Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Современные технологии абразивной обработки дискретным шлифовальным материалом. актуальность проблемы и задачи исследования 15
1.1. Сущность и технологические возможности методов обработки дискретным шлифовальным материалом 15
1.1.1. Галтовочная обработка деталей во вращающихся барабанах 16
1.1.2. Вибрационная обработка поверхностей деталей 17
1.1.3. Турбоабразивная обработка 20
1.1.4. Магнитно- абразивное полирование 21
1.1.5. Центробежно- ротационная обработка 22
1.1.6. Обработка незакрепленным шлифовальным материалом, уплотненным инерционными силами или статическим давлением 23
1.2. Влияние мелкодисперсных абразивных сред на формирование качественных показателей поверхности при центробежной обработке 25
1.3. Взаимосвязь параметров абразивных гранул с микрорельефом рабочих поверхностей деталей и съемом металла при объемных методах обработки деталей сложной формы 29
1.4. Классификация способов центробежной обработки дискретным шлифовальным материалом 33
1.5. Выводы, цель работы и задачи исследований 35
ГЛАВА 2. Теоретические исследования движения частиц шлифовального материала и формирования реологического режущего инструмента 37
2.1. Принципиальные схемы центробежной абразивной обработки деталей 37
2.1.1. Обработка внутренних поверхностей вращения 37
2.1.2. Объемная обработка деталей сложной формы 47
2.1.2.1. Объемная обработка деталей при переносном вращении водила 51
2.1.2.2. Объемная обработка деталей при стационарном положении водила и реверсировании вращения контейнеров 54
2.1.3. Обработка наружных поверхностей вращения 56
2.1.3.1. Обработка шлифовальным материалом, уплотненным при вращении камеры 56
2.1.3.2. Обработка шлифовальным материалом в неподвижной камере 62
2.1.4. Двусторонняя обработка кольцевых поверхностей деталей 64
2.1.4.1. Двусторонняя обработка колец в устройстве с одним ведущим валом 64
2.1.4.2. Двусторонняя обработка колец большого диаметра в устройстве с двумя ведущими валами 67
2.2. Закономерности трансформации дискретного шлифовального материала в режущий инструмент 69
2.2.1. Обработка внутренних поверхностей колец и втулок 70
2.2.1.1. Кинематические характеристики единичной частицы ДШМ 70
2.2.1.2. Динамика формирования режущего эластичного бруска 79
2.2.2. Обработка внутренних поверхностей деталей типа труб 88
2.2.3. Объемная обработка деталей сложной формы 100
2.2.4. Обработка наружных поверхностей вращения и двусторонняя обработка кольцевых поверхностей деталей 121
2.3. Выводы 133
ГЛАВА 3. Исследование взаимодействия дискретного шлифовального материала с обрабатываемой поверхностью детали при центробежной обработке 135
3.1. Основные свойства обрабатывающей реологической среды, трансформированной в режущий инструмент из частиц ДШМ 135
3.2. Исследование динамики контактного взаимодействия плотного бруска с обрабатываемой деталью при полировании внутренних поверхностей вращения 140
3.3. Особенности контактного взаимодействия частиц ДШМ с поверхностью детали при обработке внутренних поверхностей труб потоком суспензии 145
3.4. Динамические характеристики скользящего слоя при объемной обработке деталей 148
3.5. Исследование динамического воздействия частиц ДІТТМ на обрабатываемые поверхности деталей при двусторонней обработке колец сложного профиля уплотненным шлифовальным материалом 166
3.6. Выводы 190
ГЛАВА 4. Методика проведения экспериментальных исследований 192
4.1. Образцы и приборы, применяемые для исследований 192
4.2. Экспериментальное технологическое оборудование 193
4.3. Методика экспериментальных исследований 217
4.4. Выводы 220
ГЛАВА 5. Моделирование съема металла и изменения размеров деталей для различных способов центробежной обработки 221
5.1. Моделирование съема металла при обработке внутренних поверхностей деталей 222
5.1.1. Съем металла при обработке сложнопрофильных поверхностей прядильных колец 222
5.1.2. Съем металла при финишной обработке колец подшипников качения 231
5.1.3. Съем металла и изменение размеров при обработке внутренних поверхностей тонкостенных труб 237
5.2. Моделирование съема металла при объемной центробежной обработке деталей в контейнерах с планетарным вращением при стационарном положении водила 243
5.3. Моделирование съема металла при объемной обработке деталей в контейнерах с планетарным вращением при переносном движении водила 253
5.4. Моделирование съема металла при двусторонней центробежной обработке кольцевых поверхностей деталей 263
5.5. Математические модели съема металла при центробежной обработке поверхностей деталей ДТТТМ 269
5.5.1. Модель съема металла шлифовальным зерном 270
5.5.2. Модель съема металла при объемной обработке деталей гранулами 288
5.5.3. Модель формирования отпечатка и изменения размеров детали при центробежной обработке поверхностей дискретной обрабатывающей средой из стальных шаров 295
5.6. Выводы 307
ГЛАВА 6. Исследование формирования качественных характеристик поверхности и поверхностного слоя деталей при центробежной обработке 309
6.1. Изменение шероховатости поверхности в процессе центробежной обработки. Математические модели шероховатости поверхности 310
6.1.1. Моделирование шероховатости поверхности при финишной обработке деталей шлифовальным зерном 310
6.1.1.1. Шероховатость поверхности при центробежной обработке внутренних сложнопрофильных поверхностей прядильных колец 310
6.1.1.2. Влияние поверхностно-активных веществ на шероховатость поверхности 317
6.1.1.3. Формирование шероховатости поверхности при финишной обработке колец подшипников качения 321
6.1.1.4. Шероховатость поверхности при двусторонней центробежной обработке кольцевых поверхностей деталей 326
6.1.1.5. Исследование формирования параметров шероховатости поверхности при обработке поверхностей деталей шлифовальным зерном 333
6.1.2. Моделирование шероховатости поверхности деталей, обработанных ДШМ в виде гранул 335
6.1.3. Моделирование формирования шероховатости поверхности при центробежной обработке деталей стальными шарами 342
6.1.3.1. Шероховатость поверхности тонкостенных труб 3 42
6.1.3.2. Формирование шероховатости поверхности при объемной обработке деталей стальными шарами 346
6.2. Экспериментальное исследование микро- и субмикрорельефа обработанной поверхности 354
6.3. Микротвердость и остаточные напряжения в поверхностных слоях обработанных деталей 360
6.4. Точностные характеристики центробежной обработки ДШМ 371
6.5. Выводы 380
ГЛАВА 7. Рекомендации по промышленному использованию результатов исследований 383
7.1. Технологические возможности центробежной обработки ДШМ и область эффективного применения 383
7.2. Промышленная реализация результатов исследований 387
7.2.1. Станок для обработки внутренних поверхностей колец 3 87
7.2.2. Установка для центробежной обработки внутренних поверхностей труб шлифовальным зерном или дискретной обрабатывающей средой из стеклянных и стальных шаров 396
7.2.3. Центробежно-планетарный станок для объемной обработки деталей абразивными гранулами или стальными шарами 405
7.3. Рекомендации по режимам обработки и технике- экономическая эффективность 413
7.4. Выводы 420
Заключение и основные выводы 421
Библиографический список 425
Приложения 440
- Обработка незакрепленным шлифовальным материалом, уплотненным инерционными силами или статическим давлением
- Двусторонняя обработка колец большого диаметра в устройстве с двумя ведущими валами
- Съем металла и изменение размеров при обработке внутренних поверхностей тонкостенных труб
- Шероховатость поверхности при двусторонней центробежной обработке кольцевых поверхностей деталей
Обработка незакрепленным шлифовальным материалом, уплотненным инерционными силами или статическим давлением
Для финишной обработки деталей со сложным профилем поверхности более перспективным является метод обработки уплотненным потоком сво 24 бодного абразива [40,41], который позволяет обеспечить необходимое контактное давление и управлять интенсивностью съема металла.
Полирование производится уплотненным абразивным слоем, сформированным под действием инерционных сил из частиц гидроабразивной суспензии на периферии вращающегося барабана или непосредственно на обрабатываемой поверхности деталей. Трансформация гидроабразивной суспензии в уплотненный абразивный слой и перемещение относительно него обрабатываемых поверхностей детали достигаются посредством специальных устройств.
Путем регламентирования технологических режимов и условий обработки можно получать полированные поверхности с высокими качественными характеристиками. Для обработки используется шлифзерно № 25...200 в зависимости от состояния исходной поверхности. На закаленных деталях шероховатость поверхности за один переход может быть снижена с Ra=2,5..A,25 мкм до Ra= 0,1...0,08 мкм. Характерной особенностью нового метода является применение крупнозернистых абразивов № 125...200 на операции полирования. В процессе обработки происходит циркуляция технологической жидкости, поэтому температура суспензии не превышает 50С, а нагрев детали получается незначительным.
Достоинством метода является стабильность процесса обработки, дешевый материал инструмента, относительная простота конструкций установок.
В последнее время получила распространение разновидность этого метода, при котором уплотнение абразива достигается не инерционными силами, а статическим давлением сжатого воздуха на эластичные стенки рабочей камеры. Оправки, на которые установлены детали, закрепляют на шпинделе и погружают в рабочую камеру с абразивной средой [42,43]. Оправкам сообщают вращение, а в камеру давления с внутренней эластичной стенкой подают сжатый воздух, который деформирует стенку и передает давление обрабатывающей среде, что создает необходимое для эффективной обработки контактное давление на обрабатываемые поверхности деталей. Варьируя технологическими параметрами, можно обеспечивать режимы обработки от обдирочного шлифования до тонкого полирования.
Простота реализации новой технологии делают ее перспективной для финишной обработки наружных поверхностей деталей типа валов, втулок, колец. Причем для обработки валов уплотнение абразивной массы в камере может осуществляться подвижными нажимными вкладышами [44] без ис 25 пользования эластичных стенок. Обработка производится как всухую, так и с подачей в камеру охлаждающей жидкости.
Однако несмотря на то, что метод отличает высокая производительность обработки и сравнительная простота используемого оборудования, его широкое применение ограничивает недостаточная изученность. На эффективность обработки влияют как технологические, так и конструктивные параметры, характеристики обрабатывающих сред и составы охлаждающих технологических жидкостей с поверхностно- активными веществами. Исследования по комплексному влиянию всех параметров на выходные показатели процесса (производительность, достижимая шероховатость, упрочнение поверхностного слоя деталей) проводились в недостаточном объеме, а нередко носят противоречивый характер. Для обеспечения стабильности и управляемости процессом обработки при использовании этой технологии необходимы исследования по моделированию процесса обработки, созданию новых схем и конструкторских разработок для реализации новых способов этого перспективного метода в производственной практике.
Для управления процессом формирования качественных характеристик обработанной поверхности необходимо изучение контактного взаимодействия абразивных частиц с материалом детали. Это относится к обработке связанным абразивом (шлифовальные круги и бруски), эластичным абразивным инструментом (инструменты с эластичной полимерной связкой или эластичной подложкой) и незакрепленным шлифовальным материалом.
При массовом воздействии абразивных частиц на материал детали в зависимости от условий контактного взаимодействия возможно преобладание микрорезания, микроскалывания, упругого и пластического деформирования металла, а также, как утверждается в работе [45], усталостного разрушения поверхностного слоя твердого тела вследствие его многократного передеформирования. Существенное влияние на качество обработки оказывает характер контактирования абразивного инструмента с поверхностью детали.
В соответствии с современными представлениями [46,47,48] условия врезания и характер износа абразивных зерен могут быть различными, а образование обработанной поверхности происходит в результате суммарного воздействия абразивных частиц на поверхность детали. При этом различные условия можно свести к трем схемам обработки: связанным зерном, укрепленным в жесткой связке; зерном, закрепленным на упруго- эластичном основании и свободными зернами, не закрепленными в зоне контакта. В работе [48] отмечается, что при обработке жестко закрепленным зерном глубина внедрения в обрабатываемый материал определяется величиной подачи, а глубина вдавливания зерна на упругой основе, из-за отжатия эластичного основания, будет несколько меньше. Но деформации эластичного основания позволяют вступить в работу дополнительному числу зерен меньшей высоты и образовать более плотный режущий контур, что отсутствует при жесткой схеме закрепления абразивных частиц. При этом различными будут оставляемые на поверхности детали следы обработки.
При обработке незакрепленным абразивным зерном происходит поворот и перекатывание зерен по обрабатываемой поверхности и процесс разрушения металла замедляется.
Можно предположить, что при динамическом процессе абразивного контактирования твердых тел указанные схемы обработки в чистом виде существовать не могут. Обработанная поверхность образуется в результате суммарного воздействия зерен, взаимодействующих с поверхностью детали, причем контактирование возможно по разным схемам.
Благоприятные условия контактирования абразивных зерен с обрабатываемой поверхностью создаются при центробежных способах обработки незакрепленным шлифовальным материалом, уплотненным инерционными силами [40,41] . Абразивные зерна не имеют жесткого закрепления и под действием центробежных сил прижимаются к обрабатываемой поверхности. При этом они занимают устойчивое положение, опираясь на две и более вершины, если этому не препятствуют соседние зерна. Высокая плотность контактирования, обусловленная отсутствием связки, ровный режущий контур позволяют осуществлять эффективную обработку при значительно меньших по сравнению со связанным абразивом контактных давлениях. Установлено [49], что съем металла осуществляется не столько путем внедрения отдельных вершин абразивных зерен в поверхность металла, сколько за счет резания выступами микро- и субмикрорельефа абразивных зерен. Поэтому при обработке удаляется лишь тонкий поверхностный слой металла, определяемый величиной исходной шероховатости и глубиной дефектного поверхностного слоя, образованного на предшествующей операции. Основной съем металла происходит за счет микроскобления и субмикроскобления выступами микрорельефа абразивных зерен [50,51].
Двусторонняя обработка колец большого диаметра в устройстве с двумя ведущими валами
При совершении контейнером осциллирующих движений в радиальном направлении в зоне контакта абразивного бруска с обрабатываемой поверхностью происходит чередование разрежения абразивного бруска (при смещении контейнера под действием центробежных сил) и уплотнения (при смещении контейнера в противоположном направлении за счет упругих . свойств элементов 3). В результате радиальных осцилляции контейнера происходит замена и переориентация абразивных зерен в зоне обработки. Увеличение давления в момент уплотнения бруска вследствие колебаний контейнера интенсифицирует съем металла с обрабатываемых поверхностей деталей. Кроме того радиальные колебания контейнера способствуют более равномерной обработке труднодоступных участков профиля деталей со сложной конфигурацией рабочих поверхностей.
Исследованиями установлено, что обработка может производиться в рассмотренных выше способах и без осевых или радиальных осциллирующих движений контейнеров с деталями, но сообщение деталям колебаний обеспечивает создание более равномерного контактного давления по всему обрабатываемому профилю, усложняет траекторию движения абразивных частиц, что приводит к интенсификации процесса обработки и улучшению качества поверхностей деталей.
Производительность и качественные характеристики обработанной поверхности определяются скоростями вращения водила и контейнеров и их соотношением, а также свойствами шлифовального материала, его зернистостью. Существенное влияние на эффективность обработки оказывает состав жидкостной фазы суспензии, в частности, вязкость жидкости и содержание в ней химически - активных элементов.
Установлено, что путем увеличения вязкости жидкости гидроабразивной суспензии можно обеспечить формирование более плотного абразивного бруска за счет повышения закрепленности зерен шлифовального материала в бруске. Это позволяет повысить скорость вращения деталей с контейнером вокруг собственной оси и получить, при прочих равных условиях, меньшую шероховатость поверхности. При этом важно нормировать концентрацию вводимых в жидкость суспензии химических компонентов [69].
При всех способах обработки внутренних поверхностей деталей важно сохранить постоянное пространственное положение сформировавшегося из абразивных частиц суспензии абразивного бруска при сообщении контейнерам вращения вокруг собственной оси. Стабильность пространственного положения абразивного бруска в полости контейнера определяется соотношениєм угловых скоростей переносного вращения контейнера со і и скорости вращения контейнера вокруг собственной оси Ш2, а также от напряженности инерционного силового поля. Напряженность инерционного силового ПОЛЯ зависит от скорости вращения водила а і и конструктивных параметров устройства. От напряженности инерционного силового поля зависит контактное давление абразивного бруска на поверхности обрабатываемых деталей.
Для повышения контактного давления шлифовального материала на обрабатываемые поверхности можно рекомендовать способ обработки внутренних поверхностей, в котором абразивный брусок формируют с использованием твердого наполнителя [70].
В качестве твердого наполнителя применяют металлические шары или призмы. Плотность материала наполнителя должна быть больше плотности абразивного материала. Применение твердого наполнителя интенсифицирует действие шлифовального материала, так как вследствие большей массы наполнитель под действием инерционных сил значительно повышает контактное давление абразивных частиц на обрабатываемую поверхность. Установлено, что применение твердого наполнителя в массовом соотношении 1:3 к абразивной фракции позволяет уменьшить на 50% скорость вращения водила coj. При этом твердый наполнитель оказывает упрочняющее действие на обрабатываемые поверхности. Однако преимущественная область применения твердого наполнителя- это обработка закаленных поверхностей деталей мелкозернистыми шлифовальными порошками и эффективность достигается в довольно узком диапазоне соотношений угловых скоростей вращения водила сої и контейнеров вокруг собственных осей ю2.
Центробежно- планетарный способ может эффективно использоваться также для финишной обработки внутренних поверхностей тонкостенных труб. Для передачи энергии сверхвысокой частоты широко используют трубы круглой и прямоугольной формы в поперечном сечении, длиной до одного метра, из которых составляют волноводные тракты. Соединительными элементами трактов являются гофрированные секции и изогнутые элементы труб, снабженные с торцов присоединительными фланцами. Изготавливают волноводные тракты из латуни марок Л63, Л96 и технически чистого алюминия АД00. Сложная конфигурация труб затрудняет отделочную обработку внутренних поверхностей, шероховатость которых не должна превышать Ra= 0,2...0,1 мкм. Применяемая для обработки тонкостенных труб шлифовка гидроабразивной суспензией, прокачиваемой принудительно через трубы, является малоэффективной, так как контактное давление частиц шлифовального материала на поверхность трубы остается невысоким. Производительность финишной обработки тонкостенных труб можно значительно повысить путем уплотнения твердой фракции потока суспензии инерционными силами при сообщении трубам планетарного движения. Нами разработана технология полирования внутренних поверхностей подобных труб[65].Принципиальная схема обработки приведена на рисунке 2.4. На основании 1 устройства (см. рисунок 2.4.,а) смонтированы две стойки 2 и 3, на которых установлены планшайбы 4 и 5. На периферии планшайбы размещены патроны 6 для закрепления обрабатываемых труб 7. Стойка 3 с планшайбой 5 имеет возможность осевого перемещения относительно основания 1, что позволяет производить быстрое закрепление обрабатываемых и смену обработанных труб. Резервуары 8 и 9 предназначены для загрузки шлифовального материала и создания в них избыточного давления, необходимого для образования гидродинамического потока суспензии. Резервуары соединены через обрабатываемые трубы в замкнутую систему посредством трубопроводов 10 и 11 и муфт 12 и 13, которые служат для подвода суспензии в обрабатываемые трубы 7, установленные на планшайбе с возможностью вращения. Обрабатываемые трубы через патроны, в которых они зажаты, попарно соединены между собой эластичными оболочками.
Обработку производят следующим образом. В патроны планшайбы 4 устанавливают обрабатываемые трубы 7 и закрепляют их перемещением зажимной планшайбы 5. В резервуар 8, заполненный шлифовальным материалом, подают под давлением жидкость (обычно техническую воду), которая заполняет емкость резервуара и поровое пространство шлифовального материала, создавая избыточное давление. Захватывая частицы шлифматериала, жидкость проходит смесительное устройство 14, предназначенное для регулирования концентрации частиц твердой фракции в суспензии, и поступает в виде суспензии через трубопровод 10 и муфту 12 в полости обрабатываемых труб 7. Поток суспензии последовательно проходит через все обрабатываемые трубы, муфту 13, трубопровод 11 и поступает в резервуар 9. Схема движения потока гидроабразивной суспензии через обрабатываемые трубы приведена на рисунке 2.4,6.
Съем металла и изменение размеров при обработке внутренних поверхностей тонкостенных труб
Оправки 2 смонтированы в гнездах 3 ротора 4, с которым жестко связан барабан 5. Барабану 5 сообщают вращение с угловой скоростью со і и подают в него гидроабразивную суспензию, которая под действием центробежных сил уплотняется и трансформируется в два эластичных слоя (бруска) 6 и 7 в полостях барабана 5 эллипсной формы в поперечном сечении.
В корпусе ротора 4 смонтирован ведущий вал 8, который посредством планетарного механизма кинематически связан с оправками 2. На валу 8 установлен цилиндр 9 с закрепленной на нем упруго деформируемой оболочкой 10.
Обрабатываемые детали 1 прижимаются к оправкам 2 упруго деформируемой оболочкой 10. Оправкам от ротора (водила) 4 сообщают вращение с барабаном вокруг центральной оси с угловой скоростью Ю] и одновременно через планетарный механизм они получают вращение вокруг собственных осей с угловой скоростью о 2- Упруго деформируемой оболочке 10, жестко соединенной через цилиндр 9 с ведущим валом 8, сообщают вращение вокруг собственной оси с угловой скоростью з- При вращении оболочка 10 под действием центробежных сил деформируется, обеспечивая надежное прижатие колец к оправкам. Таким образом, обрабатываемые кольца, прижатые упругой оболочкой к вращающимся оправкам, начинают вращаться с угловой скоростью (Од вокруг собственной оси, совершая при этом планетарное движение.
Степень уплотнения свободного абразива регулируется скоростью вращения барабана а)ь а скорость резания или скорость движения обрабатываемого кольца через уплотненный абразивный слой определяется скоростью сої вращения ротора (водила), жестко соединенного с барабаном, и скоростью вращения ведущего вала о з В данном способе обрабатываемые кольца, частично погруженные в уплотненную массу шлифовального материала, с высокой скоростью движутся относительно нее, что приводит к обработке как наружных, так и внутренних поверхностей, контактирующих со шлифовальным материалом. Качественные показатели обработки будут определяться свойствами шлифовального материала, его зернистостью, составом жидкостной среды, технологическими режимами обработки.
Рассмотренная схема двусторонней обработки колец может эффективно применяться при диаметре обрабатываемых колец до 200 мм. При обработке колец большого диаметра, например ободов колес велосипедов, под действием инерционных сил может произойти деформация колец и резко возрастают габаритные размеры барабана ведущего вала с цилиндром и оправок. Поэтому при обработке колец большого диаметра и малой жесткости эту схему применять нецелесообразно.
Для повышения качества обработки всей поверхности крупногабаритных колец, преимущественно со сложным фасонным профилем, нами предложена иная схема обработки [85]. Для принудительного вращения обрабатываемых колец предусмотрены два приводных вала и две прижимные оправки, при этом оси валов и оправок расположены во взаимно перпендикулярных плоскостях, проходящих через ось вращения барабана. Принципиальная схема обработки приведена на рисунке 2.13,а.. В полости барабана 1 размещены два приводных вала 2 с надетыми на них обрабатываемыми деталями 3 и две прижимные оправки 4, посредством которых осуществляется прижим обрабатываемых деталей к приводным валам.
Приводные валы и прижимные оправки покрыты эластичным износостойким материалом, например резиной, что позволяет компенсировать погрешности формы обрабатываемых колец. Корпус барабана 1 жестко соединен с ротором 5 устройства. Внутри ротора размещены сателлиты 6, установленные на концах приводных валов 2, находящихся в зацеплении с неподвижным зубчатым колесом 7. Вал 8 ротора расположен в опорах 9 корпуса устройства. Чтобы обеспечить одновременный и надежный прижим обрабатываемых колец к приводным валам 2, устройство снабжено механизмом поворота прижимных оправок 4 инерционного типа. На. рисунке 2.13,6 пунктирными линиями показано разжатое положение (положение загрузки и выгрузки колец), которое осуществляется посредством пружин, а сплошными линиями изображено положение механизма, когда обрабатываемые кольца прижаты оправками 4 к приводным валам 2 посредством рычагов с противовесами (на рис. 2.13 не показаны).
Обработка производится следующим образом. Обрабатываемые кольца 3 надевают на приводные валы 2. Ротору 5 и жестко связанному с ротором барабану 1 сообщают вращение со скоростью і. Под действием центробежных сил, возникающих при вращении, поворотный механизм инерционного типа прижимает оправками 4 обрабатываемые кольца 3 к приводным валам 2. Приводные валы 2, вращаясь с ротором 5, совершают планетарное движение вследствие обката сателлитов 6 по неподвижному зубчатому колесу 7. Таким образом, обрабатываемые кольца 3 также получают планетарное движение, принудительно вращаясь вокруг собственной оси со скоростью юд, определяемой скоростью 2 вращения приводных валов 2.
Одновременно с сообщением вращения ротору 5 в барабан 1 подают гидроабразивную суспензию, которая под действием центробежных сил, возникающих при вращении барабана, уплотняется, образуя абразивное кольцо концентричное внутренней поверхности барабана. Обрабатываемые кольца, частично погруженные в уплотненное абразивное кольцо (на глубину не меньшую толщины обрабатываемого кольца), принудительно вращаются с высокой скоростью, что приводит к производительной обработке как наружных, так и внутренних поверхностей колец.
Степень уплотнения шлифовального материала определяется скоростью вращения барабана, а скорость вращения обрабатываемых деталей, эквивалентная в данном случае скорости резания, скоростью вращения приводных валов.
Предложенная схема обработки позволяет обеспечить принудительное вращение колец большого диаметра в уплотненном абразивном слое при небольших диаметрах приводных валов и прижимных оправок, а также избежать деформации тонкостенных колец при вращении, так как каждое обрабатываемое кольцо имеет три зоны контакта с двумя приводными валами и одной прижимной оправкой, оси которых разнесены в пространстве барабана. Возможность пакетной обработки колец позволяет обеспечить высокую производительность полирования.
Шероховатость поверхности при двусторонней центробежной обработке кольцевых поверхностей деталей
В машиностроении используют большое количество деталей со сложной формой рабочих поверхностей, к которым предъявляются высокие требования по шероховатости и качественным характеристикам.поверхностного слоя. Тонкая финишная обработка подобных поверхностей связанным абразивным инструментом (шлифование, хонингование, суперфиниширование) часто не обеспечивает достижения требуемых качественных характеристик, предусмотренных техническими условиями к этим поверхностям.
Наличие связки в абразивных инструментах позволяет обеспечивать точностные параметры профиля, но сама связка не участвует в резании и удалении припуска, что приводит к проявлению таких отрицательных факторов как неполное использование режущих свойств абразивных зерен, появление прижогов и возникновение в поверхностных слоях металла дефектных зон, а это существенно снижает эксплуатационные свойства деталей, особенно со сложной формой рабочей поверхности.
Поэтому на окончательных операциях финишной обработки точных деталей со сложнопрофильными рабочими поверхностями часто применяют упругую схему суперфиниширования, представляющую собой преимущественно процессы трения-полирования. Упругая схема суперфиниширования не позволяет радикально улучшить макрогеометрию обрабатываемых деталей и применяется главным образом для снижения шероховатости и повышения качественных характеристик поверхностного слоя. Для финишной обработки все более широкое применение находят абразивные инструменты на гибкой основе. Это абразивные и алмазные ленты, лепестковые круги или бруски и круги на эластичной связке. Преимуществами подобной технологии являются возможность обработки больших поверхностей деталей, в том числе криволинейных, уменьшение силы резания и теплонапряженности зоны обработки, отсутствие необходимости правки инструмента и др. При этом создаются более благоприятные условия для абразивного резания за счет ориентации резания за счет ориентации абразивных зерен по обрабатываемой поверхности.
Уменьшение теплового и силового воздействий на обрабатываемую поверхность приводит к формированию высоких эксплуатационных характеристик деталей.
Появились новые жесткие абразивные инструменты без связки [97]. Технология изготовления нового абразивного инструмента без связки включает импульсное прессование абразивного порошка и высокотемпературное спекание в вакууме, что приводит к скреплению абразивных зерен между собой по контактным поверхностям [98,99]. По данным В.М. Оробинского [97] применение нового абразивного инструмента взамен традиционных абразивных брусков позволяет повысить точность и качество обработки в 1,5... 1,8 раза и стойкость абразивных инструментов в 10...36 раз. Уменьшение высоты микронеровностей поверхности происходит в результате того, что в резании участвует гораздо большее число абразивных зерен, оставляющих после себя большее число менее глубоких рисок- царапин. Этим объясняется и более высокая производительность нового инструмента.
Технология финишной центробежной обработки дискретным шлифовальным материалом позволяет формировать плотный режущий контур, копирующий форму профиля обрабатываемой поверхности. Эта технология обладает определенной универсальностью, так как может применяться для обработки различных видов поверхностей практически с любой формой профиля. Реологический инструмент формируется из частиц ДІТІМ в процессе обработки и копирует форму профиля детали. Плотность частиц ДШМ в зоне контакта с обрабатываемой поверхностью значительно превышает плотность контактирования при обработке абразивными инструментами со связанными зернами. Упругость и податливостьуплотненных в режущий инструмент частиц ДШМ обеспечивают гибкую связь в системе станок-инструмент- заготовка, что позволяет снизить требования к точности базирования и закрепления, что особенно важно для нежестких и легко деформируемых заготовок.
Характерной особенностью центробежной технологии обработки является неразрывное сочетание процесса абразивного резания со смазкой и охлаждением. Технологическая жидкость находится в зоне обработки под постоянным центробежным давлением, что обеспечивает мгновенное и эффективное проникновение ее непосредственно в зону резания благодаря поровой структуре ДШМ, а также через микропоры и микротрещины в частицах ДШМ и обрабатываемых поверхностях деталей. Циркуляция технологической жидкости позволяет обеспечить интенсивный отвод тепла и делает процесс обработки низкотемпературным.
Постоянное присутствие жидкости в зоне резания создает благоприятные условия для проявления механико- физико- химического взаимодействия инструмента и детали. Под диспергирующим действием жидкостной среды понимают ее способность облегчить деформацию, разрушение и дробление обрабатываемой поверхности [100]. Диспергирующие свойства жидкостной среды часто представляют в виде режущего и пластифицирующего действий. При этом под режущим действием понимают способность технологической жидкости облегчать разрыв связей в обрабатываемом материале при внедрении режущего инструмента, а под пластифицирующим действием понимают способность жидкости облегчать пластическое деформирование материала [101].
В основе проявления пластифицирующего и режущего действия жидкости лежит эффект Ребиндера, который заключается в изменении механических свойств твердых тел под влиянием поверхностных физико- химических процессов, вызывающих снижение поверхностной энергии твердого тела [102]. Придание определенной направленности действию технологической жидкости во многом определяется ее составом, при этом эффект Ребиндера может проявляться как в облегчении пластического деформирования, так и в значительном понижении прочности, приводящем к возникновению хрупкости. При выборе вида технологической жидкости необходимо учитывать характеристики инструмента, режимы обработки, требования эксплуатационным свойствам деталей и возможность проникновения возможно большего количества жидкости в зону абразивного контактирования.
В способах центробежной обработки ДШМ жидкость находится в постоянном и неразрывном контакте с частицами шлифовального материала и обрабатываемой поверхностью, что уменьшает коэффициент трения и способствует снижению контактной температуры.
