является разработка и совершенствование технологических методов изготовления деталей, обеспечивающих высокое качество и производительность обработки. В первую очередь это относится к чистовым и отделочным методам обработки, в процессе которых окончательно формируется поверхностный слой деталей, определяющий их эксплуатационные свойства. Наиболее распространенным методом окончательной обработки точных и ответственных деталей является круглое бесцентровое шлифование.
Благодаря фундаментальным работам известных ученых А.К, Байкалова, Н.И. Богомолова, Г.В. Бокучава, Д.Б. Ваксера, Г.И. Грановского, П.Е. Дьяченко, Н.Н. Зорева, Г.М, Ипполитова, Г.Б.Лурье, Е. Н. Маслова, А. А. Маталина, В.Н.Муцянко, А.В. Поздея, С.Г. Редько, А.Н.Резникова, Ф.С. Юнусова, П.И. Ящерицина, С. Малкина, М. Шоу и других созданы научные основы процесса шлифования, изучены вопросы точности и качества поверхности деталей машин, разработаны технологические методы абразивной обработки, которые широко и успешно применяются в различных отраслях машиностроения.
Дальнейшее развитие теоретических основ процессов шлифованиях целью повышения их эффективности дано в работах отечественных и зарубежных ученых Д.Г, Евсеева, А.В. Королева, С.Н. Корчака, Т.Н. Лоладзе, Б.И. Никулкина, Ю.К. Новоселова, В.И. Островского, С.А. Попова, Э.В. Рыжова, Г,И. Саютина, А.Н. Сальникова, А.Г. Суслова, В.К. Старкова, С.С. Силина, В.А. Сипайлова, Л.Н. Филимонова, В.А. Хрулькова, Л.В. Худобина, В.А. Шапьнова, В.Д. Элья-нова, А.В. Якимова, С. Мацуи, К. Оно, К. Сато, Н. Цува и других. Этими работами и опытом предприятий убедительно показаны широкие возможности про-
цессов шлифования по обеспечению высокого качества деталей машин при производительной обработке.
Однако процессам бесцентрового шлифования присущи определенные недостатки, обусловленные непрерывным динамическим изменением условий взаимодействия инструмента с обрабатываемым материалом в зоне резания, которые в целом характеризуют нестабильность процесса обработки во времени. Это приводит к негативному изменению теплового и силового воздействия на инструмент, не рациональному использованию его ресурса и ухудшает качество поверхностного слоя обрабатываемых деталей. Интенсивность отмеченных явлений: зависит от условий обработки и в наибольшей степени проявляется при шлифовании деталей из труднообрабатываемых материалов. Особую актуальность динамическая нестабильность процессов шлифования приобретает в условиях автоматизированного производства.
Существующие способы формообразования поверхностей на операциях бесцентрового шлифования, оснащение, применяемое при их реализации, не предусматривают оптимизацию управления временной стабильностью характеристик процессов шлифования. Обеспечение заданного качества поверхностного слоя деталей при шлифовании в настоящее время для каждого конкретного случая решается опытным путем- подбором условий обработки, которые не всегда оказываются достаточно производительными и экономичными. Это не позволяет осознанно управлять процессами шлифования с целью обеспечения заданного качества обработки при наивысшей ее производительности, а также изыскать пути интенсификации процессов и расширения их технологических возможностей.
Дальнейшее развитие технологии шлифования, повышение качества и производительности обработки возможно лишь на базе теории, описывающей основные закономерности стабилизации процессов шлифования и их связи с формированием свойств поверхностного слоя деталей. Отмеченное выше явилось предпосылкой для постановки этой работы, основная цель которой- развитие теории процесса круглого бесцентрового шлифования, разработка конструктив-
7 но- технологических основ стабилизации процессов шлифования для обеспечения заданного качества и повышения производительности обработки.
На основе теоретических и экспериментальных исследований функциональных и выходных характеристик процесса круглого бесцентрового шлифования созданы математические модели шлифования, описывающие его наиболее существенные закономерности и являющиеся основой для временной стабилизации и управления характеристиками процесса. На базе этих моделей разработана методика и программное обеспечение выбора строения сборного абразивного инструмента переменной характеристики для реализации многостадийной высокопроизводительной обработки. Разработаны также новые способ и сборный абразивный инструмент для шлифования, расширяющие технологические возможности метода. Новизна этих разработок защищена патентом РФ.
Научная новизна работы заключается в следующем:
- Разработаны математические модели процесса круглого бесцентрового
шлифования для описания силовых и температурных характеристик процесса.
Аналитически описаны закономерности этих явлений и определены пути управ
ления ими на этапах проектирования и реализации процессов шлифования;
-Получено аналитическое выражение для расчета высоты профиля шероховатости поверхности Rz при круглом бесцентровом шлифовании;
- Предложено два принципа временной стабилизации характеристик процесса
многостадийного бесцентрового шлифования на одном станке:
Применение сборного абразивного инструмента переменной характеристики в осевом направлении, обеспечивающего стабильность силовых и температурных характеристик процесса;
Поддержание стабильности режущей способности абразивного инструмента за счет периодической правки рабочей поверхности;
- Разработан новый способ и конструкция сборного абразивного инструмента
для многостадийного бесцентрового шлифования, обеспечивающие временную
стабилизацию функциональных и выходных характеристик процесса шлифова
ния, повышение производительности обработки.
Практическая ценность работы заключается в следующем:
Разработана методика и прикладное программное обеспечение выбора характеристик сборного абразивного инструмента при многостадийном круглом бесцентровом шлифовании, обеспечивающего стабильность сил резания в зоне обработки и требуемую шероховатость шлифуемой поверхности;
Предложены типовые технологии высокопроизводительного круглого бесцентрового шлифования элементов автомобильных гидротолкателей, регламентирующие применение сборного абразивного инструмента переменной характеристики.
Исследования, результаты которых изложены в диссертации, проводились в рамках научно- исследовательских работ.
Основные положения диссертации докладывались в 2002- 2004 г.г. на международных, республиканских, межвузовских конференциях и семинарах. Основное содержание работы опубликовано в патенте РФ и 7 статьях.
Анализ возможных путей обеспечения стабильности и повышения производительности процессов бесцентрового шлифования
Развитие современной техники предъявляет постоянно возрастающие требования к надежности и долговечности машин, которые в значительной степени зависят от качества изготавливаемых деталей. Поэтому важной народнохозяйственной задачей является разработка и совершенствование технологических методов изготовления деталей, обеспечивающих высокое качество и производительность обработки. В первую очередь это относится к чистовым и отделочным методам обработки, в процессе которых окончательно формируется поверхностный слой деталей, определяющий их эксплуатационные свойства. Наиболее распространенным методом окончательной обработки точных и ответственных деталей является круглое бесцентровое шлифование.
Благодаря фундаментальным работам известных ученых А.К, Байкалова, Н.И. Богомолова, Г.В. Бокучава, Д.Б. Ваксера, Г.И. Грановского, П.Е. Дьяченко, Н.Н. Зорева, Г.М, Ипполитова, Г.Б.Лурье, Е. Н. Маслова, А. А. Маталина, В.Н.Муцянко, А.В. Поздея, С.Г. Редько, А.Н.Резникова, Ф.С. Юнусова, П.И. Ящерицина, С. Малкина, М. Шоу и других созданы научные основы процесса шлифования, изучены вопросы точности и качества поверхности деталей машин, разработаны технологические методы абразивной обработки, которые широко и успешно применяются в различных отраслях машиностроения.
Дальнейшее развитие теоретических основ процессов шлифованиях целью повышения их эффективности дано в работах отечественных и зарубежных ученых Д.Г, Евсеева, А.В. Королева, С.Н. Корчака, Т.Н. Лоладзе, Б.И. Никулкина, Ю.К. Новоселова, В.И. Островского, С.А. Попова, Э.В. Рыжова, Г,И. Саютина, А.Н. Сальникова, А.Г. Суслова, В.К. Старкова, С.С. Силина, В.А. Сипайлова, Л.Н. Филимонова, В.А. Хрулькова, Л.В. Худобина, В.А. Шапьнова, В.Д. Элья-нова, А.В. Якимова, С. Мацуи, К. Оно, К. Сато, Н. Цува и других. Этими работами и опытом предприятий убедительно показаны широкие возможности процессов шлифования по обеспечению высокого качества деталей машин при производительной обработке.
Однако процессам бесцентрового шлифования присущи определенные недостатки, обусловленные непрерывным динамическим изменением условий взаимодействия инструмента с обрабатываемым материалом в зоне резания, которые в целом характеризуют нестабильность процесса обработки во времени. Это приводит к негативному изменению теплового и силового воздействия на инструмент, не рациональному использованию его ресурса и ухудшает качество поверхностного слоя обрабатываемых деталей. Интенсивность отмеченных явлений: зависит от условий обработки и в наибольшей степени проявляется при шлифовании деталей из труднообрабатываемых материалов. Особую актуальность динамическая нестабильность процессов шлифования приобретает в условиях автоматизированного производства.
Существующие способы формообразования поверхностей на операциях бесцентрового шлифования, оснащение, применяемое при их реализации, не предусматривают оптимизацию управления временной стабильностью характеристик процессов шлифования. Обеспечение заданного качества поверхностного слоя деталей при шлифовании в настоящее время для каждого конкретного случая решается опытным путем- подбором условий обработки, которые не всегда оказываются достаточно производительными и экономичными. Это не позволяет осознанно управлять процессами шлифования с целью обеспечения заданного качества обработки при наивысшей ее производительности, а также изыскать пути интенсификации процессов и расширения их технологических возможностей.
Дальнейшее развитие технологии шлифования, повышение качества и производительности обработки возможно лишь на базе теории, описывающей основные закономерности стабилизации процессов шлифования и их связи с формированием свойств поверхностного слоя деталей. Отмеченное выше явилось предпосылкой для постановки этой работы, основная цель которой- развитие теории процесса круглого бесцентрового шлифования, разработка конструктив 7 но- технологических основ стабилизации процессов шлифования для обеспечения заданного качества и повышения производительности обработки.
На основе теоретических и экспериментальных исследований функциональных и выходных характеристик процесса круглого бесцентрового шлифования созданы математические модели шлифования, описывающие его наиболее существенные закономерности и являющиеся основой для временной стабилизации и управления характеристиками процесса. На базе этих моделей разработана методика и программное обеспечение выбора строения сборного абразивного инструмента переменной характеристики для реализации многостадийной высокопроизводительной обработки. Разработаны также новые способ и сборный абразивный инструмент для шлифования, расширяющие технологические возможности метода. Новизна этих разработок защищена патентом РФ.
Научная новизна работы заключается в следующем: - Разработаны математические модели процесса круглого бесцентрового шлифования для описания силовых и температурных характеристик процесса. Аналитически описаны закономерности этих явлений и определены пути управ ления ими на этапах проектирования и реализации процессов шлифования; -Получено аналитическое выражение для расчета высоты профиля шероховатости поверхности Rz при круглом бесцентровом шлифовании; - Предложено два принципа временной стабилизации характеристик процесса многостадийного бесцентрового шлифования на одном станке: - Применение сборного абразивного инструмента переменной характеристики в осевом направлении, обеспечивающего стабильность силовых и температурных характеристик процесса; - Поддержание стабильности режущей способности абразивного инструмента за счет периодической правки рабочей поверхности; - Разработан новый способ и конструкция сборного абразивного инструмента для многостадийного бесцентрового шлифования, обеспечивающие временную стабилизацию функциональных и выходных характеристик процесса шлифова ния, повышение производительности обработки. Практическая ценность работы заключается в следующем: - Разработана методика и прикладное программное обеспечение выбора характеристик сборного абразивного инструмента при многостадийном круглом бесцентровом шлифовании, обеспечивающего стабильность сил резания в зоне обработки и требуемую шероховатость шлифуемой поверхности; - Предложены типовые технологии высокопроизводительного круглого бесцентрового шлифования элементов автомобильных гидротолкателей, регламентирующие применение сборного абразивного инструмента переменной характеристики. Исследования, результаты которых изложены в диссертации, проводились в рамках научно- исследовательских работ. Основные положения диссертации докладывались в 2002- 2004 г.г. на международных, республиканских, межвузовских конференциях и семинарах. Основное содержание работы опубликовано в патенте РФ и 7 статьях.
Тепловые явления при круглом бесцентровом шлифовании. Теоретическое определение контактной температуры
Показатель степени будет определятся степенью понижения модифицированной твердости для различных обрабатываемых материалов через параметр V. Проведя качественный анализ, можно сделать вывод, что увеличение коэффициента теплопроводности X способствует пропорциональному уменьшению температуры зоны контакта инструмента и детали, и возрастанию силы резания, а увеличение коэффициента температуропроводности а уменьшает силу резания. Таким образом, при обработке материалов с большими значениями теплофизических характеристик, следует ожидать увеличение силы резания, причем это увеличение будет тем больше, чем больше коэффициент теплопроводности и меньше коэффициент температуропроводности.
Анализ выражения (2.17) показывает, что Pz прямопропорционально зависит от поперечной подачи S. Показатель при УА определяется только степенью спадания твердости материала при увеличении температуры и для более теплостойких материалов он выше. Показатель при / определяется степенью спадания твердости материала и геометрией рельефа режущих элементов поверхности круга. Показатель при Fk для случая Уь » Уд , Упр близок к минус единице. Однако Ук будет также влиять на значение у/, так как Ц =АУк)- И поэтому влияние Ук на Рг носит сложный характер ( показатель при Ук может быть как меньше единицы так и больше единицы ). Аналогичные закономерности при изменении режимов шлифования ( кроме Fk) имеют место и для силы Ру. Зависимость Ру от У корректируется множителем tg{ri+y), который на возрастающем участке функции tgrj =f{V ) приводит к более медленному спаданию Ру при возрастании Гк ( по сравнению с аналогичной зависимостью для Pz). На участке функции tgr\ =АУь) после максимума, Ру спадает при возрастании Ук быстрее, чем Pz,
Затрачиваемая в процессе шлифования на деформирование и срезание слоя материала работа почти полностью переходит в тепло, нагревающее деталь и инструмент. Нагрев тонких, поверхностных слоев детали влияет на качество обработанной поверхности, нагрев инструмента на его износ и стойкость. Поэтому возникает необходимость в теоретическом и экспериментальном изучении тепловых явлений при шлифовании, оценке значимости температурного фактора.
Тепловой процесс при шлифовании определяется множеством различных факторов, основным из которых являются интенсивность теплового потока, вводимого в поверхностный слой через площадку контакта круга и детали, определяющую размер теплового источника, теплофизические свойства круга и детали, условия теплообмена с окружающей средой и другие.
При круглом наружном бесцентровом шлифовании прогрев поверхностного слоя шлифуемой детали в зависимости от сочетания режимов шлифования происходит на небольшую глубину (порядка 1-4 мм) [84], Поэтому большинство шлифуемых деталей можно считать полубесконечными телами (теплопроводящее полупространство) и задавать условия только на одной границе шлифуемой поверхности [57]. Опыт показывает, что при шлифовании без охлаждения теплообменом с воздухом можно пренебречь и считать поверхность полупространства не обменивающейся теплом с окружающей средой (адиабатической).
При бесцентровом шлифовании зона контакта абразивного круга с деталью представляет собой прямоугольник, длина которого равна длине детали, а ширина определяется глубиной шлифования и диаметрами круга и детали. Причем ширина обычно на порядок меньше, чем длина. В этом случае зону контакта целесообразно моделировать в виде бесконечно длинной полосы, через которую в обрабатываемую деталь поступает тепловой поток с равнораспределенной плотностью [63,64]. В этом случае на шлифуемой поверхности могут быть заданы граничные условия второго рода: постоянный тепловой поток в зоне контакта и нулевой тепловой поток вне зоны контакта. В соответствии с принятыми допущениями процесс бесцентрового шлифования при постановке тепловой задачи можно схематизировать следующим образом (рис 2,11). По полупространству, теплофизические характеристики которого Л, а со скоростью Кд в положительном направлении оси Z движется бесконечно длинный полосовой источник тепла шириной 2/г, плотность теплового потока которого равномерно распределена по поверхности контакта.
Стабилизация силовых и температурных характеристик процесса бесцентрового круглого шлифования за счет применения сборного абразивного круга переменной характеристики
Величина износа на начальном этапе также зависит от твердости шлифовального круга и прочности связки. Чем прочнее зерно удерживается в шлифовальном круге, тем износ на начальном этапе меньше.
На первом этапе происходит интенсивное истирание вершин абразивных зерен и резкий переход от начального этапа износа круга к затуплению, причем уменьшается интенсивность износа по мере увеличения длительности шлифования. Анализ приведенных кривых характеризует потерю режущей способности абразивного инструмента, что часто наблюдается, по утверждениям Т. Н. Лоладзе и Г. В. Бокучавы, при шлифовании труднообрабатываемых сталей и сплавов из - за наличия абразивного и диффузионного вида износа [31,32],
При работе шлифовального круга в режиме затупления основная часть зерен истирает свои вершины с образованием площадок износа. Величина площадок износа во многом зависит от сопротивляемости абразивного инструмента разрушению. Оптимальная нагрузка на одно абразивное зерно находится в пределах 0,5... 1 кГс, после чего наступает объемное разрушение зерна [36]. Для образования площадок износа критические нагрузки на абразивные зерна должны быть менее 0,5 кГс [33]. Кроме прочности зерна на величину площадок износа влияет твердость и связка шлифовального круга. Более прочной связкой является керамическая, менее- бакелитовая и вулканитовая; прочность соединения возрастает с увеличением твердости круга [35]. Чем выше твердость круга, тем больше допускается площадок износа и тем больше механическое истирание абразивных материалов [17]. С увеличением количества режущих зерен по мере износа круга будет снижаться интенсивность истирания их вершин. Интенсивность истирания возрастает при ухудшении обрабатываемости материала, а также при увеличении коэффициента трения между зерном и металлом.
Если условия шлифования способствуют работе шлифовального круга в режиме самозатачивания, то по мере затупления вершин абразивных зерен, увеличения нагрузки, часть зерен начинает скалываться и разрушаться. Наступает переходный период между затуплением и самозатачиванием - режим частичного самозатачивания. Самозатачивание характеризует работу абразивного инструмента, у которого основная часть зерен подвергается скалыванию и объемному разрушению, и постоянно обновляются его режущие кромки. Разрушению абразивных зерен способствуют три фактора: тепловое воздействие, динамические нагрузки и превышение критических нагрузок [35].
Последующий этап аварийного износа абразивного инструмента является разновидностью режима самозатачивания, с той лишь разницей, что в данном случае наблюдается более высокий износ абразивного круга из - за вырывания отдельных зерен из связки и даже блока зерен со связкой.
Соотношение между внешней силой, возникающей в процессе шлифования, и износом инструмента показано на рис. 3.3. Сила резания в процессе шлифования постепенно нарастает, и вместе с ней постоянно увеличивается износ, но когда сопротивление резанию становится достаточно большим и внешние силы, действующие на зерна абразива, сравняются с прочностью закрепления зерен в связке , начинается резкое увеличение износа. В процессе износа с выкрашиванием абразива происходит самозатачивание круга, в результате чего сопротивление резанию уменьшается. Таким образом, в момент наступления аварийного износа силы резания имеют максимальное значение.
Колебания, возникающие при шлифовании, влияют на точность и качество обрабатываемой поверхности, стойкость абразивного инструмента. Кинематические вибрации возникают в процессе шлифования при образовании волнистости на периферии рабочей поверхности круга. Это дестабилизирует процессы абразивного шлифования [8].
Этапы начального и установившегося износа рабочей поверхности шлифовальных кругов всегда присутствуют, а их суммарная продолжительность по времени зависит от интенсивности съема материала и характеристики абразивного инструмента. В течение этапа установившегося износа в режиме частичного самозатачивания поддерживается временная стабильность режущих свойств абразивного инструмента. При выполнении любых операций шлифования следует ограничиваться этим временным отрезком, после которого нужно производить правку круга для восстановления его режущих свойств. Причем, чем меньше временной отрезок работы инструмента в режиме установившегося износа, тем меньше изменение рассеяния функциональных и выходных характеристик процесса шлифования и, соответственно, более стабильные режущие свойства инструмента.
Рч,Рг,Н Анализ большого экспериментального материала, полученного различными исследователями [23,30,33,35,38,42,92] по износу абразивных инструментов различных характеристик во времени, которые используются при выполнении предварительной, чистовой и отделочной стадиях шлифования деталей из легированных сталей цементируемого класса, позволил установить, что целесообразней с позиций поддержания стабильности режущих свойств инструментов производить их периодическую правку через 30..,40 секунд непрерывного шлифования. Это позволит сохранять временную стабильность режущих свойств абразивного инструмента. На бесцентровых круглошлифовальных станках, работающих в автоматическом цикле, эта рекомендация технически может быть легко реализована.
Рассмотрим это направление стабилизации функциональных характеристик процесса бесцентрового наружного шлифования при шлифовании одного из элементов автомобильного гидротолкателя на бесцентровом шлифовальном станке- автомате с ЧПУ модели МС131/110-Wz-l.
Объектом шлифования на этом станке является корпус компенсатора гидротолкателя, к точности размера и формы, шероховатости наружной цилиндрической поверхности которого предъявляются высокие требования (014-о,ооб /О/[0,002], Ra0,32), Деталь изготовляется из стали 12ХНЗА, нитроце-ментируется до НК.СЭ 56 С последующей обработкой холодом при температуре минус (60...70)СС в течение двух часов. Деталь является тонкостенной (толщина стенки» 1,5 мм при наружном диаметре 14 мм), и поэтому неправильный выбор параметров режима шлифования и характеристики абразивного инструмента может привести к превышению критических температур (теплостойкость стали 12ХНЗА 150...200С) в зоне резания, возникновению прижогов и больших остаточных внутренних напряжений по контуру детали, что может стать причиной не обеспечения требуемой точности размера и формы нужного диаметра. При выполнении операции с наружной поверхности детали снимается припуск 2Z=0,063±0,013 мм.
Аналитическое описание шероховатости шлифованной поверхности при бесцентровом круглом шлифовании
Изучение точности и качества обработанной поверхности имеет большое, а в некоторых случаях решающее, значение в определении долговечности и надежности изделий, ив значительной степени позволяет оценить характер процессов, происходящих в зоне резания. Объектом шлифования в данной работе являлся корпус компенсатора гидротолкателя, к точности размера и формы наружной цилиндрической поверхности которого, а также шероховатости поверхности, предъявляются высокие требования (014.0,006»/О/ 0,002, Ra 0,32). Поэтому нами исследовались наиболее важные достигаемые параметры качества шлифованной поверхности сборным абразивным инструментом переменной характеристики: точность наружного диаметра, отклонение от цилиндричности наружного диаметра, шероховатость шлифованной поверхности. Отмеченные параметры контролировались аттестованными стандартными средствами измерений.
Точность наружного диаметра измерялась с помощью микрометра рычажного индикаторного с ценой деления 0,001 мм. Отклонения от цилиндричности замерялось микрокатором модели 0ШГП с ценой деления 0,0001 мм. Шероховатость поверхности измерялась по общепринятой методике на профилометрах «ВЭИ-Калибр» моделей 240 и 253.
Специфичность операций наружного бесцентрового шлифования, многообразие факторов, влияющих на их выходные характеристики, предопределяют в каждом конкретном случае наблюдать интегральный эффект их действия на исследуемые величины. Чтобы определить основные факторы, влияющие на исследуемую величину, необходимо повторить эксперимент много раз. Многократное повторение позволяет получить соответствующие суммарные статистические характеристики, которые дают существенную информацию об изучаемом явлении.
Результаты пассивного эксперимента по исследованию силовых и температурных характеристик процесса бесцентрового шлифования, точности, неци-линдричности и шероховатости шлифованной поверхности обрабатывались с использованием методов математической статистики [10,97]. При этом рассматривались следующие статистические характеристики:
Таким образом, результаты обработки экспериментальных данных в соответствии с требованиями ГОСТ 8,011-72 [10] содержат: значение измеряемой величины, доверительный интервал и вероятность, с которой данная величина находится в заданных пределах. При математической обработке экспериментальных данных использовались персональные ЭВМ.
При проведении экспериментального исследования сил и температур преследовалась цель проверки и подтверждения полученных теоретических результатов расчета сил и температур при шлифовании корпуса компенсатора гидротолкателя сборным абразивным инструментом.
Результаты экспериментального определения тангенциальной составляю щей силы резания Рг и среднеконтактной температуры в в зоне шлифования при шлифовании 50 образцов на каждом из участков сборного абразивного инструмента, а также их статистическая обработка, приведены в таблице 5.1.
Результаты статистической обработки измерения сил и температур позволили установить, что ошибки АХ определения средних значений сил и температур с доверительной вероятностью 0,95 по критерию Стьюдента (при числе степеней свободы /= 49, кр. =2,01 [9]) составляют: при определении средних значений силы Рг - на первом участке сборного круга дХ=±0,46Н, на втором и последующих участках сборного круга значение АХ не превышает ±0,2Н при точности метода определения & не превышает 0,03; при определении средних значений температуры.&- на первом участке сборного круга дХ=±3,3С, на втором и последующих участках сборного круга значение АХ не превышает ±1,7С при точности метода определения #, не превышающем 0,06. Малые значения коэффициентов вариации В характеризуют большую стабильность определения средних значений сил и температур при выбранном размере обрабатываемой партии из 50 образцов.
Изменение средних значений сил и температур при прохождении деталей в зоне обработки сборным абразивным инструментом, полученных экспериментально, представлено на рисунках 5.5, 5.6. Анализ экспериментальных данных по силам резания (рис. 5.5) и среднеконтактным температурам (рис. 5.6) свидетельствует о том, что подобранные характеристики сборного абразивного инструмента при прохождении деталей в зоне шлифования, начиная со второго участка рабочей поверхности круга и далее, обеспечивают стабильность силовых и температурных характеристик процесса шлифования. Максимальное значение среднеконтактной температуры не превышает предела теплостойкости стали 12ХНЗА, сохраняя неизменным физико-механическое состояние поверхностного слоя шлифуемых деталей.
