Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние вопроса. Цель и задачи исследования 8
1.1 Перспективы применения профильного алмазного шлифования 8
1.2 Особенности теплофизических процессов при алмазном шлифовании 10
1.3 Влияние тепловых процессов на качество изделий при алмазном шлифовании 18
1.4 Выводы, цель и задачи исследования 24
2 Теоретическое исследование тепловых процессов при профильном алмазном шлифовании 26
2.1 Распределение теплового потока при профильном алмазном шлифовании .26
2.2 Определение контактной температуры при профильном алмазном шлифовании 31
2.3 Выводы по главе 46
3 Моделирование теплового поля и напряжений при профильном алмазном шлифовании 47
3.1 Моделирование теплового поля при профильном алмазном шлифовании 47
3.2 Температурные напряжения при профильном шлифовании 64
3.3 Выводы по главе 66
4 Экспериментальные исследования тепловой напряженности процесса и показателей качества изделий 67
4.1 Методика проведения экспериментальных исследований 67
4.2 Исследование силового режима профильного алмазного шлифования 74
4.3 Исследование контактной температуры и качественных показателей изделий при профильном алмазном шлифовании 81
4.4 Выводы по главе 86
5 Практические рекомендации по обеспечению качества изделий при профильном алмазном шлифовании 87
5.1 Обоснование выбора технологии профильного алмазного шлифования 87
5.2 Повышение эффективности по проектированию технологии профильного алмазного шлифования 92
5.3 Выводы по главе 96
6 Общие выводы 98
Литература
- Влияние тепловых процессов на качество изделий при алмазном шлифовании
- Определение контактной температуры при профильном алмазном шлифовании
- Температурные напряжения при профильном шлифовании
- Исследование контактной температуры и качественных показателей изделий при профильном алмазном шлифовании
Введение к работе
~D~ 2>Л 72
Актуальность темы. В различных отраслях машиностроения используются детали сложной конфигурации, изготавливаемые из труднообрабатываемых материалов, среди которых особое место занимают твердые сплавы. Применение профильного шлифования алмазными кругами при изготовлении таких деталей позволяет значительно увеличить производительность обработки и обеспечить хорошую повторяемость размеров деталей в партии. Операции профильного шлифования не требуют применения сложного и дорогостоящего оборудования и могут быть легко интегрированы в состав технологических процессов, выполняемых на автоматизированных производственных системах.
Тепловые явления, сопровождающие процесс шлифования, оказывают решающее влияние как на протекание самого процесса, так и на качество поверхности. Они являются непосредственной причиной возникновения макро- и микротрещин, сколов и других дефектов, определяющих эксплуатационные показатели изделий.
В связи с этим тема диссертационной работы, направленная на изучение температурно-силовых условий профильного алмазного шлифования и на этой основе изыскание путей повышения качества поверхностного слоя изделий, является актуальной.
Цель работы: повышение качества поверхности изделий при профильном алмазном шлифовании на основе установления взаимосвязи между температурно-силовыми условиями процесса и технологическими режимами обработки.
Методы исследований. Результаты работы получены путем теоретических и экспериментальных исследований.
Теоретические исследования проводились с использованием научных основ технологии машиностроения, интегрального и дифференциального исчисления, теории шлифования, теории теплопроводности, теории вероятностей и математической статистики.
Экспериментальные исследования выполнялись на специальной установке, созданной на базе станка мод. ЗЕ71В. Полученные данные обрабатывались на ЭВМ и представлялись в виде аналитических и эмпирических зависимостей, удобных для практического применения.
Научная новизна.
-
Разработана математическая модель, позволяющая определить контактную температуру при шлифовании фасонным алмазным кругом на различных участках профиля в зависимости от характеристики алмазного круга и технологических режимов обработки.
-
Построена конечно-элементная модель пространственно-временного распределения температурного поля при профильном алмазном шлифовании, позволяющая прогнозировать глубину дефектного слоя при обработке как без охлаждения, так и при использовании смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ).
-
Выявлены причины и определены условия образования микротрещин, сколов и других дефектов поверхностного слоя при профильном алмазном шлифовании, что позволило обосновать пути повышения качества изделий из твердых сплавов.
Практическая ценность.
-
Предложена новая схема построения технологии профильного алмазного шлифования изделий сложной формы, включающая в себя три ступени: глубинное шлифование, правку круга, маятниковое шлифование, и обеспечивающая высокую производительность и требуемое качество поверхности.
-
Разработана методика определения режимов и условий профильного алмазного шлифования на стадии технологической подготовки производства, предусматривающая их проверку по критерию теплонапряженности процесса, в результате чего гарантируется обеспечение требуемого качества поверхности изделий. Для ее практической реализации определены основные принципы построения специализированной информационно-вычислительной системы (ИВС) с использованием графических нотаций методологии SADT (Structured Anylisis and Design Tecnique).
Реализация и внедрение результатов работы. Внедрение технологии профильного алмазного шлифования и практических рекомендаций по выбору режимов обработки на предприятиях г. Пензы позволило исключить возникновение микротрещин, сколов и других поверхностных дефектов при изготовлении фасонных режущих инструментов из твердых сплавов; повысить стойкость режущих инст-
рументов в 1,3...1,4 раза. Экономический эффект от внедрения составил свыше 30 тыс. рублей в год для одного типоразмера изделий.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Математическая модель для расчета контактной температуры в произвольной точке профиля, в том числе на участках с ограниченным теплоотводом;
-
Конечно-элементная модель пространственно-временного распределения температурного поля при шлифовании как без охлаждения, так и с применением смазочно-охлаждающих жидкостей;
-
Условия образования микротрещин, сколов и других дефектов в поверхностных слоях при профильном алмазном шлифовании изделий из твердых сплавов;
-
Схема построения технологии профильного алмазного шлифования, включающая глубинное шлифование, правку круга, маятниковое шлифование;
-
Методика определения технологических режимов и условий алмазного шлифования изделий сложной формы на стадии технологической подготовки производства, а также основные принципы построения сервисной ИВС.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Международной научно-технической конференции "Проблемы машиностроения и технологии материалов на рубеже веков" (Пенза, 2003); Всероссийской научно-практической конференции "Технологическое обеспечение качества машин и приборов" (Пенза, 2004); Международной научно-технической конференции "Процессы абразивной обработки, абразивные инструменты и материалы" (Волжский, 2004); Всероссийской научно-технической конференции "Новые материалы и технологии" (Москва, 2004); Всероссийской научно-технической конференции "Информационные технологии и системы в науке, образовании, промышленности" (Пенза, 2005); Международной научно-практической конференции "Прогрессивные технологии в современном машиностроении" (Пенза, 2005); Международной научно-практической конференции "Технологическое обеспечение качества машин и приборов" (Пенза, 2005); Всероссийской научной конференции студентов и аспирантов "Молодые исследователи - регионам" (Вологда, 2005); Между-
народной научно-практической конференции "Технологическое обеспечение качества машин и приборов" (Пенза, 2005).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы, включающего 116 наименований, и приложения. Объем работы: 114 страниц основного машинописного текста, 39 рисунков, 12 таблиц.
Влияние тепловых процессов на качество изделий при алмазном шлифовании
Интегрируя по координате z0 решая полученное выражение и преобразуя его в функции Бесселя, были найдены зависимости контактной температуры от ширины источника и скорости его перемещения. Полученная формула дает возможность исследовать закономерность изменения контактной температуры по длине дуги контакта.
Расчеты обнаруживают зависимость характера изменения температуры по дуге контакта от скорости перемещения источника. При большой скорости перемещения детали V„ температура достигает своего наибольшего значения на задней границе источника. При скорости V„=0 (врезное шлифование) максимальная температура возникает в центре источника.
По сравнению с методом источников расчета температурных полей, который предполагает при решении теплофизических уравнений определенную идеализацию начальных и граничных условий, более простым, а во многих случаях и более эффективным является численный метод. Данный метод основан на делении времени процесса т на интервалы Дт, а в пространственных координатах х, у и z - на интервалы Ах, Ау и Az. Расчет температурного поля сводится к серии алгебраических операций [77, 111].
Большинство методов теоретического исследования тепловых явлений при шлифовании основано на допущениях, не позволяющих получить картину действительных температур. Провести анализ правомерности принимаемых допущений и определить степень искажения действительной картины температурного поля аналитическими методами в настоящее время невозможно. Эти вопросы, а также установление зависимости между величиной контактной температуры, температурным полем и временем действия источника и его мощностью решены экспериментально.
А.М Даниэлян [73, 115] классифицирует методы экспериментального исследования температурного поля на косвенные (методы цветов побежалости, применения легкоплавких веществ, термокрасок и остаточных воздействий температур на структуру материала шлифуемой детали) и методы непосредственного измерения температуры (методы с применением различного вида термопар).
Методы косвенного измерения температур дают возможность получить только качественную картину распределения температур в теле детали, измерить контактную температуру, а также построить температурное поле в фиксированный момент времени с помощью косвенных методов невозможно.
Метод термочувствительных покрытий и красок основан на изменении цвета некоторых составов под воздействием температур, т.е. при достижении определенной температуры, называемой критической или температурой перехода. При использовании термоиндикаторов не требуется дорогостоящей измерительной аппаратуры, отсутствуют ограничения по размерам и форме поверхности, ее материалу, шероховатости, движению. Средняя погрешность измерения температуры составляет 2.. .4С [73].
Метод микроструктурного анализа основан на необратимости фазовых и структурных превращений, протекающих в поверхностном слое круга вследствие нагрева его до критической температуры. Метод регистрирует последствия воздействия высокой температуры.
Наибольшее распространение получил метод термопар, позволяющих зафиксировать пространственно временное изменение температурного поля. Метод термопар обладает более широкими возможностями и достаточно высокой точностью, которая в большой степени зависит от вида термопары и ее конструктивной схемы.
При измерении температуры шлифования методом естественной термопары [115] были получены значения максимальной температуры, достигающей уровня плавления обрабатываемого материала. Для чего был изготовлен специальный электропроводной круг и исследована температура в зоне контакта. Измерить же температуру при шлифовании серийными абразивными кругами и исследовать температурное поле детали естественной термопарой невозможно. Распространенный метод измерения температуры при шлифовании с помощью искусственной термопары, когда горячий спай двух электродов приваривается к исследуемому образцу, также имеет существенный недостаток. Ее горячий спай сравнительно велик, поэтому такой термопарой невозможно измерить температуру в точке.
Измерение контактных температур с использованием искусственной термопары рассмотрено в работе [90]. Шлифуемый образец ввертывается в изоляционную втулку до упора в стержень, плотно зажимая своим донышком горячий спай термопары. Образец шлифуется с заданными режимами до полного разрушения спая. Наибольшая величина температуры шлифования, которую можно зафиксировать с помощью этой термопары, очевидно, имеет место при предпоследнем проходе круга, когда спай термопары еще не на 16 рушен и круг отделен от спая наименьшим по величине слоем металла. Эта методика имеет существенные недостатки. Прежде всего, неопределенность положения рабочего спая относительно плоскости шлифования при последнем проходе вынуждала авторов повторять эксперимент на неизменных режимах большее число раз. Подобными термопарами можно измерять температуру для одного режима, но для следующего эксперимента необходим монтаж новой термопары.
Наиболее надежные результаты при измерении температур получаются с помощью полуискусственной термопары. Ее можно приблизить к зоне резания зерном, что обеспечивает получение температур, более близких к истинным [52]. Недостатком данного метода является практическая невозможность изучения тепловых явлений во времени.
Определение контактной температуры при профильном алмазном шлифовании
Экспериментальные исследования выполнялись на плоскошлифовальном станке мод. ЗЕ71В, который был подвергнут модернизации, позволяющей производить изменение частоты вращения шпинделя, а также профили щ рование и правку алмазного круга [41]. Изменение рабочей скорости алмазного круга производилось ступенчато - с помощью сменных шкивов, которые для кругов диаметром 250мм обеспечивали окружную скорость 11, 24 и 36м/с.
Исследования проводились на образцах шириной 8±0,1мм, изготовленных из твердых сплавов: одно-, двух- и трехкарбидных с различным содержанием кобальта. # Для измерения составляющих силы резания при шлифовании исполь зовался специальный динамометр на пластинчатых составных упругих элементах. Конструкция динамометра приведена на рисунке
Стальным основанием 1 динамометр устанавливается на магнитной плите плоскошлифовального станка. Основание имеет проушины, в каждой из которых закреплено по три шариковых подшипника, служащих направляющими для осей 12 верхней плиты 2. Горизонтально расположенные подшипники служат для компенсации осевой силы Рх, возникающей при шлифовании изделий с несимметричной формой профиля. Подшипники с горизонтально расположенными осями являются двумя точками опоры для верхней плиты. Третьей точкой опоры является подшипник 5, передающий усилие Ру на упругий элемент 3.
Усилие Рг воспринимается упругими элементами 4. Регулировка положения плиты и начального усилия, необходимого для выбора зазоров, производится регулировочными винтами 6. Для уменьшения массы колеблющихся частей и повышения частоты собственных колебаний динамометра верхняя t плита изготавливается из легкого сплава. Зажимные приспособления, в кото рых устанавливаются образцы, также изготавливаются из легкого сплава и закрепляются на верхней плите болтами в Т-образных пазах.
Измеряемая нагрузка прикладывается к сменному упругому элементу 7, упругость которого, в основном определяет жесткость и чувствительность системы. При нагружении элемент деформируется (прогибается) и передает эту деформацию через стальной шарик 8 на основной упругий элемент 9, на котором наклеены тензодатчики 10. Во избежание воздействия паров охлаж дающей жидкости, тензодатчики покрыты водостойкой пленкой. В случае необходимости изменения чувствительности динамометра, следует заменить только сменный упругий элемент, что существенно повышает оперативность работы при проведении экспериментальных исследований.
Шлифуемые образцы крепились в зажимном приспособлении, установленном на верхней плите динамометра. Для исключения влияния погрешности от возможного упругого отжатая врезная подача производилась как при прямом, так и при обратном ходе стола станка. В целях обеспечения работы круга в установившемся режиме при сме не обрабатываемого материала круг предварительно прирабатывался в тече ние 15...20 минут. В ходе эксперимента осуществлялся постепенный переход от мягких режимов к более жестким. При этом выявлялось отсутствие тен денции к изменению усилий от продолжительности опыта, что служило сви детельством установившегося характера процесса. Только при отсутствии та ш кой тенденции данные опыта принимались во внимание. Термометрирование процесса шлифования с целью определения контактной температуры производилось с помощью полуискусственной термопары, являющейся наиболее гибким инструментом при исследовании тепловых явлений. Термоэлектроды изготавливались из медной изолированной проволоки Л толщиной 0,09мм. Шлифуемый образец, профиль которого представляет со 70 бой дугу окружности радиусом 10мм, состоял из двух половин, в одной из которых электроэрозионном методом прорезались канавки радиусом 0,05мм и глубиной 0,1мм на расстоянии 2мм друг от друга. Канавки заливались бакелитовым лаком, после чего, не давая ему просохнуть, укладывались термоэлектроды и образец зажимался в тисках. После полного высыхания лака весь комплект устанавливался в зажимное приспособление, а выводы термоэлектродов припаивались к специальной колодке. Перед шлифованием выступающие части термоэлектродов срезались заподлицо с обрабатываемой поверхностью. Плоскость разъема образца также заливалась лаком, что предохраняло горячий спай от попадания охлаждающей жидкости. Такая схема заделки позволяет исследовать закономерность изменения температуры при любых режимах шлифования без перемонтажа термопары.
В процессе шлифования верхняя часть термоэлектрода срезается и благодаря пластическим деформациям проволока «размазывается» по поверхности образца и образуется горячий спай термопары медь - обрабатываемый материал. Тщательное рассмотрение места получения горячего спая термопары под микроскопом показало, что термопара измеряет температуру в зоне контакта, усредняя ее по глубине порядка 0,002...0,005мм. Малый диаметр термоэлектрода делает термопару практически безынерционной.
Схема заделки термопар показана на рисунке 4.2. 1 - шлифуемый образец; 2 - термоэлектроды
Такая установка термопар позволяла определять распределение температур по профилю пілифуемой поверхности. Тарировка термопар выполнялась динамическим методом.
В целях уменьшения погрешности при измерении температур, регистрировалась величина термоэдс, а не величина термотока. Для этого был разработан и изготовлен прецизионный усилитель постоянного тока с высоким входным сопротивлением. Первый каскад является усилителем напряжения с регулируемым коэффициентом усиления. Выходной каскад выполнен на составном транзисторе, включенным по схеме эмиттерного повторителя. Питание усилителя осуществляется от двухполярного стабилизированного источника с напряжением ± 15В. Для обработки и анализа сигналов от датчиков, регистрирующих усилия резания Ру и Рг, а также термоэдс от термопар использовался специальный стенд, функциональная схема которого приведена на рисунке 4.3. метра поступают на тензоусилитель ТОПАЗ-3. Коммутатор позволяет осуще ствлять последовательное подключение датчиков, регистрирующих радиаль ную Ру и тангенциальную Pz составляющую силы резания. Поскольку ампли туда сигнала на выходе тензоусилителя превышает максимальную амплитуду сигнала на входе аналого-цифрового преобразователя (АЦП), составляющую 0,25В, то применялось устройство согласования. Последнее представляет со -, бой дискретный делитель напряжения, который позволяет уменьшить ампли туду сигнала, поступающего на вход АЦП в 2, 10, 50 и 100 раз. Уменьшение погрешностей измерения обеспечивалось путем тарировки перед проведением каждой серии опытов. Нагрузка в процессе тарировки прикладывалась в месте крепления образца, благодаря чему исключалось влияние плеча «точка приложения силы - ось вращения».
При измерении температур в зоне контакта алмазного шлифовального круга с изделием термоэдс от соответствующей термопары подается на пре-цизионный усилитель. Контрольная регистрация термоэдс производится запоминающим электронным осциллографом С8-9А. С выхода прецизионного усилителя сигнал поступает на вход АЦП.
Температурные напряжения при профильном шлифовании
Локализованный нагрев, сопровождающий процесс шлифования, является основной причиной образования напряжений, которые, в свою очередь, приводят к возникновению макро- и микротрещин, сколов и других дефектов. Следовательно, для анализа возникающих напряжений, а также определения глубины трещиноватого слоя необходимо знать характер распределения температурного поля в изделии.
Как было показано выше, локальная плотность теплового потока в разных точках профиля является различной, что приводит к соответствующим изменениям контактной температуры. Если принять, что по дуге контакта алмазного круга с изделием тепловой поток распределяется равномерно, то мы имеем граничное условие 2-го рода: -X— = q, = const При х = 0, jzl A. дх Тогда пространственно-временное распределение температурного поля может быть найдено в результате решения двумерной нестационарной тепловой задачи: дТ Jd2T Э2гЛ „ дТ ,- .. pcft=H + J & (зл) где "к - коэффициент теплопроводности; Т - искомая температура; Кта -скорость теплового источника; р - плотность материала; с - удельная теплоемкость; х, у, z - координаты; т - время. Уравнение (3.1) должно удовлетворять начальным и граничным условиям.
Схема теплового нагружения при профильном алмазном шлифовании без охлаждения Через поверхность 1 поступает тепловой поток. Контактная температура на шлифуемой поверхности задается с учетом особенностей ее распределения по профилю. Для этого используется зависимость (2.23).
На поверхностях 2 и 4 не подвергаемых воздействию теплового потока, имеет место конвективный теплообмен. Предполагается, что теплоотдача в окружающую среду с постоянной температурой Тс осуществляется по закону Ньютона-Рихмана. С учетом этого граничное условие имеет вид:
Для нахождения решения уравнения (3.1) в заданной области и при заданных условиях теплообмена на ее границах используем метод конечных элементов (МКЭ) [79, 85, 98].
МКЭ - эффективный численный метод, который позволяет варьировать форму элементов, легко учитывает переменные граничные условия и позволяет добиваться достаточной точности путем сгущения сетки разбиения исследуемой области, благодаря чему хорошо подходит для расчета и анализа температурных полей. Для отыскания пространственно-временного распределения температурного поля в изделии необходимо найти такую последовательность функций T(x,z,i), чтобы функционал, эквивалентный уравнению (3.1) с соответствующими граничными условиями, принимал минимальное значение в заданной области, определяемой размерами шлифуемого изделия.
В соответствии с общими принципами МКЭ минимизация функционала (3.5) выполняется в следующей последовательности: Шлифуемое изделие представляется в виде совокупности элементов, имеющих конечные размеры. Выбирается вид координатных функций (функций формы), однозначно описывающих распределение температуры в элементе. В качестве основных неизвестных принимаются значения температур в узлах, обычно располагаемых на гранях элементов. Распределение температуры в элементе выражается через значения температур его узлов. Это позволяет перейти от бесконечного числа степеней свободы (неизвестных параметров задачи) к конечному, равному в данном случае числу узлов элемента. Полученное выражение координатной функции подставляется в выражение функционала (3.5) и находится его минимум по отношению к значениям температур в узлах. Для этого первая вариация функционала (3.5) по температурам узлов приравнивается к нулю. При выполнении указанной операции общий интеграл в выражении (3.5) заменяется суммой интегралов по каждому элементу.
Условия минимума функционала приводят к системе линейных алгебраических уравнений, порядок которой равен числу узлов. Решение этой системы с учетом граничных условий и является распределением температуры, соответствующим минимуму функционала, а следовательно и решением поставленной задачи определения поля температур в шлифуемом изделии.
При моделировании тепловых процессов в двумерной постановке для дискретизации исследуемой области в качестве конечных элементов использовались двухмерные симплекс-элементы.
Будем полагать, что внутри каждого конечного элемента поле температур аппроксимируется линейной зависимостью. С учетом этого искомая температура любой точки элемента выражается через неизвестные значения температур его узлов как:
Для изотропного тела коэффициенты в матрице (3.7) заменяются скаляром X = Х„ = Хп. Вектор тепловой нагрузки {F e)} учитывает наличие внутренних источников теплоты, распределенных по поверхности Si, внешний тепловой поток q, поступающий через границы элемента, а также наличие конвективного теплообмена на его границах $2.
Компоненты глобальных матриц [С], [К] и {F} вычисляются суммированием одноименных компонент [С ], [К6] и \fe} по всем элементам системы:
Сравнительный анализ графических зависимостей (рисунок 3.4, 3.5) показал, что при глубинном шлифовании дефектный слой имеет большую толщину, чем при маятниковом.
Одним из условий снижения температуры при шлифовании является использование СОЖ. В этом случае при постановке тепловой задачи следует дополнительно учитывать наличие конвективного теплообмена на обрабатываемой поверхности.
Исследование контактной температуры и качественных показателей изделий при профильном алмазном шлифовании
Анализ показывает, что увеличение глубины шлифования приводит к росту температуры в зоне резания. Это можно объяснить следующим образом. С ростом глубины шлифования повышается нагрузка на зерно, увеличивается площадь контакта инструмента с изделием и силы трения.
Исследования показали, что применение СОЖ значительно уменьшает контактную температуру, поскольку это позволяет уменьшить силы трения и, соответственно, тепловыделение при обработке, а также интенсифицировать отвод тепла от инструмента и обрабатываемого изделия.
Как было показано выше, определяющее влияние на образование микротрещин, сколов и других дефектов при профильном шлифовании изделий из твердых сплавов имеет тепловой фактор. В целях проверки адекватности теоретических положений были проведены экспериментальные исследования. Шлифование образцов из твердых сплавов с предварительно подготовленным профилем выполнялось алмазными кругами АС6 125/100-100%-М1 диаметром 250мм при различных значениях технологических режимов обработки. Конфигурация рабочей поверхности круга описывалась дугой окружности радиусом 10мм.
Поскольку наибольшие термодинамические нагрузки имеют место на экстремальных участках профиля, контактная температура рассчитывалась по формуле (2.23) для у = 0. Результаты экспериментальных исследований приведены в таблице 4.8. Анализ показывает, что трещинообразование имеет место при контактных температурах, превышающих 400С. «к Таблица 4.8 - Состояние поверхностного слоя образцов обработанных при различных технологических режимах t, мм Ки, мм/мин Ккр,м/с Г, С Наличие трещин
Таким образом, результаты экспериментальных исследований подтверждают предположение о том, что шлифовочные трещины возникают не от накопления усталостных микроповреждений, а от временных термических напряжений вызванных локальными воздействиями высоких температур при охлаждении шлифованных участков за пределами зоны контакта.
Исследования показали, что однокарбидные твердые сплавы (группы ВК) менее склонны к образованию трещин, чем двухкарбидные (группы ТК). Это можно объяснить тем, что двухкарбидные твердые сплавы имеют более низкие прочностные характеристики. Кроме того, по нашему мнению, в образовании шлифовочных трещин определенную роль играют границы неоднородных включений. Известно [80], что в структуре твердых сплавов обнаруживается пористость до 0,4%. Размеры единичных пор могут достигать 80...120мкм. При этом в сплавах ТК поры имеют большие размеры, чем в сплавах ВК. Наличие в структуре таких включений вызывает локальную концентрацию тепла и, соответственно, повышение термических напряжений. Предельная температура, при которой образуются шлифовочные трещины при обработке изделий из твердых сплавов различных марок не должно превышать 400С.
1. На основе метода планирования и анализа эксперимента получено выражение для расчета тангенциальной составляющей силы резания при профильном алмазном шлифовании в зависимости от режимов обработки, параметров алмазосодержащего слоя и физико-механических свойств обрабатываемого материала
2. Проведены экспериментальные исследования контактной температуры. Полученные данные показали, что расхождение между экспериментальными и теоретическими расчетами составляет 10...12%. Таким образом можно утверждать, что теоретическая модель адекватно отражает реальный процесс профильного шлифования.
3. Изучено состояние поверхностных слоев шлифуемых изделий. Установлено, что предельная температура, при которой образуются шлифовочные трещины при обработке изделий из твердых сплавов различных марок не должна превышать 400С. 5 Практические рекомендации по обеспечению качества изделий при профильном алмазном шлифовании
Обоснование выбора технологии профильного алмазного шлифования Совершенствование технологии профильного шлифования должно быть направлено на повышение производительности обработки и качества изделий. С этой целью предлагается многоступенчатая схема построения технологии обработки изделий сложной формы. На первой ступени осуществляется глубинное шлифование и снимается большая часть припуска за один рабочий ход.
Глубинное шлифование имеет по сравнению с маятниковым несомненное преимущество, поскольку существенно сокращаются потери времени, связанные с обратными ходами и перебегом круга. В то же время при глубинном шлифовании возрастают силы резания и тепловыделение в зоне обработки. Указанные особенности следует учитывать при назначении технологических режимов обработки.
Вторая ступень - правка; выполняется с целью восстановления геометрии профиля рабочей поверхности алмазного шлифовального круга и его режущих свойств. Правку алмазного круга будем вести электроэрозионным методом. Выбор пал на данный метод благодаря его специфическим особенностям: наличие зазора между взаимодействующими поверхностями позволяет осуществлять бесконтактное формообразование с минимальным усилием и износом правящего инструмента; избирательность и дискретность процесса создают условия для проведения размерной и качественной обработки; термический характер эрозии позволяет вести обработку инструментов с любыми физико-механическими свойствами алмазосодержащего слоя. На третьей ступени осуществляется маятниковое шлифование и удаляется припуск, определяемый глубиной дефектного поверхностного слоя после глубинного шлифования. Для удаления этого припуска требуется, как правило, наибольшее число двойных ходов стола. При этом конфигурация рабочей поверхности круга не претерпевает каких-либо заметных изменений, что способствует достижению высокой точности обработки. Кроме того, назначая технологические режимы для маятникового шлифования с учетом теплофизики процесса, становится возможным избежать возникновения микротрещин, сколов и других дефектов и обеспечить требуемое качество обработанных поверхностей и эксплуатационные характеристики изделий. Высокие температуры, возникающие в зоне обработки при глубинном шлифовании, являются причиной образования значительных термических напряжений, что приводит к возникновению микротрещин, сколов и других дефектов. При этом глубина термического воздействия Ад, а следовательно и распространение растягивающих напряжений, определяется глубиной проникновения температурной волны в тело шлифуемого изделия.
Для автоматизации проектирования технологии профильного алмазного шлифования была спроектирована специализированная информационная вычислительная система (ИВС), которая включает: подсистему выбора режимов обработки для глубинного шлифования, подсистему выбора режимов обработки для маятникового шлифования, подсистема проверки условия соблюдения теплового режима обработки.
В процессе проектирования ИВС использовался системный подход [86, 95] и применялись графические нотации методологии SADT [15, 29]. Результатом применения методологии SADT является модель, которая состоит из диаграмм, фрагментов текстов и глоссария, имеющих ссылки друг на друга (рисунок 5.1). Одной из наиболее важных особенностей данной методологии является постепенное введение все больших уровней детализации по мере создания диаграмм, отображающих модель.
