Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Проблема обеспечения стабильности и повышения производительности и качества обработки при круглом торцовом шлифовании 9
1.1. Технологические предпосылки повышения стабильности и качества обработки при круглом торцовом шлифовании 9
1.2. Анализ возможных путей обеспечения стабильности и повышения производительности процессов круглого торцового шлифования 17
1.3. Выводы, и постановка цели и задач исследования 22
Глава 2. Кинематика формообразования поверхности и геометрические параметры зоны контакта при круглом торцевом шлифовании 25
2.1 Кинематика формообразования при круглом торцевом шлифовании 25
2.2 Геометрические параметры зоны контакта инструмента с деталью при круглом торцевом шлифовании 32
Выводы 34
Глава 3. Теоретическое исследование контактных явлений при круглом торцевом шлифовании 35
3.1. Постановка и решение задачи о расчете сил резания при круглом торцевом шлифовании 36
3.1.1. Анализ влияния условий шлифования на изменение силы резания 42
3.1.2. Аналитический расчет силы Р2 при круглом торцовом шлифовании 43
3.2 Постановка тепловой задачи и описание теплонапряженности процесса круглого торцевого шлифования 47
3.2.1 Аналитический расчет максимальных поверхностных температур при круглом торцовом шлифовании 55
Выводы 61
Глава 4. Прогнозирование формирования шерохова тости поверхности при круглом торцевом шлифовании 63
4.1 Прогнозирование формирования шероховатости поверхности при круглом торцовом шлифовании 64
4.1.1 Особенности формирования шероховатости поверхности при круглом торцовом шлифовании 64
4.1.2. Определение числа пересечений траекториями абразивных зерен базовой длины для определения шероховатости 65
4.1.3. Описание формирования высоты остаточных шероховатостей поверхности, вызываемых многопроходностью при формообразовании. 75
4.1.4. Аналитическое описание и расчет высотных параметров шероховатости поверхности при круглом торцовом шлифовании 81
Выводы 91
Глава 5. Технологические возможности и эффективность процесса круглого торцового шлифования 93
5.1. Методика проведения экспериментальных исследований 93
5.1.1. Оборудование и инструмент 93
5.1.2. Исследуемые материалы и образцы 95
5.1.3. Исследуемые факторы и условия проведения экспериментов 96
5.1.4. Частные методики проведения экспериментов 96
5.1.4.1. Методика измерения тангенциальной составляющей силы резания 96
5.1.4.2. Методика исследования шероховатости поверхности торцев гидротолкателя после шлифования 99
5.1.5. Математическая обработка результатов экспериментальных исследований 99
5.2. Технологические возможности процесса круглого торцового шлифования 100
5.2.1. Силовые характеристики процесса 100
5.2.2. Исследование формирования шероховатости шлифованной поверхности 106
5.3. Выбор параметров характеристики абразивного инструмента в зависимости от требований по шероховатости шлифуемой поверхности 108
5.3.1 Назначение зернистости инструмента для обеспечения заданной шероховатости 111
5.3.2 Назначение структуры абразивного инструмента 118
5.4. Применение разработанных зависимостей, методик и рекомендаций для инженерных расчетов и производственных испытаний 122
Выводы 125
Заключение 127
Список использованных источников 130
Приложение 140
- Анализ возможных путей обеспечения стабильности и повышения производительности процессов круглого торцового шлифования
- Определение числа пересечений траекториями абразивных зерен базовой длины для определения шероховатости
- Аналитическое описание и расчет высотных параметров шероховатости поверхности при круглом торцовом шлифовании
- Силовые характеристики процесса
Введение к работе
Актуальность темы. В условиях рыночной экономики отношения в сфере производства выдвинули на первый план проблемы, связанные с выпуском конкурентоспособной продукции машиностроения. В свою очередь, высокий уровень требований к современным конкурентоспособным машинам обусловил ряд задач, решение которых неразрывно связано с разработкой и широким применением новых эффективных технологических процессов и операций, современного высокопроизводительного оборудования и оснащения, обеспечивающих высокое качество и производительность обработки.
В первую очередь это относится к чистовым и отделочным методам обработки, в процессе которых окончательно формируются геометрические показатели качества поверхности деталей, определяющих их эксплуатационные свойства. Одним из методов окончательной обработки точных и ответственных деталей со сферической формой рабочих поверхностей является круглое торцовое шлифование (КТШ).
Однако процессам КТШ 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, нерациональному использованию его ресурса и ухудшает геометрические показатели качества поверхности обрабатываемых деталей. Интенсивность отмеченных явлений зависит от технологических условий обработки, и в наибольшей степени проявляется при шлифовании деталей из труднообрабатываемых материалов в условиях автоматизированного производства.
Существующие способы формообразования поверхностей на операциях КТШ, оснащение применяемое при их реализации не предусматривают оптимизацию и управление временной стабильностью характеристик процессов шлифования. Обеспечение заданных геометрических показателей качества поверхности деталей при шлифовании в настоящее время для каждого конкретного случая решается опытным путем - подбором условий обработки, которые не всегда оказываются достаточно производительными и экономичными. Вместе с этим, до настоящего времени, в монографической и справочной литературе практически отсутствуют какие-либо рекомендации и исследования по кинематике формообразования поверхности, параметрам режима шлифования, прогнозированию и технологическому обеспечению геометрических показателей качества шлифуемых поверхностей при чистовом КТШ.
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 геометрических показателей качества поверхности шлифуемых деталей. Это позволит управлять процессами шлифования с целью обеспечения заданного качества обработки при наивысшей производительности, а также изыскать пути интенсификации процессов и расширения их технологических /
4 возможностей.
В связи с этим прогнозирование и технологическое обеспечение требуемой шероховатости поверхности деталей при чистовом КТШ является весьма актуальной научно-технической проблемой.
Цель работы. Разработка технологического обеспечения требуемой шероховатости поверхности прецизионных элементов гидроаппаратуры при чистовом КТШ.
Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:
Исследована кинематика формообразования и геометрические параметры зоны контакта при КТШ, разработаны методы их расчета в зависимости от технологических условий шлифования.
Исследованы основные контактные явления (силовые, тепловые) при КТШ. Изучены основные закономерности этих явлений, получены аналитические выражения для их расчета.
Исследована кинетика формирования шероховатости поверхности при КТШ, получены аналитические выражения для её прогнозирования в зависимости от технологических условий шлифования.
Разработана методика выбора параметров характеристики абразивного инструмента, обеспечивающих требуемую шероховатость поверхности шлифованных деталей.
Исследованы технологические возможности и производственная эффективность процесса КТШ.
Научная новизна работы. Совокупность полученных в диссертации научных результатов обеспечивает решение проблемы технологического обеспечения требуемой шероховатости поверхности деталей при КТШ на базе разработки теоретических основ и новых технических решений конструктивно -технологических средств их реализации.
К теоретическим основам относятся:
Математические модели процесса КТШ, описывающие кинематику формообразования поверхности и геометрические параметры зоны контакта в зависимости от технологических параметров режима шлифования и конструктивных параметров круга и детали.
Математические модели процесса КТШ, описывающие силовые и температурные характеристики процесса с учетом стандартизованных параметров характеристики абразивного инструмента, и устанавливающие закономерности этих явлений и пути управления ими.
Функциональная зависимость для расчета высоты профиля шероховатости Д. при чистовом КТШ в зависимости от технологических условий шлифования.
К новым техническим решениям относятся:
Способ шлифования поверхностей, позволяющий снизить шерохова
тость шлифованной поверхности и повысить производительность обработки.
Эта разработка защищена патентом РФ.
Методы исследований. Теоретические исследования проводились на базе научных основ технологии машиностроения, теории шлифования, теплофизики процесса резания, теории параметрической оптимизации, теории математиче-
ского моделирования с широким использованием численно-аналитических методов аппарата математического анализа.
Экспериментальные исследования проводились на основе разработанных автором и стандартных методик в лабораторных и производственных условиях на современном оборудовании с применением методов математической статистики. Исследования проводились на специальных установках и модернизированных станках с использованием современной контрольно-измерительной аппаратуры. При аналитических исследованиях, расчетах, обработке экспериментальных данных и проектирование операций шлифования использовался персональный компьютер.
Практическая ценность н реализация результатов работы.
Разработана методика выбора параметров характеристики абразивного инструмента (зернистости, структуры), обеспечивающих требуемую шероховатость поверхности шлифуемых деталей. Эта методика является нормативным руководящим материалом для технолога при проектировании операций чистового КТШ.
Предложены типовые технологии высокопроизводительного КТШ, регламентирующие нормативные параметры характеристики абразивного инструмента при изготовлении элементов автомобильных гидротолкателей.
Разработанные на основе проведенных исследований рекомендации и технологическое оснащение внедрены в технологические операции шлифования на ОАО ПАО «Инкар» г. Перми с экономическим эффектом 2450 тыс. рублей.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях и семинарах, в том числе международных и республиканских (Пермь - 2005, 2007, С -Петербург -2007), ежегодных конференциях ПермГТУ (Пермь 2004 - 2007).
В полном объеме диссертация заслушана и одобрена на совместном заседании кафедр «Технология машиностроения» и «Металлорежущие станки и инструменты» Пермского государственного технического университета в 2008 году.
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 9 печатных работ, в том числе 2 статьи в изданиях по списку ВАК, получен патент РФ на изобретение.
Структура и объем работы. Работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованных источников и приложения. Общий объем работы 151 страница, в том числе 130 страниц машинописного текста, 38 рисунков, 14 таблиц, 115 наименований литературы.
Анализ возможных путей обеспечения стабильности и повышения производительности процессов круглого торцового шлифования
Стабильность выходных параметров процесса круглого торцового шлифования обусловлена стабильностью функциональных параметров, величина и характер рассеяния которых определяется интенсивностью физико-химических явлений, протекающих в зоне обработки. Отличительной чертой динамики контакта при шлифовании является наличие значимых взаимосвязей между процессами на контакте и выходными параметрами процесса обработки. Особенностью контакта является его динамичность: изменение параметров какого-либо физического явления приводит к изменению других. Важным свойством контакта является возможность управления всеми функциональными параметрами путем изменения кинематических параметров процесса шлифования [85].
Неоднородное распределение абразивных зёрен на рабочей поверхности шлифовального круга, как по высоте (разновысотность), так и по поверхности, предопределяет стохастическую природу съёма материала вследствие формирования срезов различной формы и размеров; наложения срезов; непрерывно изменяющегося количества режущих и упрочняющих зёрен и их соотношения; изменения режущих свойств зёрен или их совокупности во времени. Это создает неоднородный температурно-силовой режим в микрообъемах зоны шлифования, изменяющийся во времени [95,101]. Стабильность работы шлифовальных кругов определяется динамикой изменения их режущей способности, вызванной износом.
Режущая способность шлифовальных кругов изменяется в результате совместного действия механизмов хрупкого разрушения зёрен, их абразивного истирания, адгезионного и диффузионного изнашивания, а также вырыва зёрен из связки. Если абразив химически инертен к обрабатываемому материалу, а нагрузки, действующие на режущие зёрна, достаточны, чтобы разрушить их с образованием новых режущих элементов и удалить с рабочей поверхности по мере уменьшения размера зерна, то в этом случае происходит самовосстановление режущей способности инструмента. Самовосстановление - это изнашивание круга как процесс самозатачивания его рабочей поверхности. При этом производительность, сила и температура резания сохраняются практически постоянными на всём протяжении времени обработки.
Работа шлифовального круга в режиме самозатачивания обеспечивает наиболее стабильные условия протекания процесса обработки. При этом стабильность взаимосвязанных процессов съёма материала и изнашивания инструмента будет тем выше, чем больше дисперсность частиц удаляемого материала и продуктов износа [95]. Поэтому повысить стабильность съёма материала во времени при шлифовании можно назначением параметров режима обработки и характеристики абразивного инструмента, при которых обеспечиваются минимальные толщины среза и однородность в распределении их размеров. Этого требования можно достигнуть, если съём материала обеспечить большим количеством режущих зёрен, а минимум дисперсности частиц удаляемого материала будет соответствовать условиям статистически однородного во времени съёма материала.
Указанные условия обеспечения стабильности функциональных и выходных характеристик процесса круглого торцового шлифования корпуса гидротолкателя на станке «Supfina - 802» достигается использованием импортного абразивного инструмента чашечной формы 6 65x50x20 характеристики ЕК\ 600 03 200 VKH 209 S при следующих параметрах режима шлифования: частота вращения инструмента щ = 2750 об/мин (Тг=7,74м/с); частота вращения детали пй = 440 об/мин (Vdmax =0,67м/с); скорость осевой ступенчатой подачи инструмента Vnf=lQ м/с, К,г2 = 6-10 бм/с, Г„з =4-10"6м/с. При этих условиях шлифования скорость съёма материала Ом ступенчато снижается от 458,4-Ю лш3/с до 183,4-10_6лш31с, что соответствует условиям тонкого отделочного шлифования [93,94]. При этом инструмент работает в режиме самозатачивания, без правки его торцовой рабочей поверхности до полного износа абразивного слоя на всю высоту.
Аналогом характеристики импортного инструмента ЕК\ 600 03 200 VKH 209 S являются следующие стандартизованные параметры характеристики отечественного инструмента [94]: материал абразивного зерна — электрокорунд белый 25А для прецизионного абразивного инструмента на керамической связке классов А.АА; зернистость - микрошлифпорошки Ml4, М28, М40 для окончательного тонкого отделочного шлифования с точностью 3 — 5 мкм и параметрами шероховатости Ra = 0,32 - 0,16 мкм; связка -керамическая К1, К5, К8 для инструмента из электрокорунда; твердость — весьма мягкий ВМ, мягкий Ml, М2 для плоского шлифования торцем круга закалённых легированных сталей; структуры - 11,12 с объемным содержанием шлифовального материала 38 — 40% формируют высокопористые круги за счет использования в их составе выгорающих порообразователей (из серы — S, косточковые — КФ, косточковые пропитанные серой — КФ6), используются для шлифования мелкозернистыми кругами с уменьшенным тепловыделением в зоне резания. Поэтому характеристики отечественного абразивного инструмента должны назначаться из следующих возможных сочетаний параметров характеристики - 25A (Ml4 - М40) Н (ВМ - М2) К (S- KOS)A. Для выполнения операции круглого торцового шлифования корпуса гидротолкателя по заказам ОАО «Инкар» Санкт-петербургским НІЖ «Абразивы и шлифование» поставляется отечественный абразивный инструмент следующих характеристик: 25АМ28Н(ВМ,М1,М2)(11,12)K(S, КФ, КФ8)А.
Параметры режима шлифования, на которых выполняется шлифование торца на станке «Supfina — 802» соответствуют рекомендациям по назначению режимов тонкого отделочного шлифования, конструкционных легированных сталей [93]: скорость абразивного резания Р =10 — 15м/с, окружная скорость детали Vd до 1м/с, скорость осевой подачи инструмента К=1,5 — 5 мкм/с.
Эквивалентная замена импортного абразивного инструмента отечественным, при сохранении используемых параметров режима шлифования, обеспечивает временную стабильность функциональных и выходных характеристик процесса за счет работы инструмента в режиме самозатачивания, без его правки до полного износа абразивного слоя.
Машинное время при выполнении операции круглого торцового шлифования определяется из выражения: ТМ=±{П,/УЯ)+ТМ , (1.3) где П— припуск, снимаемый на /— осевой подаче инструмента, мкм; Vni — скорость осевой ступенчатой подачи инструмента, мкм/с; п — число ступеней осевой подачи; 7 — время выхаживания.
При формообразовании сферической поверхности торца корпуса гидротолкателя общий снимаемый припуск составляет 18мкм, который удаляется за 26 оборотов детали, причем 5 последних оборотов детали являются выхаживающими (Кп=0мкм/с), на которые затрачивается
Гв№С=0,67с. Распределение снимаемого припуска по ступеням рабочей осевой подачи инструмента следующее: 771=8л«аи (Уп1=10мкм/с, 6 оборотов детали); П2=5,6мкм (п2=6мкм/с, 7 оборотов детали); П3=4,4мкм (УпЪ=4мкм1 с, 8 оборотов детали). Подставляя приведенные данные в выражение (1.3), получим поверхности оговорённой чертежом детали.
Традиционно, для уменьшения параметров шероховатости шлифуемой поверхности рекомендуется увеличивать количество встреч круга с определенным участком детали за счет дополнительных проходов при выхаживании, либо уменьшать рабочие подачи при формообразовании поверхностей [53]. Данные способы шлифования позволяют существенно снизить шероховатость шлифуемой поверхности, Однако они существенно снижают производительность обработки за счет увеличения машинного времени и не используют потенциальные возможности снижения шероховатости поверхностей за счет рационального задания соотношений между кинематическими управляемыми параметрами режима шлифования, от которых зависит шероховатость поверхностей.
Шлифовальный круг не имеет сплошной режущей кромки по образующей, и поэтому переход от исходной к установившейся шероховатости шлифуемой поверхности можно представить совмещением в одну плоскость различных контуров зёрен шлифовального круга, проходящих через определенный участок обрабатываемой детали за время её контакта с кругом. Интенсивность уменьшения максимальной высоты остаточной шероховатости будет определяться отсутствием совпадения в плоскости контроля шероховатости различных контуров зёрен формообразующих сечений шлифовального круга в различные моменты времени [71].
Процесс круглого торцового шлифования характеризуется набором трёх параметров режима шлифования: Vk — скорость абразивного резания; Vd — скорость вращения детали; Vn - скорость осевой подачи инструмента. Из отмеченных параметров режима шлифования управляемыми параметрами, влияющими на шероховатость поверхности, при реализации процесса являются: Vk, Vd.
Определение числа пересечений траекториями абразивных зерен базовой длины для определения шероховатости
Для качественной оценки формирования шероховатости поверхности установим число пересечений траекториями абразивных зерен базовой длины, расположенной на различных участках по радиусу детали. Базовая длина /, на которой измеряют шероховатость, согласно ГОСТ 2789-73 имеет следующие значения: 0,01; 0,03; 0,08; 0,25; 0,8; 2,5; 8; 25мм [18]. Так как при круглом торцевом шлифовании следы от зерен расположены хаотично, то направление измерения шероховатости на базовой длине может быть выбрано произвольно. В связи с этим можно представить базовую длину в виде площадки, ограниченной окружностью диаметром /. На рисунке 4.1 показано расположение базовых длин на торце шлифуемой детали.
При определении числа пересечений с использованием (4.2) важно установить дискрету по углу поворота dQ шлифовального круга, из условия одноразовой фиксации пересечения базовой длины траекториями абразивных зерен. Получим выражение для d.
Дифференциал длины дуги L траектории определяется из выражения [32]
Условием одноразового пересечения площадки диаметра базовой длины / траекториями абразивных зерен будет являться
Исходя из требований чертежа корпуса гидротолкателя по шероховатости его торца (Rs =2 мкм), согласно рекомендаций [18] примем /=0,8 мм. Расчет d по выражению (4.3) на ЭВМ (см. Приложение 5), позволил получить численное значение d = 0,028 рад.
Из числа контактирующих режущих кромок, расположенных на торце чашечного круга, шероховатость поверхности формируют только те, которые имеют более благоприятную форму вершин и достаточную глубину внедрения в металл. Остальные контактирующие зерна выполняют работу трения и упругопластической деформации. Началом отделения стружки является предельное значение отношения глубины резания (толщины среза) az к радиусу округления вершины режущей кромки р (а,/р), которое изменяется в широких пределах (от 0,01 до 1,0). По данным Маслова Е.Н. для определенных условий абразивного шлифования 78% абразивных зерен являются нережущими, 12% - давящими и только 10% - режущими [53].
В связи с этим рассчитывались траектории движения режущих зерен, составляющих 10% от количества всех зерен, расположенных на торцах чашечных кругов. Причем принималось, что эти 10% зерен равнорасположены на окружностях принятого радиуса. На рис.4.2 показано расположение зерен на торце шлифовального круга.
Ширина h торцовой части круга определяется из выражения h-Rcp- R , где Rmin — внутренний радиус режущей ленточки шлифовального круга, Rmin =25мм.
Расчет числа пересечений S(X0) траекториями режущих абразивных зерен площадок диаметра базовой длины расположенных на оси X торца детали с дискретойХ0 =0,125мм (см. рис. 4.1) по условию (4.2) выполнен для следующих условий шлифования (см. Приложение 6): конструктивные и кинематические параметры шлифуемой детали — Яд-\А,в Ш м, пд=450 об/мин; конструктивные, кинематические параметры и характеристика абразивного инструмента - 6 65x50x20 25АМ28НМ111К, Яф=28,75-10"3 м, Лт/и=25-10"3 м, /z=3,75-10"3 м, =28-10"6 м, л#=2750 об/мин; базовая длина - / =0,8мм. Результаты расчета числа пересечений S(XQ) площадок диаметра базовой" длины для указанных условий приведены в таблице 4.2 и проиллюстрированы на рисунке 4.3.
Анализ зависимости S(X0)=f(Rc]) (рис.4.3) показывает, что по радиусу детали число пересечений базовой длины, а соответственно, и формируемая шероховатость поверхности не постоянна. Следует предположить, что формируемая шероховатость поверхности по радиусу детали должна быть обратно пропорциональна числу пересечений площадок диаметра базовой длины. То есть следует ожидать наибольшую шероховатость на максимальном радиусе детали, и наименьшую при i? / 3 мм.
Аппроксимация расчетных данных числа пересечений S(XQ) (табл.4.2) степенной функциональной зависимостью [14] позволила получить расчетное выражение для числа пересечений S(X0) по радиусу торца Rd шлифуемой детали в виде S(X0) = 53466 + 2597/7Д, - 67,116R] -1,2313 + 0,0469Д,4 - 0,0004 + \0 6Rd.
Аналитическое описание и расчет высотных параметров шероховатости поверхности при круглом торцовом шлифовании
При круглом торцовом шлифовании геометрический фактор является преобладающим в формировании шероховатости поверхности. Однако в отличие от обработки материалов лезвийным инструментом, где для описания параметров шероховатости поверхностей используются законы классической механики, состояние рабочей поверхности абразивного инструмента непостоянно. Это обусловлено изменением координат вершин зерен и их геометрии вследствие их разрушения и скалывания. Это указывает на недостаточность применения традиционных методов механики для изучения образования шероховатости шлифованных поверхностей. В этих случаях, кроме обычных, необходимо использовать методы теории вероятности и теории случайных процессов. Такой подход был принят в исследованиях Королева А. В. и Новоселова Ю. К. [33,34,66] для описания высотных параметров шероховатости при чистовом и тонком шлифовании. В результате выполненных ими исследований предложено аналитическое выражение для расчета высотного параметра шероховатости Rs в виде где Н— величина слоя материала, в котором распределена шероховатость поверхности (негостированный параметр); t0 — максимальная глубина микрорезания; Vd - продольная скорость детали; VK — скорость абразивного резания; Vu — окружная скорость детали; ц3 — число абразивных зерен на единице площади рабочей поверхности инструмента, J]3 =1/(1,75с/.,) ; / -базовая длина при определении шероховатости ; D3 - эквивалентный диаметр.
Предложенные аналитические зависимости (4.8 - 4.10) справедливы для широкого диапазона параметров режима шлифования и характеристик абразивного инструмента при выполнении различных видов чистового и отделочного шлифования. Влияние характеристики инструмента и состояния его рабочей поверхности на шероховатость шлифованной поверхности отражено в расчетных выражениях параметрами rj3 и рз. Численные значения этих параметров в зависимости от зернистости инструмента, по данным [13,50,69,73,109], приведены в таблице 4.3.
Применительно к процессу круглого торцевого шлифования параметрами режима шлифования в формулах (4.8) будут являться: Vd — окружная скорость на /-ом радиусе; Vk — скорость абразивного резания на среднем радиусе режущей ленточки, J =7,74M/C; VU— скорость осевой ступенчатой подачи круга, Vocee=l0 5,6-10 6,4-10 6м/с. Д, - эквивалентный диаметр, Д, =57,5 мм.
Особенностью формирования шероховатости поверхности при круглом торцовом шлифовании торцовой частью чашечных кругов является незначительная глубина микрорезания. В таблице 4.4 приведены результаты расчетов максимальной глубины микрорезания ґф и величины слоя шероховатости поверхности Нъ диапазоне изменения глубины микрорезания tM от 0,5 до 8 мкм по формулам (4.9), (4.10) для экспериментально установленных величин съема материала Аг [66] от технологических условий шлифования. Анализ расчетных данных показывает, что максимальная глубина микрорезания и слой шероховатости поверхности зависят от глубины микрорезания, окружной скорости перемещения детали, геометрии абразивного зерна, числа режущих кромок на единице поверхности круга.
С увеличением глубины микрорезания съем материала и слой шероховатости поверхности увеличивается для всех значений скорости детали. В исследованном диапазоне слой шероховатости поверхности изменяется почти пропорционально ґф . Съем материала с увеличением глубины микрорезания увеличивается более значительно, чем слой шероховатости поверхности. С увеличением окружной скорости детали и сохранении максимальной глубины микрорезания постоянный съем материала уменьшается, слой шероховатости поверхности увеличивается. Полученные расчетные значения съема материала и слоя шероховатости поверхности хорошо согласуются с экспериментальными данными других авторов [9,53,61,64].
Статистическая обработка расчетных значений, приведенных в табл. 4.4, по способу наименьших квадратов [30] позволила получить уравнения множественной корреляции для расчета иЯв зависимости от технологических параметров круглого торцового шлифования в виде: для абразивных кругов зернистости Ml 4 (d3 =0,014мм)
Учитывая специфику формирования шероховатости поверхности при круглом торцовом шлифовании и технологические требования по шероховатости при отделочном шлифовании (Rz \,6мкм) [18] примем в выражениях (4.11) - (4.16) tM =1,5мкм. Тогда f" 44 =1,1953. С учетом этого (4.11) - (4.16) примут вид
На рис. 4.7 приведены расчетные значения шероховатости шлифованной поверхности по формуле (4.24) в зависимости от радиуса торцовой поверхности Rd.
Анализ приведенной зависимости указывает на рост шероховатости поверхности с увеличением радиуса торца шлифуемой детали. Анализ выражений (4.23) — (4.25) показывает возрастание шероховатости с увеличением зернистости инструмента.
Прогнозируемая шероховатость шлифованной поверхности детали по ее радиусу может быть определена обратно пропорционально числу пересечений S(X0) площадок диаметра базовой длины траекториями режущих абразивных зерен, расположенных на торце шлифовального круга, согласно данным табл.4.2. Расчетные значения прогнозируемой шероховатости по радиусу детали при d3 =0,028 мм приведены на рис.4.8.
Силовые характеристики процесса
При проведении экспериментального исследования сил преследовалась цель проверки и подтверждения полученных теоретических результатов расчета сил при шлифовании торца корпуса гидротолкателя.
Результаты экспериментального определения тангенциальной составляющей силы резания Р в зоне шлифования при шлифовании 50 образцов, а также их статистическая обработка, приведены в таблице 5.1.
Результаты статистической обработки измерения сил позволили установить, что ошибки Ах определения средних значений сил Р, с доверительной вероятностью 0,95 по критерию Стьюдента (при числе степенной свободы / = 49, ґкр =2,01 [10] ) составляют: при шлифовании кругами 25АМ28М11 IK, 25АМ28М111KS, - Ах = ±0,02Я при точности метода определения 0 = 0,03; при шлифовании кругами 25АМ28М211К, 25AM28M211KS- Ах = ±0,0457/ при точности метода определения О =0,07; при шлифовании кругами 25АМ28М212ККФ, 25AM28M212KKOS - Ах = ±0,02/7 при точности метода определения 0 = 0,036; при шлифовании кругами 25АМ28ВМ11К, 25AM28BM11KS - Ах = ±0,02# при точности метода определения О = 0,04. Малые значения коэффициентов вариации Q характеризует большую стабильность определения средних значений сил при выбранном размере обрабатываемой партии из 50 образцов.
Изменение средних значений сил в зоне шлифования исследованными характеристиками абразивных кругов, полученных экспериментально, представлено на рисунке 5.5.
Анализ экспериментальных данных по силам резания свидетельствует о том, что минимальные значения сил резания при заданных параметрах режима шлифования обеспечиваются при шлифовании кругами характеристик 25АМ28ВМ11К, 25AM28BM11KS. Наполнители S, КФ5, вводимые в связку круга при их изготовлении, не дают сколь заметного изменения сил резания по сравнению со шлифованием кругами на керамической связке (К). Максимальное значение относительной погрешности А(%) между теоретическим расчетом и экспериментальным определением тангенциальной составляющей силы резания Р, не превышает А =11%.
