Содержание к диссертации
Введение
1. Современное состояние вопроса, цель и задачи исследования
1.1. Влияние точности формы сложнопрофильных деталей на их эксплуатационные показатели и трудоемкость изготовления
1.2. Исследование влияния процесса врезного шлифования сплошными и прерывистыми кругами на точность и качество обработки сложнопрофильных поверхностей
1.3. Современное состояние вопроса теоретического анализа процесса микрорезания при круглом шлифовании
1.4. Влияние режимов шлифования на износ абразивного инструмента и точность обрабатываемых поверхностей
1.5. Выводы, цель и задачи исследования 41
2. Теоретический анализ процесса микрорезания сплошными и прерывистыми кругами при круглом врезном шлифовании
2.1. Взаимосвязь процесса микрорезания и технологических путей повышения точности формы сложнопрофильных деталей
2.2. Модель процесса микрорезания при круглом врезном шлифовании прерывистыми кругами
2.3. Кинематический анализ процесса наружного встречного шлифования
2.4. Кинематический анализ процесса наружного попутного шлифования
2.5. Кинематический анализ процесса внутреннего встречного шлифования
2.6. Кинематический анализ процесса внутреннего попутного шлифования
2.7. Теоретическое исследование процесса микрорезания при круглом врезном шлифовании кругами со сплошной и прерывистой рабочей поверхностью
2.8. Выводы 71
3. Оптимизация условий взаимодействия поверхностей абразивного инструмента и заготовки при врезном шлифовании сложнопрофильных поверхностей
3.1. Методика проектирования прерывистых кругов для врезного шлифования сложнопрофильных поверхностей
3.2. Оптимизация режимов обработки при круглом врезном шлифовании прерывистыми кругами
3.3. Выводы 87
4. Экспериментальные исследования процесса врезного шлифования сложнопрофильных поверхностей
4.1. Выбор объекта исследований 89
4.2. Разработка конструкции прерывистого круга для шлифования колец роликовых подшипников
4.3. Исследование влияния нового способа шлифования на точность формы ступенчатых деталей
4.4. Исследование стойкостной наработки нового абразивного инструмента
4.5. Исследование удельной производительности нового абразивного инструмента
4.6. Выводы 119
5. Разработка и внедрение в производство новой технологии шлифования ступенчатых деталей
5.1.Опытно-промышленная проверка и внедрение результатов исследований в производство
5.2. Стендовые испытания подшипников 123
5.3. Технико-экономическая эффективность от внедрения 128
результатов исследований в производственных условиях
5.4. Выводы 131
Общие выводы по работе 133
Библиографический список 135
- Исследование влияния процесса врезного шлифования сплошными и прерывистыми кругами на точность и качество обработки сложнопрофильных поверхностей
- Кинематический анализ процесса наружного попутного шлифования
- Оптимизация режимов обработки при круглом врезном шлифовании прерывистыми кругами
- Исследование стойкостной наработки нового абразивного инструмента
Введение к работе
Актуальность работы. Детали с высокоточными сложнопрофильными поверхностями широко применяются в различных узлах и механизмах современных машин и приборов. Точность изготовления таких деталей по размерам, расположению и форме неразрывно связана с качеством изделий в целом. При этом одним из наиболее ответственных и труднодостижимых параметров сложнопрофильных поверхностей деталей является точность формы. Даже незначительное снижение геометрической точности поверхностей деталей вызывает трудности при сборке и монтаже машин, повышает уровень шума при их работе и существенно снижает надёжность и долговечность изделий
Основным производственным методом обработки сложнопрофильных поверхностей заготовок является круглое врезное шлифование. Однако, данный метод не использует потенциальные возможности повышения точности формы обрабатываемых поверхностей, так как при врезном шлифовании, например, ступенчатых поверхностей применяют круги разных диаметров, окружные скорости которых различны и изменяются по мере их износа. Это приводит к различным условиям взаимодействия рабочих поверхностей инструмента и обрабатываемых поверхностей заготовки, а следовательно, и к неравномерному съему припуска. Поэтому проблема повышения точности формы сложнопрофильных поверхностей деталей при врезном шлифовании является актуальной.
Цель работы - повышение точности формы сложнопрофильных поверхностей деталей при круглом врезном шлифовании путем формирования профиля рабочей поверхности прерывистых кругов с учетом влияния режимов обработки.
Методы исследований
Для достижения поставленной цели в работе реализована методология системного подхода к изучению закономерностей процесса круглого врезного шлифования и формирования точностных показателей сложнопрофильных поверхностей деталей. В диссертации использованы основные положения теории шлифования металлов и технологии машиностроения. Экспериментальные исследования проводились на основе разработанной методики и стандартных испытаний с широким использованием методов моделирования и математической статистики. Обработка и анализ теоретических и экспериментальных данных проводились с использованием ПЭВМ.
Научная новизна работы
-
Выявлены закономерности формирования точности формы сложнопрофильных поверхностей при круглом врезном шлифовании прерывистыми кругами с учетом влияния режимов обработки.
-
Уточнены зависимости для определения длины кривой контакта абразивного
зерна с заготовкой, средней глубины вне; pifflft y&fkilptytoSMfo Толщины срезае-
^]
4 мого слоя при круглом врезном шлифовании с учетом прерывистости рабочей поверхности абразивного инструмента.
-
Разработана методика проектирования профиля рабочей поверхности прерывистых кругов для круглого врезного шлифования сложнопрофильных поверхностей на основе уточненных зависимостей.
-
Разработан на уровне изобретения способ круглого врезного шлифования, обеспечивающий повышение точности формы сложнопрофильных поверхностей деталей.
-
Предложены математические модели по определению оптимальных режимов обработки, обеспечивающих требуемые показатели точности и качества поверхностей, а также минимальную трудоемкость и себестоимость при круглом врезном шлифовании прерывистыми кругами.
Практическая ценность и реализация результатов работы в промышленности
-
На основе результатов теоретических и экспериментальных исследований разработан способ круглого врезного шлифования ступенчатых поверхностей сборным абразивным инструментом. Способ признан изобретением и защищен охранными документами Федеральной службы по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам (патент РФ №2136475 (заявл. № 97120176 от 04.12.97); положительное решение на получение патента (заявл. № 2003137332(040073) от 24.12.03)).
-
Определены научно-обоснованные режимы круглого врезного шлифования, позволяющие вести обработку ступенчатых поверхностей с требуемыми параметрами точности и шероховатости, а также с минимальной трудоемкостью и себестоимостью.
-
Разработана конструкция и изготовлен сборный абразивный инструмент для одновременного шлифования дорожки качения и цилиндрической поверхности бортов наружного кольца роликовых подшипников 492718ТІ У.
-
Новый способ шлифования и новый сборный абразивный инструмент, а также рекомендации по их наиболее эффективному использованию прошли опытно-промышленную проверку и внедрены на ОАО «Завод авиационных подшипников» на операции одновременной обработки дорожки качения и цилиндрической поверхности бортов колец роликовых подшипников 492718Т1У. Новый способ шлифования обеспечивает повышение точности формы обрабатываемых поверхностей в 1,6 раза по сравнению с действующим технологическим процессом. Годовой экономический эффект от внедрения составляет 472260 рублей (по ценам 2004 г.).
Основные положения, выносимые на защиту 1. Закономерности формирования точности формы сложнопрофильных поверхностей при круглом врезном шлифовании прерывистыми кругами с учетом режимов обработки.
2. Зависимости для определения длины кривой контакта абразивного зерна с заготовкой, средней глубины внедрения зерна, средней толщины срезаемого слоя при круглом врезном шлифовании с учетом прерывистости рабочей поверхности абразивного инструмента.
3 Методика проектирования профиля рабочей поверхности прерывистых кругов для круглого врезного шлифования сложнопрофильных поверхностей на основе уточненных зависимостей для определения длины кривой контакта абразивного зерна с заготовкой, средней глубины внедрения зерна, средней толщины срезаемого слоя.
-
Способ круглого врезного шлифования, обеспечивающий повышение точности формы сложнопрофильных поверхностей деталей.
-
Математические модели по определению оптимальных режимов обработки, обеспечивающих требуемые показатели точности и качества поверхностей при круглом врезном шлифовании прерывистыми кругами.
-
Результаты теоретических и экспериментальных исследований влияния нового способа врезного шлифования на повышение точности формы сложнопрофильных поверхностей деталей.
Апробация работы. Основные научные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на международных научно-технических конференциях: «Фундаментальные и прикладные проблемы технологии машиностроения» (Орел, 2001 г.), «Фундаментальные и прикладные проблемы технологии машиностроения» (Орел, 2002 г.), «Высокие технологии в машиностроении» (Самара, 2002 г.), «Процессы абразивной обработки, абразивные инструменты и материалы» (Волжский, 2003г.), «Актуальные проблемы надежности технологических, энергетических и транспортных машин» (Самара, 2003 г.); «Теплофизические и технологические аспекты управления качеством в машиностроении» (Тольятти, 2005 г.), на заочной молодежной научно-технической конференции «Молодежь Поволжья - науке будущего» (Ульяновск, 2003 г.); на семинаре молодых ученых факультета «Машиностроение и автомобильный транспорт» СамГТУ (2004 г.).
В полном объеме диссертация заслушана и одобрена на научно-техническом семинаре «Ресурсосберегающие технологии в машиностроении» УлГТУ, на техническом совете Самарского подшипникового завода в 2004 г. и на объединенном заседании кафедр «Технология машиностроения», «Автоматизация технологических процессов в машиностроении», «Автоматизированные станочные комплексы», «Инструментальные системы автоматизированного производства» СамГТУ в 2004 и 2005 г.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 11 печатных работ, в том числе получены патент на изобретение №2136475 РФ и положительное решение (заявл. № 2003137332(040073) от 24.12.03).
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографического списка ИЗІ35 наименований, 4-х приложений, включает 147 страниц машинописного текста, 47 рисунков и 13 таблиц.
Исследование влияния процесса врезного шлифования сплошными и прерывистыми кругами на точность и качество обработки сложнопрофильных поверхностей
Наиболее ответственная роль в технологическом процессе изготовления высокоточных деталей отводится шлифованию и финишной обработке, где окончательно формируется геометрия требуемого профиля и качество поверхностного слоя. При обработке сложнопрофильных поверхностей наиболее производительным является врезное шлифование фасонным или сборным абразивным инструментом одновременно нескольких поверхностей заготовки.
Многие авторы [43-49], изучавшие механизм износа абразивных зерен шлифовальных кругов, отмечают, что процесс шлифования следует осуществлять таким образом, чтобы зёрна находящиеся на рабочей поверхности круга выполняли равную работу резания. При этом условии дольше будет сохраняться необходимая форма образующей круга и уменьшится количество правок. С этой точки зрения метод шлифования с поперечной подачей более производителен, чем шлифование с продольной подачей. В последнем случае зёрна, расположенные дальше от торца круга, несут меньшую нагрузку, так как работают на участках поверхности, уже прорезанных предыдущими зёрнами.
На преимущества врезного шлифования указывают ряд авторов в работах [50-56], так как контакт инструмента и детали осуществляется по всей ширине обрабатываемого профиля, и в съеме металла одновременно участвует большее количество абразивных зерен.
Однако традиционные методы врезного шлифования не используют потенциальные возможности повышения точности формы обрабатываемых поверхностей, так как условия взаимодействия фасонного или сборного инструмента и заготовки в каждом из поперечных сечений неодинаковы. Это связано как с разными размерами обрабатываемых поверхностей, так и с разными окружными скоростями абразивного инструмента в различных его поперечных сечениях. Исследованиями [57] установлено, что точность формы деталей при врезном шлифовании зависит от величины и неравномерности линейного износа шлифовального круга в радиальном направлении. Если линейный износ больше 15 мкм, то точность формы снижается, в этом случае необходимо производить правку шлифовального круга.
С другой стороны нужно отметить, что точность формы фасонных поверхностей при врезном шлифовании зависит от равномерности снятия припуска в каждом поперечном сечении заготовки. Припуск будет удаляться равномерно, если радиальный износ абразивного инструмента в каждом поперечном сечении будет одинаковым.
В процессе обработки, например, ступенчатой цилиндрической заготовки (рис. 1.4) величина фактически удаляемого припуска Z характеризуется двумя составляющими: радиальным перемещением Н шлифовального круга и линейным радиальным износом шлифовального круга U Z = H-U. (1.1) Разница радиального износа шлифовального круга U в различных его сечениях, полученная после удаления заданного припуска Z будет характеризовать погрешность формы рабочего профиля круга в этих сечениях. Так как рабочий профиль круга при врезном шлифовании (при условии строгой параллельности осей вращения круга и заготовки) копируется на поверхность детали, то отклонения точек профиля обработанной поверхности определяются как
Из схемы, приведённой на рис. 1.5, видно, что при круглом наружном шлифовании сборным абразивным инструментом круг наименьшего диаметра D\ взаимодействует с наибольшим диаметром d\ заготовки (сечение 1-І), а круг наибольшего диаметра D2 - с наименьшим диаметром d2 заготовки (сечение II-II). Кроме того, при шлифовании наружных поверхностей в поперечном сече 21 ний, где максимальному радиусу шлифовального инструмента соответствует минимальный радиус заготовки, обработка поверхностей происходит с максимальной рабочей скоростью инструмента и минимальной окружной скоростью заготовки. Наоборот, в сечении, соответствующем минимальному радиусу сборного инструмента и максимальному радиусу заготовки, шлифование осуществляется с минимальной рабочей скоростью инструмента и максимальной окружной скоростью заготовки. Следовательно, без учёта режимных параметров обеспечить синхронный радиальный износ сборного абразивного инструмента, равномерное удаление припуска в каждом поперечном сечении обрабатываемой заготовки и повысить точность формы ступенчатых поверхностей не представляется возможным.
Аналогичные проблемы возникают при одновременном шлифовании плоских ступенчатых поверхностей (рис. 1.6) или сопряженных цилиндрической и торцевой поверхностей (рис. 1.7).
Кинематический анализ процесса наружного попутного шлифования
Как было показано, основным производственным методом абразивной обработки деталей с различными видами сложнопрофильных поверхностей является врезное шлифование. Характерными особенностями существующих методов врезного шлифования таких деталей являются различные условия взаимодействия поверхностей инструмента и заготовки в каждом отдельном поперечном сечении. Это приводит к неравномерному радиальному износу инструмента в различных его поперечных сечениях, что обусловливает несинхронный съем припуска с каждой ступенчатой поверхности и снижает их точность.
Фактическое значение припуска Zt(x), снимаемого с заготовки за каждый оборот шлифовального круга, обычно меняется в течение всего времени шлифования т и зависит от степени радиального износа шлифовального круга. Но в общем случае величиной радиального износа абразивного инструмента обычно пренебрегают, тогда Z,- (т.) = Sn.
Многочисленные теоретические и экспериментальные исследования [36-38, 58-64 и др.] показали, что наибольшее влияние радиальный износ шлифовальных кругов оказывает на точность обработки сложнопрофильных поверхностей при врезном шлифовании фасонным или сборным абразивным инструментом, так как величина припуска Z,, снимаемого за один оборот абразивного инструмента с каждой обрабатываемой поверхности, будет неодинакова.
Кроме того, точность обрабатываемых поверхностей при шлифовании является следствием ряда технологических факторов (режимов резания, параметров инструмента и др.), сопровождающих процесс. Для оценки конечного результата обработки необходимо выявить обобщенный критерий, который должен однозначно характеризовать равномерность съема припуска и износа абразивного инструмента с учетом всех технологических параметров. Тогда, целенаправленным регулированием выбранного критерия предоставляется возможность воздействовать на ход процесса и управлять точностью обработки.
Проблема повышения точности формы сложнопрофильных деталей при врезном шлифовании с учетом выбранного критерия может быть решена на основе разработки прогрессивной конструкции абразивного инструмента, который будет обеспечивать синхронный съем припуска в каждом поперечном сечении заготовки. Одним из путей обеспечения равномерного съема припуска является совершенствование конструкции абразивного инструмента за счет регулирования протяженности его рабочей поверхности, которое обеспечивается применением прерывистых шлифовальных кругов.
Следует отметить, что процесс удаления припуска при шлифовании обычно рассматривается как процесс массового высокоскоростного микрорезания отдельными зернами шлифовального круга. Кроме того, с условиями перехода от пластического деформирования материала к микрорезанию во многом связана эффективность процесса шлифования в целом.
Таким образом, для решения задачи по обеспечению синхронного съема припуска при шлифовании сложнопрофильных деталей в работе произведен теоретический анализ процесса микрорезания единичным абразивным зерном.
Проведенный анализ существующих научных работ показал, что средняя толщина срезаемого слоя определяется или кинематическими зависимостями без учета поперечной подачи [45, 93-96], или эмпирическими зависимостями [51, 102-103], или рассматриваются другие факторы (высота микронеровностей [98-99], разновысотность абразивных зерен [94], геометрические параметры среза [100] и др.) без учета кинематических уравнений движения, что затрудняет оценку и сравнение получаемых результатов.
При этом основные зависимости для врезного шлифования, полученные в результате кинематического анализа для общего случая круглого шлифования, учитывают соотношение S/B=\, которое практически не соответствует действительности, т.к. продольная подача S при врезном шлифовании отсутствует. С другой стороны, совсем не учтена величина поперечной подачи, которая напрямую влияет на процесс стружкообразования при врезном шлифовании. Для составления основных уравнений, определяющих траекторию движения зерна круга относительно обрабатываемой детали и используемых при выводе формул для средней толщины срезаемого слоя, многие авторы [45, 93-96, 97 и др.] используют систему координат, центр которой не связан с центром детали, при этом не учитывается угол поворота оси круга относительно детали.
В настоящей работе разработана модель процесса микрорезания при круглом врезном шлифовании (рис. 2.1), учитывающая вышеизложенные замечания, и которая применима для анализа процессов микрорезания при шлифовании как сплошным, так и прерывистым кругом. На основе модели определена средняя толщина срезаемого слоя а:с, исходя из предположения, что форма сечения материала, образованного траекториями резания (царапанья) двух соседних режущих абразивных зерен близка по форме треугольнику. Основанием этого треугольника (ABC) является длина кривой контакта зерна с обрабатываемой деталью LK, а высотой - искомая величина azc. Зная среднюю площадь треугольника / , можно определить а:с
Среднюю площадь сечения материала, срезаемую одним абразивным зерном (треугольник ABC) при круглом врезном шлифовании, определим как отношение средней площади сечения материала, срезаемого за один оборот круга, к среднему числу режущих абразивных зерен на поверхности круга (2.2) 2nrdndSn _ 2%rdndSnlcp(p) J ер npnk Ірежпк где Sn - поперечная подача, мм/об; пр - среднее число режущих абразивных зерен на поверхности шлифовального круга; пК - частота вращения круга, об/мин; гд - радиус обрабатываемой заготовки, мм; пд— частота вращения заготовки, об/мин; 1реж - длина рабочей поверхности шлифовального круга, мм; / / і- средний шаг между режущими абразивными зернами, мм.
Оптимизация режимов обработки при круглом врезном шлифовании прерывистыми кругами
Многочисленные теоретические исследования процесса микрорезания при круглом врезном шлифовании показали, что для достижения синхронного съема припуска и радиального износа рабочего профиля абразивного инструмента и повышения точности одновременно обрабатываемых ступеней заготовки необходимо, чтобы режущие зёрна находились в равных условиях и выполняли одинаковую работу резания.
Разработку конструкции абразивного инструмента, реализующего указанное условие, рассмотрим на примере шлифования ступенчатых цилиндрических поверхностей заготовок. Обработка производится сборным абразивным инструментом, составленным из шлифовальных кругов со сплошной (круг, имеющий наименьший диаметр) и прерывистыми рабочими поверхностями (рис. 3.1).
Для расчета длины режущих выступов прерывистых кругов воспользуемся формулами (2.8, 2.9) для определения средней глубины внедрения абразивных зерен в материал заготовки. Поскольку средняя глубина внедрения абразивных зерен в материал каждой ступени зависит от длины рабочей поверхности соответствующего круга, составляющего инструмент, то можно спроектировать режущие выступы таким образом, что будут обеспечиваться следующие условия:azecX =azec2 =... = azec п\ КшХ= Кш1 =...= Кшп_
После подстановки соответствующих значений в формулы (2.8, 2.9) с учетом выражения (1.20) условие обеспечения синхронного удаления припуска и стабильности процесса шлифования в каждом поперечном сечении примет вид (3.1) где Rc - радиус сплошного шлифовального круга, мм; гс - радиус заготовки, контактирующий со сплошным кругом, мм; Rnpi — радиус /-го прерывистого круга, мм; rnpi — радиус заготовки, контактирующий с /-тым прерывистым кругом, мм; 1срС- средний шаг между абразивными зернами сплошного круга, мм; / - средний шаг между абразивными зернами /-го прерывистого круга, мм; LKC - длина кривой контакта сплошного круга с заготовкой, мм; L . - длина кривой контакта /-го прерывистого круга с заготовкой, мм; рзс - радиус округления вершин абразивных зерен сплошного круга, мм; рзі. - радиус округления вершин абразивных зерен /-го прерывистого круга, мм; N( - число режущих выступов /-го прерывистого круга. Р и с. 3.1. Сборный абразивный инструмент для шлифования ступенчатых поверхностей деталей После преобразования выражения получим формулу для определения длины режущих выступов прерывистых кругов і _ c LKC P зо rnprcpi . . Ірежі "it . \r \ ") clcp с кпріРзі і Полученную формулу можно преобразовать для определения длины режущих выступов прерывистых кругов одной характеристики: R Т г . , __ с кс прі СХ Х\ ч кярі і Полученные зависимости (3.2, 3.3) позволяют определять конструкцию прерывистых кругов для нового способа шлифования ступенчатых поверхностей [110-114], учитывающего все режимы шлифования и обеспечивающего равенство средней глубины внедрения абразивных зерен в каждую обрабатываемую ступень и равномерность съема припуска.
Реализацию способа покажем на конкретном примере (см. рис. 3.1). Обработке подвергается деталь, имеющая многоступенчатое отверстие. Обработка ступеней 4-6 производится сборным абразивным инструментом, состоящим из сплошного 3 и прерывистых 1,2 кругов, смонтированных на оправке 7. Характеристика шлифовальных кругов - 24А 16 СМ1 Кб 7А.
Исходные данные для расчета: - радиус прерывистого круга 1 Rnpi=90 мм, - радиус прерывистого круга 2 Rnp 2=70 мм, - радиус сплошного круга 3 RC=6Q мм, - радиус ступени 4 г„р1 = 110 мм, - радиус ступени 5 гпр2=90 мм, - радиус ступени 6 гс=80 мм, - радиус предельно изношенного прерывистого круга 1 #n/ U3«i=70 мм, - радиус предельно изношенного прерывистого круга 2 Rnpu3H2=50 мм, - радиус предельно изношенного сплошного круга 3 Rc „3«=40 мм, - частота вращения абразивного инструмента и =5000 об/мин, - частота вращения детали пд=60 об/мин, - поперечная подача F„=0,6 мм/мин, - глубина шлифования /=0,01 мм. В таблице 3.1 приведены расчетные значения общей длины режущих выступов прерывистых кругов (Іреж І Nt) и длины режущей части сплошного круга (/с), которые определены с учетом всех режимов шлифования (в том числе поперечной подачи), и обеспечивают равенство средней глубины внедрения абразивных зерен сплошного и прерывистых кругов в обрабатываемый материал в любой фиксируемый момент времени шлифования.
Радиусы шлифовальных кругов, мм Радиусы обрабатваемых ступеней, мм Длина кривой контакта кругов с заготовкой, мм Общая длина режущей поверхности шлифовальных кругов по предлагаемому способу (Ірежі-Ni, /с), мм іОя 2Я ГчЯ Я 8и а а. ак о яя я& з К-пр исх 1 У"» Rnp (50%) i=80,К-пр изн 1 " ПО 3,193 2,46 1,99 361 292 224 0,063 0,102 0,164 К-присх2 " Rnp (50%) 2=60, "пр изн 2 Э U 90 2,5491,9321,53 370 304 238 0,063 0,102 0,164 Rcucx=60, c(50%)=50,&С U3H V 80 2,2261,6641,29 377 314 251 0,063 0,102 0,164 Практическая реализация и использование новой конструкции прерывистых кругов позволяет обеспечить стабильность условий взаимодействия инструмента и заготовки в каждом обрабатываемом сечении и достичь более равномерного съема припуска, а, следовательно, значительно повысить точность формы ступенчатой детали [110-111].
Основными технологическими средствами для реализации разработанной модели шлифования сложнопрофильных поверхностей, обеспечивающей одинаковую величину а:вс во всех поперечных сечениях круга и заготовки, являются специальные шлифовальные круги, имеющие на своей периферии чередующиеся выступы и впадины. Основными этапами изготовления таких кругов являются разработка конструкции и технологии их производства.
При N одинаковых и симметричных режущих выступах конструкция каждого прерывистого круга для нового способа шлифования ступенчатых профилей определяется геометрической формой одного выступа с центральным углом аві,, который изменяется по мере синхронного износа всех кругов сборного абразивного инструмента (рис. 3.2),
Таким образом, полученная зависимость позволяет разрабатывать специальные прерывистые круги, обеспечивающие при врезном шлифовании ступенчатых деталей синхронность съема припуска с каждой обрабатываемой ступени в любой фиксируемый момент времени шлифования вплоть до полного износа кругов.
Аналогичным образом получена зависимость для определения длины режущих выступов прерывистого инструмента при наружном или внутреннем шлифовании фасонных поверхностей вращения Rmin минимальный радиус предельно изношенного абразивного инструмента, мм; г min - радиус заготовки, контактирующий с минимальным радиусом прерывистого инструмента, мм; rnpi — радиус заготовки, контактирующий с /-ой поверхностью прерывистого абразивного инструмента, мм; Lt т\п длина кривой контакта абразивных зерен минимальной поверхности прерывистого инструмента с заготовкой, мм; L p/— длина кривой контакта /-ой поверхности прерывистого абразивного инструмента с заготовкой, мм; N( - число режущих выступов прерывистого абразивного инструмента.
Полученные зависимости, определяющие параметры режущих выступов прерывистых кругов, учитывают длину кривой контакта, зависящую от режимов шлифования. В связи с этим, для расчета длины режущих выступов прерывистых кругов и разработки технологической операции шлифования сложно-профильных деталей необходимо определить оптимальные режимы, позволяющие вести обработку с минимальными затратами
Исследование стойкостной наработки нового абразивного инструмента
Опытно-промышленная проверка и внедрение в производство нового способа врезного шлифования дорожки качения и бортов колец роликовых подшипников проходила в шлифовально-сборочном цехе по выпуску роликовых подшипников ОАО «Завод авиационных подшипников». Обработке подвергались наружные кольца роликовых подшипников 492718Т1У, предназначенных для авиационной техники.
Внедрение в производство нового способа шлифования (приложение 2) обеспечивающего равенство средней глубины внедрения зерен сборного абразивного инструмента в каждом поперечном сечении заготовки в любой момент времени шлифования, производилось на операции одновременного шлифования дорожки качения и цилиндрической поверхности бортов колец. Операция производится на внутришлифовальном станке СИВ-5В. Разработанный сборный абразивный инструмент состоит из прерывистого и двух сплошных кругов. Дорожка качения колец роликоподшипников обрабатывалась прерывистым кругом, а борта колец - сплошными кругами (см. рис. 4.1).
При разработке конструкции инструмента для нового способа шлифования колец роликовых подшипников 492718Т1У использовались теоретические результаты исследования процесса микрорезания при круглом внутреннем врезном шлифовании. Рабочий профиль режущих выступов прерывистого круга рассчитывался согласно методике, описанной в третьей главе.
При проведении работ по промышленному внедрению нового технологического процесса были выполнены следующие работы: - для одновременного шлифования дорожки качения и бортов наружных и внутренних колец указанных подшипников спроектирован и изготовлен сборный абразивный инструмент, меньшие по диаметру круги которого имеют сплошную рабочую поверхность, а больший - прерывистую; - освоена и реализована технология изготовления прерывистых кругов, длину рабочей поверхности которых определяют из условия равенства средней глубины внедрения абразивных зерен всех кругов, составляющих инструмент, в обрабатываемый материал в любой фиксируемый момент времени шлифования; - разработана конструкция алмазного правящего ролика сборного абразивного инструмента.
Выбор режимов шлифования осуществлялся по разработанным математическим моделям. В результате оптимизации получены следующие значения режимов шлифования дорожки качения и цилиндрической поверхности бортов наружного кольца роликового подшипника 4927І8Т1У: - число оборотов заготовки « =160 об/мин, - поперечная подача 5 =0,0004 мм/об, - минутная поперечная подача К„=0,064 мм/мин, - число оборотов инструмента « =7700 об/мин, - время выхаживания 0,2 мин.
Шлифование производилось с обильной подачей СОТС. Правка сборного инструмента производилась с периодичностью в 2 детали. Инструмент и режимы правки выбирались согласно методике, описанной в разделе 4.1.
Результаты исследований по точности обработки колец соответствуют результатам экспериментальных исследований (разделы 4.2-4.4).
Результаты опытно-промышленной проверки по точности обработки показали, что новый способ шлифования роликовых подшипников 492718Т1У обеспечивает повышение точности формы обрабатываемых поверхностей с шестого класса точности до пятого.
Целью испытаний являлась проверка работоспособности подшипников (5-492718Т1У), наружные кольца которых изготовлены по новому технологическому процессу, в сравнении с серийными подшипниками 5 класса точности. Задачей стендовых испытаний являлось установление виброакустических характеристик, момента трения и долговечности подшипников.
Контролю уровня вибраций подшипников в последнее время уделяется всё большее внимание. Это объясняется постоянно повышающимися требованиями к качеству выпускаемых подшипников, появлению объектов, в которых строго ограничивается уровень шумов при работе. Считается, что вибрация -один из наиболее важных показателей качества подшипников, характеризующих точность их изготовления.
Контроль интенсивности уровня вибрации подшипников производили на трёх полосном цифровом измерителе модели ИУВ-ЗЦ, предназначенном для измерения уровня вибрации подшипников по виброскорости и виброускорению в трёх частотных полосах и общему уровню вибрации. Прибор обеспечивает контроль качества подшипников по уровню вибрации в соответствии с требованиями ГОСТ 520-89 в составе приводной установки АКБ-1.
Контроль интенсивности уровня шума подшипников производили измерителем модели ЛИВ-2. Для вращения исследуемых подшипников использовалась так же приводная установка АКБ-1.
Детали подшипников перед контролем уровня вибрации и шума размагничивались, промывались в соответствии с РД ВНИИП 003. После промывки подшипники просушивались и смазывались маслом И-12А ГОСТ 20799. вибрации и шума подшипников, не превышал 60 дБ. Измерялась радиальная составляющая виброскорости и виброускорения наружного не вращающегося кольца подшипника при равномерном вращении внутреннего кольца.
Контролируемый подшипник устанавливался базовым торцом к упорному бортику оправки. Направление оси вибропреобразователя было перпендикулярно оси вращения внутреннего кольца в месте приложения радиальной нагрузки. Проскальзывание внутреннего кольца подшипника на оправке не допускалось. Радиальное биение рабочей поверхности оправки, установленной на шпинделе, при вращении его от руки, не превышало 5 мкм.
Режимы испытаний при контроле подшипников по вибрации и шумности устанавливались следующие: -частота вращения внутреннего кольца 1800 об/мин; -величина радиальной нагрузки 1200 Н±10%.
Контроль момента трения подшипников осуществлялся на установке УКМС-3 производства ОАО «СПЗ» по методике ВНИПП М 37.006.017-82. Контроль момента трения проводился в помещении с температурой воздуха 18-24С и относительной влажностью не более 65%.
Кольца и ролики подшипников перед сборкой промывались и выборочно контролировались на качество очистки по РТМ 37.006.324-81, при этом остаточное количество загрязнений на поверхностях колец и роликов не превышало 2 мг/дм .
Перед контролем момента трения подшипники промывались согласно инструкции ВНИПП И37.006.089-79 и смазывались маслом И-20А ГОСТ 20799. Смазываемое кольцо помещалось в ёмкость с маслом, после чего излишки масла стекали.
