Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Проблема снижения теплонапряженности процесса плоского торцового шлифовния 10
1.1 Особенности плоского торцового шлифования 10
1.2. Пути снижения теплонапряженности при плоском торцовом шлифовании без СОТС 13
1.2.1. Кинематико-технологический анализ процессов шлифования 13
1.2.2. Конструктивно-технологические методы снижения температуры шлифования 15
1.2.3. Плоское планетарное торцовое шлифование 32
1.3. Цель и задачи исследования 35
ГЛАВА 2. Кинематика формообразования и геометрические параметры зоны контакта при плоском торцовом планетарном шлифовании 37
2.1. Разработка конструкции планетарной шлифовальной головки 37
2.2. Исследование кинематики формообразования при планетарной схеме шлифования 45
2.2.1. Трохоидальные кривые 45
2.2.2. Определение длины дуги эпитрохоид 50
2.2.3. Определение скорости движения абразивного зерна 52
2.2.4. Определение угла ориентации режущего зерна относительно вектора скорости резания 53
2.3. Исследование параметров зоны контакта 59
2.3.1. Определение длины контакта абразивного инструмента с обрабатываемой деталью 59
2.3.2. Определение площади зоны контакта абразивного инструмента с деталью 62
Выводы по главе 2 67
ГЛАВА 3. Теоретические исследования контактных явлений при плоском торцовом планетарном шлифовании 69
3.1. Расчет сил резания 69
3.2. Тепловой баланс при плоском планетарном шлифовании 76
Выводы по главе 3 84
ГЛАВА 4. Технологические возможности процесса плоского торцового планетарного шлифования 85
4.1. Методика проведения экспериментальных исследований 85
4.1.1. Оборудование, оснастка и инструмент 85
4.1.2. Исследуемые материалы и образцы 94
4.1.3. Исследуемые факторы и условия проведения экспериментов...97
4.1.4. Частные методики проведения экспериментов 101
4.1.4.1. Методика измерения мощности, затрачиваемой на резание 101
4.1.4.2. Методика измерения сил резания 104
4.1.43. Методика измерения температуры в зоне резания 104
4.1.4.4. Методика исследования качества поверхностного слоя образцов после шлифования 108
4.2.Математшескаяобработкарезультат 111
4.3. Температурно-силовые характеристики процесса шлифования 113
4.3.1. Активная мощность, затрачиваемая на шлифование 113
4.3.2. Силы резания при шлифовании 129
4.3.3. Температуры при шлифовании 138
4.4. Износостойкость шлифовальных кругов 152
4.5. Исшедованиекшесгшшлифованной поверхности 163
4.5.1. Шероховатость пшифованной поверхности 163
4.5.2 Микротвфдостьповерхностаого слоя 168
4.5.3. Содержание остаточного аусгенита 174
Выводы по главе 4 187
ГЛАВА 5. Результатов исследования процесса плоского торцового планетарного шлифования 189
5.1. Расширение технологаческихвозможностей планетарной схемы шлифования 189
5.1.1. Совмещенное черновое и чистовое планетарное шлифование 190
5.1.2. С обеспечением знашпеременносги сдвигав срезаемых слоях поверхности 194
5.1.3. Шлифование с перпендикулярным пересечением единичных срезов зерен инструмента 194
5.1.4. Формирование регулярного макрорельефанарабочихповерхностях торіктк шлифовальных кругов 200
5.1.5. Импрегнирование шлифовальныхкругов 205
5.2 Технологическая эффективность применения разработанных путей 212
Выводы по главе 5 223
Заключение 225
Список использованных источников 229
Приложения 245
- Конструктивно-технологические методы снижения температуры шлифования
- Определение угла ориентации режущего зерна относительно вектора скорости резания
- Методика исследования качества поверхностного слоя образцов после шлифования
- Шлифование с перпендикулярным пересечением единичных срезов зерен инструмента
Введение к работе
Развитие современной техники повышает требования к надежности и долговечности машин, которые в значительной степени зависят от качества изготовления деталей. Поэтому важной народнохозяйственной задачей является разработка и совершенствование технологических методов, 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. В этих условиях возрастает роль абразивной обработки, так как многие требования к деталям практически невозможно выполнить без шлифования.
Большой вклад в создание научных основ процесса шлифования и в дальнейшее совершенствование теории шлифования внесли Н.И. Богомолов, Г.В. Бокучава, Г.И. Грановский, Е.Н. Маслов, А.А. Маталин, А.Н. Резников, А.В. Подзей, С.Г. Редько, П.И. Ящерицин, Г.М. Ипполитов, Г.Б. Лурье, Ф.С. Юнусов, С.Н. Корчак, Т.Н. Лоладзе, Д.Г. Евсеев, Ю.К. Новоселов, В.И. Островский, Э.В. Рыжов, Г.И. Саютин, А.Н. Сальников, В.К. Старков, С.С. Силин, В.А. Сипайлов, Л.Н. Филлимонов, В.А. Хрульков, Л.В. Худобин, В.А. Шальнов, А.В. Якимов, С.А. Попов и другие. Благодаря работам этих ученых стало возможным обеспечение высокого качества деталей машин при производительном шлифовании.
Однако, множество факторов, одновременно влияющих на процесс резания и изменяющихся во времени, делают процесс шлифования нестабильным. Обеспечение стабилизации выходных параметров процесса шлифования (производительности, точности и качества обработки) является одной из важных задач. В полной мере это относится к процессу обработки шлифованием плоских поверхностей.
Кроме того, на производительность и качество обработки существенное влияние оказывает схема шлифования. Как показывает производственная практика, при плоском торцовом шлифовании вероятность образования шлифовочных дефектов наибольшая. Одним из факторов, сдерживающих повышение производительности плоского торцового шлифования, особенно на операциях без применения смазочно-охлаждающих технологических сред (СОТС), является высокая теплонапряженность процесса, вызывающая образование на шлифованных поверхностях прижогов, микротрещин, а в поверхностном слое детали - структурных превращений и значительных растягивающих остаточных напряжений. Для авиационных двигателей и редукторов эксплуатация таких ответственных деталей, как лопаток турбины и компрессора, зубчатых колес и других, имеющих шлифовочные дефекты недопустима, так как наличие шлифовочных дефектов может быть причиной усталостных разрушений деталей. Поэтому, одним из условий повышения производительности торцового шлифования, при обеспечении заданного качества обработки, является реализация путей, сдерживающих повышение теплонапря-женности в зоне контакта шлифовального инструмента с деталью.
На теплонапряженность процесса шлифования влияет множество факторов, характеризующих условия отработки. Работы исследователей П.И. Ящерицина, Е.Н. Маслова, Г.М. Ипполитова, А.В. Якимова, Л.Л. Мишнаев-ского и других направлены на установление функциональных зависимостей этих факторов на показатели процесса торцового шлифования. Понятие сущности происходящих процессов позволяет прогнозировать изменение результатов процесса резания при заданном изменении условий шлифования. Поэтому, оптимизация плоского торцового шлифования идет по пути совершенствования факторов, влияющих на снижение теплонапряженности процесса резания. Это совершенствование абразивного инструмента, смазочно-охлаждающих технологических сред, импрегнаторов, применение прерывистых шлифовальных кругов, применение реверсивного шлифования, применение других конструктивных и технологических факторов. В значительно меньшей степени проведено работ в области влияния кинематики движения абразивного инструмента на показатели процесса шлифования.
В данной работе сделана попытка синтезирования отдельных направлений совершенствования процесса шлифования через изменение кинематики движения абразивного зерна при формообразовании плоских поверхностей, путем применения схемы планетарного шлифования. Планетарная схема плоского торцового шлифования позволяет комплексно реализовать прерывистое шлифование, резание разными гранями абразивного зерна, реверсивное шлифование, применение импрегнированных кругов и другие пути совершенствования процесса плоского шлифования.
Цель работы - конструктивно-технологическое обеспечение снижения теплонапряженности процесса плоского торцового шлифования, повышение качества шлифованной поверхности и увеличение производительности обработки за счет применения схемы плоского торцового планетарного шлифования.
Для выполнения указанной цели разработаны новые конструкции планетарных головок, способы шлифования, способ правки кругов планетарных головок, новые составы для пропитки абразивных кругов. Эти разработки защищены 8 авторскими свидетельствами.
Исследованы кинематика формообразования и геометрические параметры зоны контакта при плоском торцовом шлифовании. Проведены теоретические исследования контактных явлений. Выявлены технологические возможности планетарного торцового шлифования - силовые, тепловые, износ абразивного инструмента, качество поверхности. Предложены пути повышения производительности и качества обработки.
Научная новизна работы заключается в следующем:
Совокупность полученных в диссертации научных результатов обеспечивает научно-обоснованное техническое решение проблемы снижения теплонапряженности в зоне резания за счет применения процесса плоского торцового планетарного шлифования, внедрение которого вносит значительный вклад в ускорение научно-технического прогресса.
К ним можно отнести:
Разработанные новые конструкции планетарных шлифовальных головок, способы шлифования, способ правки инструмента, составы для пропитки кругов.
Выявленную функциональную взаимосвязь кинематики формообразования поверхности и геометрических параметров зоны контакта инструмента с деталью с конструктивными параметрами планетарной головки при плоском торцовом планетарном шлифовании.
Раскрытый механизм влияния кинематики движения абразивного инструмента на резание разными гранями абразивных зерен. Установленную функциональную зависимость сил резания от конструктивно-технологических факторов при планетарном торцовом шлифовании.
Установленную зависимость перераспределения баланса тепла между деталью и стружкой от соотношения величин результирующей скорости движения круга относительно детали и скорости шлифовального круга.
Практическая ценность работы заключается в следующем: Разработаны конструкции планетарных головок для установки на различные шлифовальные станки (заточные, плоско-шлифовальные и др.), обеспечивающие снижение температуры в зоне резания в 2,5-4 раза, с одновременным повышением производительности и стойкости шлифовальных кругов.
Разработан способ правки, обеспечивающий формирование макрорельефа на торцах шлифовальных кругов планетарной головки. Это позволяет дополнительно снизить температуру шлифования на 20-30%. Разработаны составы импрегнаторов для шлифовальных кругов. Внедрение пропитки повышает стойкость кругов в 1,4-1,9 раза и снижает температуру в зоне резания в 1,3-1,6 раза.
Разработаны новые способы шлифования, расширяющие технологические возможности планетарного шлифования: совмещенное черновое и чисто вое планетарное шлифование, врезное торцовое планетарное шлифование с перпендикулярным пересечением единичных срезов зерен кругов.
Исследования, результаты которых изложены в диссертации, проводились в рамках научно-исследовательских работ.
Разработанные на основе проведенных исследований рекомендации и технологическое оснащение, внедрены в технологические операции шлифования в ОАО "Пермский Моторный Завод".
Основные положения диссертации докладывались в 1979-1999гг на Всесоюзных, республиканских, межвузовских конференциях и семинарах. Основное содержание работ опубликовано в 37 статьях.
Конструктивно-технологические методы снижения температуры шлифования
Процесс торцового шлифования сопровождается образованием в зоне контакта абразивного круга с деталью высоких температур, превышающих, как правило, температуры структурных и фазовых превращений в обрабатываемом материале. В результате на поверхности шлифуемой детали появляются прижоги, в поверхностном слое формируются растягивающие остаточные напряжения, приводящие к микротрещинам.
В течение многих лет в ОАО «Пермский Моторный Завод» используются при зубошлифовании шлифовальные круги с прерывистой рабочей поверхностью /11/. Условия шлифования боковых поверхностей зубьев близки к условиям торцового шлифования. Температура в зоне шлифования понижается, если шлифование производится с определенными интервалами, причем продолжительность резания между этими интервалами меньше продолжительности теплового насыщения металла и за время разрыва процесса поверхность детали охлаждается. Это достигается применением шлифовальных кругов с прерывистой рабочей поверхностью, имеющих строго определенную протяженность выступов и впадин /12, 13/. Прерывистое шлифование используется при обработке цилиндрических зубчатых колес на станках типа «Гир-Грайдинг» и «Оркут» методом копирования, на станках типа «Ган-Кольб» методом обкатки коническим кругом, а также при шлифовании спирально-конических зубчатых колес на станках моделей 5872 и 5А872. Прерывистое шлифование позволило ликвидировать прижоги, повысить усталостную прочность зубчатых пар по контактной выносливости и, как следствие, повысить ресурс зубчатых колес /14/. Этот вид шлифования нашел широкое применение в промышленности /2, 3,15,16, 17,18/.
В работах многих исследователей /18, 19, 20, 21/ установлено, что прерывистое шлифование обеспечивает снижение температуры резания на 20-40%, сил резания на 20-35%, способствует работе круга в режиме самозатачивания.
Прерывистые круги, особенно с радиальным расположением прорезей, имеют высокую вентилирующую способность и подают в зону резания мощную струю воздуха. Это способствует выдуванию стружки из зоны резания, что уменьшает засаливаемость круга. Кроме того, избыточное количество воздуха, подаваемого в зону резания интенсифицирует процесс окисления и сгорания стружки. Окисленная стружка становится более мелкой и хрупкой, принимает шарообразную форму, не налипает на поверхность зерен и не внедряется в поры круга.
Улучшению режущей способности прерывистых кругов связано с возникновением в системе СПИД вынужденных колебаний с частотой порядка 300-100Гц, которые существенно изменяют условия трения и износа /22/. Наличие колебаний уменьшает сопротивление сходу стружки и облегчает процесс стружкообразования, так как трение покоя заменяется трением движения. Кроме того, экспериментальными исследованиями износа сплошного и прерывистого круга, проведенными Свирщевым В.И. /23/, увязано формирование волнистости на поверхности кругов с динамическими характеристиками упругой системы станка. Прерывистость процесса резания сбивает колебания упругой системы на ее собственных частотах и задает колебания на высокой частоте, приводящие к равномерному износу всех режущих выступов. В целом радиальный износ прерывистого круга на 10-15% больше радиального износа сплошного круга. Исследованиями алмазного прерывистого шлифования, проведенными Гордеевым А.В. /24/, установлено, что износ кругов с прерывистой поверхностью в среднем на 10% меньше , чем со сплошной. Для предотвращения выкрашивания алмазного слоя, которое имеет место при радиальном расположении пазов, Гордеевым А.В. рекомендованы наклонное расположение пазов, при котором очередной участок между пазами входит в контакт с обрабатываемым изделием до того, как предыдущий вышел из контакта.
С целью обеспечения равномерности контакта Амбаряном Р.С. предложена конструкция прерывистых кругов с равномерным контактом /25/, которая снижает пульсирование сил резания, выравнивает характер вибраций при холостом вращении шпинделя и при работе, снижает шероховатость поверхности по сравнению с прерывистым кругом с радиальными пазами.
Процессу прерывистого шлифования присущи два фактора, которые противоположно влияют на самозатачиваемость кругов /21/. Первый фактор динамический удар и наличие высокочастотных колебаний, увеличивающие выкрашивание зерен и вырывание их из связки. Второй фактор - снижение температуры, адгезионных и диффузионных процессов, уменьшающих силы вырывания зерен из связки.
Ударный характер нагрузки способствует формированию фронтальной поверхности на выступах шлифовального прерывистого круга /26/. Величина динамического удара связана с величиной протяженности выреза. Чем больше длина выреза, тем более динамичен процесс и интенсивней износ кругов. Якимов А.В. из соображений износостойкости рекомендует следующее соотношение между длиной выступа , и длиной паза 2: 2 = (0,3-0,5) г. При
этом длина выступа х =10...40мм /21/.
Образование на каждом выступе прерывистого круга фронтальной зоны, наклонной к поверхности резания, существенно изменяет схему резания при удалении припуска и обеспечивает повышение интенсивности съема металла. Повышение интенсивности съема материала объясняется увеличением количества режущих зерен на рабочей поверхности прерывистого круга и повышением его режущей способности. Если при обычном шлифовании число режущих зерен, участвующих в резании, в зависимости от режимов, характеристики круга и продолжительности его работы колеблется в пределах 6-15%, то при прерывистом шлифовании - 20-45%, причем с увеличением глубины шлифования число режущих зерен на поверхности круга возрастает /21, 27/. Однако, использование прерывистых кругов, наряду с изложенными преимуществами, обладает и существенным недостатком, заключающимся в нетехнологичности их спекания в массовом производстве и необходимости введения операции прорезки пазов на специальном оборудовании /25/.
Определение угла ориентации режущего зерна относительно вектора скорости резания
При шлифовании вся механическая мощность микрорезания преобразуется в тепловую, так как лишь незначительная часть мощности (десятые доли процента) переходит в скрытую энергию изменений кристаллической решетки обрабатываемого материала. При этом средняя температура детали изменяется в пределах 20-3 50С, контактная - в пределах 200-1100С и мгновенная - от 1000С до температуры плавления обрабатываемого материала /21. Тепло, выделяемое при шлифовании, распределяется в основном между деталью, кругом и стружкой.
При шлифовании обычными абразивными кругами в зависимости от условий шлифования распределение тепла между контактирующими телами колеблется в определенных пределах. Так, в работе Якимова А.В. /15/ при зубошлифовании сегментными кругами в деталь уходит 76-83% тепла, в круг 17% и в стружку 0,5-7%. В работе Попова С.А., Малевского Н.П., Терещенко Л.М. 191 приводятся следующие данные о распределении тепла: в деталь - 81-46%, в круг - 10-18%, в стружку - 4-19%. По данным Лурье Г.Б. /64/ стружка уносит 2-8% теплоты, в деталь отводится 70 85% всей выделяемой теплоты. Хрульков В.А. /108/, ссылаясь на Ватанабэ, приводит следующее распределение тепла: в деталь - 84%, в круг - 12%, в стружку 3 - 3,5%. Корчак С.Н. /109/, анализируя результаты исследований различных авторов, устанавливает большие расхождения в количестве тепла, уходящего в деталь - от 20 до 80% и более. Маслов Е.Н. 121 на основании расчета определил следующее распределение тепла: в деталь 60-85%, в абразивный круг 10-13%, в стружку 0,5-30%. По мнению авторов /ПО/ в деталь попадает 46-81% тепла, в стружку 10-18%. Сипайлов В.А. /19/ считает, что долей тепла, идущего в круг при обычном абразивном шлифовании можно пренебречь (не более 1%). Доля тепла, идущего в стружку колеблется в зависимости от глубины шлифования, скорости продольной подачи и составляет 9-26%. Шальнов В.А. /111/ установил, что доля тепла, уходящего в деталь колеблется в зависимости от глубины и условий шлифования от 64% до 86%, в круг - 10... 14%, в стружку -до 8%. Драчев И.П. /112/ установил, что в зависимости от глубины шлифования и скорости детали, количество тепла, уходящее в круг изменяется от 52% до 14%. В работе /113/ приведено следующее распределение тепла: в деталь -60...85%, в круг - 10... 13%, в стружку - 2...19%. По результатам анализа, проведенным Ипполитовым Г.М. /4/ в деталь уходит 20-80% общего тепла, в шлифовальный круг 9-13% тепла, образующегося при шлифовании, в стружку до 8%.
Таким образом, при обычном абразивном шлифовании основная доля тепла - до 86% уходит в деталь. По мнению большинства авторов в круг уходит не более 15% тепла. Наибольший разброс имеют данные по распределению тепла в стружку: от 0,5 до 30%. Для обеспечения производительного бездефектного шлифования необходимо снижать долю тепла, отводимого в деталь за счет уменьшения температуры в зоне резания и увеличения теплоотвода.
Традиционные методы шлифования плоских поверхностей при варьировании сочетания параметров режима шлифования, обеспечивающих одинаковую производительность обработки не дают существенного снижения тепловвода в деталь, вследствие небольших скоростей удаления шлифуемого материала /10/. Решение этой проблемы может быть обеспечено применением малоизученного теоретически и экспериментально процесса плоского торцового планетарного шлифования.
Рассмотрим тепловой баланс процесса плоского планетарного шлифования. Общее количества тепла, образующего в процессе шлифования, распределяется между контактирующими телами - доля тепла, идущая в охлаждающую жидкость. В связи с тем, что исследование планетарного шлифования проводилось без охлаждения, всухую, доля тепла, идущая в охлаждающую жидкость из формулы исключаются.
Расчетами, проведенными Сипайловым В.А. /19/ установлено, что доля тепла, идущего в круг при шлифовании обычным абразивным инструментом, составляет не более 1% и ею можно пренебречь. Таким образом, тепло, выделяемое при шлифовании, распределяется в основном между деталью и стружкой. Сипайловым В.А. /19/ предложена формула безразмерного коэффициента Д, который показывает, какая доля тепла от общего пойдет в изделие, а какая в стружку
Для обычного и планетарного плоского торцового шлифования значения полуширины полосового источника тепла h будут различные. При одинаковых глубине шлифования t и продольной подаче детали Va, и, следовательно, одинаковой производительности обработки, равные объемы металла снимаются при обычном шлифовании непрерывно одним чашечным кругом диаметром 0,15 м, а при планетарном шлифовании четырьмя чашечными кругами диаметром 0,05 м планетарной головки, поочередно вступающими в контакт с деталью. То есть, один круг планетарной головки сошлифовывает четвертую часть общего объема металла.
Кроме того, при обычном торцовом шлифовании, при движении детали на круг, зона контакта АМСК (рис.3.3, б) и, следовательно, ширина источника 2/г, равная ширине торцовой части круга в остаются постоянными по величине. При планетарном шлифовании при вращении водила круг движется поперек детали, при этом ширина среза изменяется от нуля (в положении оси круга в точке Оі) до максимального значения, равном ширине торцовой части круга в (в положении оси круга в точке () и затем снова уменьшается до нуля (положение оси круга в точке Оз) (рис.3.3, а). Переменной по величине является и ширина источника тепла.
Методика исследования качества поверхностного слоя образцов после шлифования
При действии нормальной составляющей силы резания на образец все стойки испытывают сжатие. Для измерения этой составляющей силы на внутренние стороны всех стоек по осям симметрии наклеено по одному тензодатчику І?3..Д, сопротивлением 60 Ом, которые соединены последовательно. Второе плечо полумоста образуют компенсационные тензодатчики. которые наклеены на пластину 4, прикрепленную изнутри к державке 2. Такое расположение компенсационных тензодатчиков позволяет избежать большого влияния температуры на показания измерений, т.к. пластина и стойки нагреваются примерно одинаково. В первоначальном варианте, когда компенсационные тензодатчики были наклеены на корпусе, вследствие возникающей при шлифовании разницы температуры державки, стоек и корпуса это влияние было заметным и оно учитывалось при расшифровке осциллограмм. Для предотвращения влияния влаги на тензодатчики между державкой и корпусом установлен экран б из тонкой фольги, который приварен конденсаторной точечной сваркой, а стыки промазаны влагостойким клеем обеспечивающим герметичность внутренней полости.
Для установки динамометра на боковую поверхность, как это требовалось при проведении экспериментов, к корпусу прикреплено массивное основание 5. Общий вид динамометра, установленного на магнитной плите станка ЗГ71 для проведения экспериментов, показан на рис. 4.4.
Испытания и эксплуатация динамометра показали, что он имеет достаточную чувствительность, большую жесткость: в продольном направлении -1500 гц, в поперечном - 900 гц, в вертикальном - больше 5000 гц. Взаимное влияние наблюдается лишь при внецентренном приложении вертикальной (по нормали) нагрузки. Но поскольку в условиях эксперимента исследуемые образцы с ограниченной обрабатываемой поверхностью 12x25 мм располагались строго симметрично по отношению стоек, а измерение сил производилось в момент, когда шлифовальный круг контактировался с образцами по их середине, этого влияния практически не наблюдалось.
Конструкция приспособления для измерения износа шлифовального круга представлена на рис. 4.5 Оно состоит из корпуса 1, в котором винтом 5 закрепляется индикатор. На штоке индикатора установлена пята 2, рабочая поверхность которой притерта в сборе строго параллельно основанию корпуса. При измерении пята опиралась на постоянную базу, в качестве которой обычно использовался винт, крепящий шлифовальный круг, а основание корпуса опиралось на рабочую поверхность шлифовального круга. Измерение производилось в 2-3 диаметральных плоскостях в строго фиксированных положениях. Разница показаний индикатора до и после шлифования представляет собой размерный износ круга. Для расширения диапазона измерений (диапазона общего износа шлифовального круга) приспособление снабжено наконечниками 4 и проставками 3, которые прижимаются к основанию корпуса с помощью винтов 6.
При подготовке косых срезов для измерения микротвердости необходимо обеспечить плоскостность и четкую границу пересечения косого среза с обработанной (исследуемой) поверхностью, а также избежать образования дополнительного наклепа в процессе притирки. Эта задача была решена с помощью трехместного приспособления, представленного на рис. 4.6. Исследуемый образец закрепляется в державке, состоящей из корпуса 2, планки 3 и двух винтов J. Основание корпуса 2 срезано под углом 544 , синус которого равен 0,1. Соответственно, такой же будет угол наклона косого среза. Державки прикреплены к диску 1 винтами 4 равномерно расположенными по окружности. Последнее обеспечивает устойчивое положение приспособления на притирочной плите и хорошую плоскостность косых срезов. Диск 1 выполнен массивным, служит одновременно в качестве груза. Постоянная и строго дозированная нагрузка позволяет избежать образования дополнительного наклепа в процессе притирки.На основании приобретенного при подготовке косых срезов опыта для производственных условий ОАО "Пермский Моторный Завод" был разработан и внедрен станок для притирки образцов, обеспечивающий механизированный процесс притирки последовательно на трех притирочных дисках /114/. Для шлифования образцов из инструментальных сталей Р18 и Р9М4К8 при сплошном и прерывистом шлифовании применены круги чашечной формы тип 11 150x40x32 соответственно со сплошной и прерывистой рабочей поверхностью; для планетарного шлифования - тип 6 50x25x13. У прерывистых кругов протяженность выступа принималась равной 50 мм, чтобы обеспечить время контакта одним выступом и динамические условия шлифования примерно такие же, как и при планетарном шлифовании кругами диаметром 50 мм. Выступы расположены по окружности так же, как и шлифовальные круги на планетарной головке. Характеристика кругов для сравнительных испытаний принята 24А25НСМ2К. Кроме того, использованы круги твердостью СМ2 разной зернистости: 16, 25, 40 и круги зернистостью 25 разной твердости: МЗ, СМ1, СМ2, С1. Для шлифования образцов из титанового сплава ВТЗ-1 с напыленным покрытием ВК-20 применены алмазные и эльборовые круги тех же форм и размеров с характеристикой АСР 125/100 БП2-100, ЛО 10 Б1-100 и ЛО 80/63 СМ1К-100. Для шлифования образцов из цементированной стали 12Х2Н4А и титанового сплава ВТЗ-1 применены круги тип 11 150x40x32 24А25НСМ2К для сплошного и прерывистого шлифования и круги тип 6 50x25x13 24А25НСМ2К для планетарного шлифования.
Шлифование с перпендикулярным пересечением единичных срезов зерен инструмента
При шлифовании инструментальных сталей Р18 и Р9М4К8, конструкционной цементируемой стали 12Х2Н4А и титанового сплава ВТЗ-1 были приняты следующие параметры основного режима шлифования: скорость изделия (скорость стола) 3 м/мин.; поперечная подача (глубина шлифования) 0,02 мм/ход; скорость круга при сплошном и прерывистом шлифовании -21,6 м/с, при планетарном шлифовании с наружным зацеплением на периферийном участке траектории 24,3 м/с, при планетарном шлифовании с внутренним зацеплением -13,2 м/с /138, 139/.
С целью обеспечения большей достоверности и сравнимости результатов исследования во всех опытах по возможности сохранялись одни и те же условия, и одновременно измерялось максимально возможное количество параметров. Шлифование производилось без охлаждения торцами кругов, рабочая поверхность которых перед каждым опытом заправлялась алмазно-металлическим карандашом марки Ц с ручной подачей.
При шлифовании круг устанавливался относительно образцов по высоте в одно и то же положение: нижняя образующая выточка круга на 2-3 мм ниже нижней границы шлифуемой поверхности образцов. Такая установка образцов обеспечивает наибольшую стабильность условий обработки при планетарной схеме шлифования. Предлагаемая в работе /140/ установка образца по центру круга целесообразна при обычном шлифовании.
При планетарном шлифовании установка образцов по центру планетарной головки вызывает разные условия шлифования (пятно контакта, скорости шлифования) при входе образцов в контакт с кругами, при прохождении образцов внутри кругов и при выходе из контакта с кругами. Кроме того, движение теплового источника по методике, предлагаемой при исследовании планетарного шлифования предусмотрено практически вдоль образцов, а в случае применения расположения образцов по схеме, предлагаемой работой /140/, направление движения теплового источника и его скорость будут разными в зависимости от места нахождения образцов. При входе образцов в контакт с кругами направление движения теплового источника будет поперек образцов (скорость максимальная). При прохождении образцов внутри круга - направление движения теплового источника будет изменяться в соответствии с изменением результирующей скорости резания. При прохождении образцов на выходе из кругов движение теплового источника вновь будет поперек образцов, при этом скорость резания минимальная. Разные направления движения тепловых источников и разные скорости резания вызовут нестабильный замер температур. В работе /141, 142/ установлено, что максимальная температура будет на границе образца (ребра), если движение теплового источника направлено в сторону границы (ребре) образца.
Таким образом, выбор установки образцов при планетарной схеме шлифования обусловлен стабильностью условий шлифования и исключением влияния адиабатических стенок на температурное поле. Шлифование производилось без выхаживания. Это делалось с целью получения более объективной картины качественных показателей обрабатываемой поверхности для выбранных режимов и условий обработки. По этим же соображениям поперечная подача осуществлялась на каждый ход стола, а не на двойной ход. Число ходов принималось из условия снятия слоя металла 0,25... 0,3 мм, что примерно соответствует среднему припуску под шлифование, а также из условия получения фактической глубины шлифования за проход. Известно /143,144/, что при шлифовании на первых проходах фактическая глубина резания отличается от номинальной подачи по лимбу за счет выбора зазоров и упругих отжатий в системе СПИД. Результаты будут не достоверными, если при исследованиях учитывать номинальную подачу по лимбу, а не фактическую глубину резания. Поэтому фиксирование всех параметров и расшифровка осциллограмм производилась в каждом опыте для последних 5-10 ходов, т.е. установившегося режима, когда фактическая глубина шлифования практически достигает значения подачи по лимбу. Измерение активной мощности электродвигателя привода шлифовального круга производилось с помощью преобразователя мощности П022.5У4.2 и шлейфового осциллографа Н115. Преобразователь мощности, вход которого включен в трехфазную цепь электродвигателя шлифовального круга, преобразует мощность трехфазной цепи в однофазный выход, под- ключаемый к гальванометру типа М005-0Д5, имеющего чувствительность мм/(//Ам), внутреннее сопротивление 60 Ом, собственную частоту 150 Гц. С целью исключения паразитных наводок при записи осциллограмм, к выходу преобразователя параллельно гальванометру был установлен индук-тивноемкостный фильтр. Для расшифровки осциллограмм произведена тарировка всей этой сис темы следующим образом. В цепь электродвигателя одновременно с преобразователем мощности включался ваттметр класса 0,5 измерительного комплекса К51. Так как фильтр, установленный на выходе преобразователя мощности, вносит дополнительную инерционность, для ее учета тарирование производилось непосредственно при шлифовании с теми же скоростями стола, как и в условиях эксперимента. Величина нагрузки изменялась за счет увеличения глубины шлифования. При этом одновременно производилась запись осциллограммы и визуально фиксировалось показание ваттметра. Затем по отклонению луча на осциллограмме и показанию ваттметра строились тарировочные графики для разных скоростей стола и видов шлифования. Часть тарировочных графиков представлена на рис. 4.9 и рис. 4.10. Причем, на графиках представлена активная мощность, то есть мощность электродвигателя за вычетом мощности холостого хода.
