Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1, Современное состояние проблемы обеспечения требуемой совокупности параметров качества поверхностей деталей при шлифовании 13
1.1. Анализ задач, стоящих перед технологом при подготовке производства 13
1.2. Анализ существующих- подходов к прогнозированию и обеспечению параметров качества деталей при шлифовании 15
1.3. Существующие подходы к описанию профиля неровностей шлифованной поверхности 36
Выводы по главе 1 и постановка задач исследования 40
ГЛАВА 2. Методология проведения исследований 43
- 2.1. Общая стратегия и структура исследований 43
2.2. Методика проведения аналитических исследований 46
2.3. Методика проведения экспериментальных исследований 51
2.4. Инструменты, материалы и экспериментальные установки, использованные в исследованиях 53
ГЛАВА 3. Формирование состояния рабочей поверхности шлифовального круга в процессе его правки и эксплуатации 63
3.1. Понятие и характеристики рабочей поверхности шлифовального круга 63
3.2. Определение параметров рабочей поверхности шлифовального круга 66
3.3. Изменение состояния рабочей поверхности абразивного инструмента при шлифовании 72
Выводы по главе 3 79
ГЛАВА 4. Прогнозирование геометрических параметров качества шлифованной поверхности 80
4.1. Физическая картина процесса формирования шероховатости шлифованной поверхности 80
4.2. Математическая модель шероховатости шлифованной поверхности " 86
4.3. Влияние параметров процесса шлифования
на формирование микронеровностей поверхности 94
4.4. Влияние колебаний рабочей поверхности инструмента относительно обрабатываемой поверхности на формирование шероховатости 98
4.5. Определение параметров шероховатости с учетом пластического оттеснения металла абразивными зернами 100
4.6. Связь износа абразивного инструмента с
формированием шероховатости поверхности 102
4.7. Сопоставление результатов экспериментального
и теоретического исследований процесса формирования
параметров шероховатости поверхности 106
4.S. Методика расчета параметров шероховатости шлифованной поверхности 118
4.9. Формирование волнистости поверхности при традиционном шлифовании 120
4.10 Формирование макроотклонений поверхностей деталей при шлифовании 130
Выводы по главе 4 134
ГЛАВА 5. Прогнозирование физико-механических параметров качества поверхностного слоя шлифованных деталей 137
5.1. Формирование параметров упрочнения поверхностного слоя при шлифовании 137
5.2. Обеспечение бесприжогового шлифования 154
5.3. Анализ формирования остаточных напряжений I рода в деталях, подвергаемых шлифованию 158
Выводы по главе 5 165
ГЛАВА 6. Обеспечение требуемого качества шлифованных поверхностей путем их дополнительной обработки крупнозернистыми абразивными брусками 167
6.1. Формообразование волнистых поверхностей деталей при обработке абразивными брусками 168
6.2. Формирование шероховатости поверхности при обработке абразивными брусками 179
6.3. Сопоставление результатов экспериментальных и теоретических исследований процесса обработки поверхностей деталей абразивными брусками 183
6.4. Исследование тепловой напряженности процесса обработки крупнозернистыми абразивными брусками 192
Выводы по главе 6 196
ГЛАВА 7. Выбор методов и условий шлифования, исходя из обеспечения требуемых значений совокупности параметров качества обрабатываемых поверхностей деталей 197
7.1. Определение условий шлифования, обеспечивающих требуемые значения параметров качества при наибольшей производительности 197
7.2. Методика назначения производительных режимов шлифования поверхностей деталей с выхаживанием, обеспечивающих требуемое качество 205
7.3. Алгоритмическое и программное обеспечение по выбору методов иусловий шлифования поверхностей деталей 214
7.4. Примеры решения некоторых технологических задач по результатам проведенных исследований ...224
7.4.1. Расчет параметров шероховатости шлифованной поверхности по известному значению параметра Ra...224
7.4.2. Проверка возможности технологического обеспечения требуемой совокупности параметров шероховатости...225
7.4.3. Расчет параметров качества шлифованной поверхности при известных условиях шлифования 226
7.4.4. Определение условий шлифования, обеспечивающих требуемые значения совокупности параметров качества поверхности 238
7.4.5. Оценка возможностей способов шлифования с прерывистым контактом и совмещенного много кругово го шлифования по обеспечению качества обрабатываемой поверхности 245
7.4.6. Определение условий обработки поверхности заготовки абразивными брусками 247
7.5. Экономическая эффективность результатов исследований 250
Выводы по главе 7 256
Основные выводы и результаты работы .257
Заключение 260
Библиографический список использованной литературы
- Анализ существующих- подходов к прогнозированию и обеспечению параметров качества деталей при шлифовании
- Методика проведения экспериментальных исследований
- Влияние колебаний рабочей поверхности инструмента относительно обрабатываемой поверхности на формирование шероховатости
- Обеспечение бесприжогового шлифования
Введение к работе
Данная научная работа посвящена проблеме выбора методов и условий шлифования детален машин, обеспечивающих .требуемые значения совокупности параметров качества деталей, характеризующих их эксплуатационные свойства, с наибольшей производительностью. Рассматриваемая проблема решается на основе математического моделирования процесса формирования параметров качества поверхностных слоев деталей машин при шлифовании традиционными инструментами и абразивными брусками.
Актуальность проблемы. Современный уровень развития науки и техники предопределяет необходимость создания и реализации технологических процессов, в ходе которых обеспечиваются требуемые показатели эксплуатационных свойств деталей машин. Как известно, эксплуатационные свойства деталей машин, определяющие во многом конкурентоспособность продукции машиностроения, зависят от состояния их рабочих поверхностей, характеризуемого совокупностью геометрических и физико-механических параметров качества, формируемых, главным образом, на финишных операциях
технологических процессов механической обработки. Наиболее распространенными финишными операциями являются разнообразные виды шлифования, позволяющие обеспечить высокие точность размеров и качество обрабатываемой поверхности. При этом обеспечение заданных параметров качества шлифованных поверхностей (в основном только лишь параметров шероховатости Ra или Rz) в настоящее время на практике осуществляется, как правило, путем подбора условий обработки, которые не всегда оказываются достаточно производительными и экономичными. Технологи в настоящее время при проектировании технологических операций шлифования зачастую не в состоянии выбрать методы и условия их реализации, которые бы обеспечили сразу несколько требуемых значений физико-механических и геометрических параметров качества .обрабатываемых поверхностей. Данная проблема еще более усложняется, если рассматривается её экономическая сторона. Такое положение дел обусловлено отсутствием научно обоснованных решений по выбору методов и условий шлифования, обеспечивающих требуемую совокупность значений параметров качества обрабатываемых поверхностей. Препятствует появлению таких решений отсутствие обобщенной математической модели формирования качества обрабатываемой поверхности при различных методах шлифования, которая бьі учитывала и связывала воедино процессы образования рабочей поверхности шлифовального круга в ходе его правки, трансформации состояния рабочей поверхности в связи с износом инструмента, возникновения и развития колебаний инструмента относительно заготовки, съема металла на этапе выхаживания за счет упругости технологической системы, воздействия тепловых и силовых факторов процесса шлифования на обрабатываемый материал. По этой причине в технической.литературе в очень малой степени отражены возможности процессов шлифования по обеспечению заданного спектра значений параметров качества поверхности с учетом всего комплекса взаимозависимых величин. В этой связи актуальным является исследование при шлифовании взаимосвязей процессов
формирования параметров качества поверхности и решение задач технологического обеспечения совокупности этих параметров на основе выявленных закономерностей.
Целью работы является обеспечение требуемых значений совокупности параметров качества поверхностных слоев деталей, характеризующих их эксплуатационные свойства, на основе целенаправленного выбора методов и условий шлифования, обеспечивающих наибольшую производительность.
Объектами исследования являются процессы шлифования деталей машин связанным абразивом, осуществляемые различными методами.
Научная новизна работы заключается в разработке:
концепции установления возможностей процесса шлифования но обеспечению требуемых значений совокупности параметров качества поверхностного слоя деталей, в основу которой положено подобие процессов взаимодействия вершин абразивных зерен с обрабатываемой поверхностью заготовки при различных методах шлифования связанным абразивом;
математической модели рабочей поверхности шлифовального круга, которая представляется как совокупность поверхностен вершин зерен, контактировавших и не контактировавших с правящим инструментом, и позволяющей оценить её состояние после правки и в процессе шлифования;
- математической модели профиля шероховатости поверхности,
основанной на описании закономерностей переноса меняющегося в
процессе обработки рельефа рабочей поверхности абразивного
инструмента на шлифуемую поверхность, которая позволяет раскрыть
возможности процессов шлифования связанным абразивом в обеспечении
заданной совокупности значений высотных и шаговых параметров
шероховатости поверхности;
совокупности математических моделей формирования геометрических и физико-механических параметров качества поверхностного слоя детали, которые позволяют учитывать основные происходящие при шлифовании процессы (копирование обрабатываемой
поверхностью геометрической формы определенного числа вершин зерен, формирование исходного состояния шлифовального круга в процессе правки, изменение состояния рабочей поверхности абразивного инструмента в ходе его эксплуатации, колебания рабочей поверхности шлифовального круга относительно заготовки, пластические отгеенсния металла абразивными зернами, особенности съема металла при выхаживании шлифовальным кругом, тепловое и силовое воздействие абразивного инструмента на обрабатываемый материал), отличительной особенностью которых является возможность расчета этих параметров при различных методах шлифования связанным абразивом в любой момент времени в течение всего периода стойкости шлифовального круга;
математической модели формообразования шлифованных поверхностей деталей при обработке абразивными брусками, позволяющей производить оценку возможностей традиционного шлифования в сочетании с последующей обработкой абразивными брусками в обеспечении требуемой совокупности геометрических и физико-механических параметров качества поверхностного слоя.
Методология и методы исследований. Общей методологической основой является системный подход, заключающийся в структурном разбиении технологической системы шлифования па подсистемы, их моделировании и установлении взаимосвязей между ними. Теоретические исследования проводились на базе современных знаний о процессе шлифования металлов, теории математического моделирования, теории пластичности, теории случайных функций, методов дифференциального и интегрального исчислений.
Экспериментальные исследования проводились в лабораторных условиях на универсальных шлифовальных станках и экспериментальной технологической установке с применением современной контрольно-измерительной аппаратуры и использованием статистических методов планирования экспериментов. Результаты экспериментов обрабатывались методами математической статистики с применением ЭВМ.
Практическую ценность работы составляют:
методология аналитического определения методов и условий шлифования деталей, обеспечивающих требуемые значения совокупности параметров качества их поверхностных слоев с наибольшей производительностью;
инженерные методики расчета параметров качества поверхностных слоев деталей машин при различных методах шлифования связанным абразивом, в том числе и при обработке абразивными брусками;
информационное, алгоритмическое и программное обеспечение инженерных расчетов по выбору методов и условий шлифования, обеспечивающих требуемое качество поверхностных слоев деталей;
рекомендации по рациональному применению обработки деталей абразивными брусками для обеспечения требуемой совокупности параметров качества их поверхностных слоев;
метод экспериментальной оценки состояния рабочих поверхностей шлифовальных кругов, работающих как перифериен, так и торцом круга.
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 40 печатных работ[10-29,46-57,191-194,197 и др], втом числе 1 монография. Материалы диссертации вошли в отчеты по:
- гранту Министерства общего и профессионального образования РФ
"Теоретические основы оптимизации режимов механической обработки из
условия обеспечения заданных показателей качества, производительности
и энергозатрат" ( Гос. per. № 01980003521, Брянск, БГТУ, 1999-2000 г.);
научно-исследовательской работе "Разработка основ теории технологического обеспечения комплекса параметров качества поверхностного слоя при абразивном шлифовании"(Гос. per. № 01.2.00.011257, Брянск, БГТУ, 2000 г.);
научно-исследовательской работе "Моделирование процессов управления качеством изделий машиностроения" (Гос. per. № 01.20.0002553, Брянск, БГТУ, 2000г.);
научно-исследовательской работе "Разработка нормативно-технической документации для конструкторов и технологов по обеспечению качества машин и автоматизация решения этой проблемы" (Гос. рег.№ 01.2.00108333, Брянск, БГТУ, 2001г.);
- научно-исследовательской работе "Разработка и формирование
учения об инженерии поверхности деталей машин и инструментов" (Гос.
per. № 01.2.00.108321, Брянск, БГТУ, 2002г.);
- министерской научно-технической программе "Разработка научных
положений и нормативно-методических материалов по обеспечению
качества продукции на основе единства процессов: проектирования,
изготовления, эксплуатации, ремонта и восстановления"(Гос. per. №. 01.200
306789, Брянск, БГТУ, 2003г.)
Работа выполнена при финансировании в рамках гранта № НШ -1648.2003.8 ведущих научных школ РФ.
На защиту выносятся :
1. Структура, этапы проведения и реализации комплекса теоретических исследований, позволяющих решить важную научно-техническую проблему выбора методов и условий шлифования деталей, обеспечивающих требуемые значеЕтия совокупности параметров качества их поверхностных слоев.
2. Системная методология анализа процессов формирования совокупности параметров качества поверхностных слоев деталей при шлифовании (в том числе абразивными брусками).
3. Комплекс взаимосвязанных математических моделей, состоящий
из модели рабочей поверхности шлифовального круга; модели профиля
шероховатости шлифованной поверхности; моделей формирования
геометрических и физико-механических параметров качества обрабатываемой
поверхности при различных методах шлифования связанным абразивом;
модели формообразования поверхностей деталей при обработке абразивными
брусками. (Взаимосвязь моделей проявляется в наличии совместной системы
основных уравнений и возможности определения характера и степени
влияния каждого фактора абразивной обработки на формирование качества
поверхностного слоя.)
4. Инженерные методики решения прямой и обратной задач
проектирования технологических операций шлифования (прямая задача:
определение условий шлифования традиционными инструментами и
абразивными брусками, обеспечивающих требуемую совокупность
параметров качества поверхностных слоев деталей).
5. Методология обеспечения требуемых значений комплексных
параметров качества поверхностного слоя деталей, регламентирующих их
эксплуатационные свойства, при шлифовании с максимально возможной
производительностью.
6. Результаты экспериментальных исследований процесса
формообразования поверхностей деталей при обработке крупнозернистыми
абразивными брусками.
Настоящая работа выполнялась в Брянском государственном техническом университете.
Анализ существующих- подходов к прогнозированию и обеспечению параметров качества деталей при шлифовании
Одной из основных задач при разработке технологии изготовления деталей машин является выбор методов и условий обработки, позволяющих получить требуемое качество изделия с минимальной технологической себестоимостью [84].
Структурная схема решения этой задачи приведена на рис. 1.1.
В блоке 1 заложена информация, взятая из чертежа и технических требований на конкретную деталь узла, для которой разрабатывается технологический процесс. Блок 2 характеризует условия существующего производства: имеющееся оборудование, его загрузка; наличие инструмента, оснастки и т.д. Если технологический процесс разрабатывается для создаваемого производства, то надобность в блоке 2 отпадает. Блоки 3 и 4 необходимы для предварительного выбора возможных методов обработки поверхностей изделия. Наиболее сложной является реализация 5 блока, так как технологическое обеспечение требуемой совокупности параметров качества поверхностного слоя вызывает известные трудности. Наибольшие трудности вызывает обеспечение качества поверхностей деталей при шлифовании в связи с тем, что на формирование поверхностных слоев оказывают значительное влияние несколько десятков факторов абразивной обработки.
В работе [ 190] было показано, что существует возможность технологического управления формированием выбранной совокупности параметров качества поверхностного слоя деталей машин при их изготовлении. Однако в реальных условиях оказывается довольно сложно, а иногда и не возможно определить режимы шлифования, обеспечивающие требуемое качество обрабатываемой поверхности. Анализу этой ситуации и посвящается данная глава.
До конца 70-х годов прошлого столетия в исследованиях по изучению формирования параметров качества поверхностей деталей при шлифовании доминировал эмпирический подход. При таком подходе устанавливается непосредственная функциональная связь между параметрами качества поверхностного слоя детали с рассматриваемыми технологическими факторами абразивной обработки. Эти связи устанавливались путем проведения специально поставленных опытов в определенных условиях [1,37,58,62,79,95,101,111,115,140,148,206,226,228,235-237 и др]. В результате получали эмпирические зависимости, как правило, в виде линейных или степенных функций. Недостатками такого подхода являются: частный характер получаемых зависимостей, отсутствие в них ярко выраженного физического содержания, необходимость проведения большого числа опытов, невозможность учета всех факторов абразивной обработки. Однако и до настоящего времени экспериментальное изучение процесса формирования качества поверхности активно используется в тех областях, где еще не накоплено достаточного количества знаний, например, при шлифовании стекла и керамики [ 124,250,249,251 ], жаропрочных сталей, твердых сплавов [131,157,169,176,216,244,245], при использовании высокоскоростных методов абразивной обработки [142,173,242], или изучении новых прогрессивных способов абразивной обработки и конструкций абразивного инструмента [44,63,65,102,144,154,156,163,171,181,182,186,198, 205,224 и др].
К началу 80-х годов прошлого столетия был накоплен значительный объем экспериментальных данных в исследуемой области, что предопределило появление работ, посвященных изучению комплексного влияния параметров процесса шлифования на качество обрабатываемой поверхности. В этих работах математические модели процессов формирования параметров качества поверхности составляются, исходя из известных физических законов, которые предполагаются лежащими в основе рассматриваемых явлений. При этом в модель непосредственно включаются характеристики объекта исследования: свойства материалов, особенности конкретного вида обработки, характерные геометрические и кинематические соотношения и т.д. Подобные модели более универсальны, обеспечивают лучшее понимание и прогнозирование процессов. Проанализируем результаты таких исследований.
В работе [129] получены расчетные зависимости вероятности удаления материала, формы, числа и плотности единичных шлифовочных рисок от ряда технологических факторов процесса обработки. На основе этих зависимостей прогнозируются параметры шероховатости поверхности:
Методика проведения экспериментальных исследований
Неоднородная пластическая деформация и неравномерный нагрев поверхностных слоев шлифованных деталей обуславливает возникновение в них остаточных напряжений. В основу определения остаточных напряжений после пластических деформаций может быть положена известная в теории пластичности теорема Г. Генки о разгрузке [211]. В соответствии с этой теоремой остаточные напряжения равны разности между истинными напряжениями в упругопластичном теле и теми напряжениями которые создавались бы в нем при предположении об идеальной упругости материала. Поскольку истинные напряжения в металле зависят от накопленной степени деформации сдвига, то такой подход позволит учесть влияние всех основных факторов процесса шлифования на формирование остаточных напряжений I рода.
В основу прогнозирования высоты волнистости .поверхности было положено предположение о том, что волнограмма шлифованной поверхности является результатом наложения траекторий перемещений рабочей поверхности шлифовального круга относительно заготовки при многократном контактировании абразивного инструмента с рассматриваемым сечением обрабатываемой поверхности. Для описания процесса наложения траекторий используется теория распределения максимального элемента выборки совокупности реализаций стационарных случайных процессов.
Рассмотренная методика проведения аналитических исследований позволит получить, адекватные математические модели процессов формирования параметров качества поверхностей деталей, подвергаемых шлифованию.
Целью проводимых в данной работе экспериментальных исследований являлось подтверждение возможности применения на практике разработанных автором математических моделей изучаемых процессов.
Ход проведения экспериментов можно представить в виде блок-схемы (рис. 2.6).
Планирование эксперимента заключалось в составлении плана его проведения, в определении условий его проведения, в выборе средств измерений, схемы измерений и количества измерений результатов эксперимента, подготовке образцов.
Обеспечение одинаковых условий проведения каждого из опытов в рассматриваемой серии экспериментов происходило путем: - устранения влияния технологической наследственности и разной степени изношенности рабочей поверхности шлифовального круга при обработке каждого из образцов (первое осуществлялось путем предварительного снятия определенных припусков с образцов и выбором соответствующих режимов проведения экспериментов, второе — правкой шлифовального круга на выбранных режимах перед обработкой каждого образца, за исключением тех случаев, когда исследовалось влияние износа шлифовального круга); - стабилизации величин снимаемых слоев металла с каждого из образцов и других, не варьируемых факторов эксперимента; - получения одинаковой твердости на обрабатываемых поверхностях образцов (каждая группа образов изготавливалась из одного прутка и проходила термообработку целиком, либо разбивалась на две подгруппы); - постоянства технологических баз образцов.
После проведения экспериментов образцы насухо протирались ветошью, а на обработанные поверхности наносился тонкий слой машинного масла, во избежание коррозии.
Для настройки контрольно-измерительных приборов и оценки их систематической погрешности использовались образцы шероховатости (ГОСТ 9378-93), набор концевых мер (1-Н2 ГОСТ 9038-83) и кристаллы поваренной соли (для настройки микротвердомера ПМТ - ЗМ).
Статистический анализ полученных результатов измерений основывался на применении методов теории выборок [164,195].
Решение об использовании полученных экспериментальных данных в работе принималось в том случае, если среднее значение по модулю относительной ошибки, вызванной расхоиодением теоретических и экспериментальных данных, не превышало 30 ... 35% .
Влияние колебаний рабочей поверхности инструмента относительно обрабатываемой поверхности на формирование шероховатости
При шлифовании рабочая поверхность инструмента колеблется с некоторой амплитудой А относительно обрабатываемой поверхности (рис 4.9). Наиболее сильное влияние па величину А оказывают неуравновешенность абразивного инструмента и волнистость периферии шлифовального круга,
Различные положения (1,2,3), занимаемые шлифовальным кругом относительно рассматриваемого участка поверхности заготовки при троекратном их контактировании. образующаяся при его правке и обработке заготовки [1, 62, 91]. Поэтому при шлифовании рабочая поверхность инструмента занимает различные положения по высоте относительно рассматриваемого участка поверхности заготовки при каждом их новом контакте (рис. 4.9) Это приводит к уменьшению числа m вершин зерен,ф участвующих в формировании микронеровностей поверхности и увеличению шероховатости- В связи с этим уравнение (4.25) при наличии колебаний рабочей поверхности инструмента относительно заготовки запишется следующим образом: kukmkkS0Fc(t,)gST m= , (4.32) (0,62NV-,)"Se где kE - коэффициент, учитывающий влияние колебаний рабочей поверхности круга относительно обрабатываемой поверхности заготовки: S1+S2+- + Sn_[(t,1,-x,)1-4(t4,-x2) -4... + (4-xn)u] 1св - , - . (4.33) iVb n,St n,t
Здесь Si,S2,...5Sn] - величины, характеризующие число вершин зерен, формирующих рассматриваемый участок поверхности заготовки при каждом его контакте с шлифовальным кругом; пі - число контактов рассматриваемого участка поверхности заготовки с шлифовальным кругом за время обработки; ni«H; St — величина, характеризующая число всршии зерен инструмента, формирующих рассматриваемый участок поверхности заготовки при отсутствии колебаний; Х,Х2,---,хП є[0; 2А] (рис.4.9).
При чистовых и тонких режимах шлифования, когда nj 5, значение коэффициента ка можно определить по уравнению: 1 "і к, —Z (4.34) ( - V-5 п, где кА=2АЛф.
Если 0 кА 1, то кв 1-0,7кА, При кА 1 будет наблюдаться кратковременное отсутствие контакта круга с заготовкой, что приведет к значительному износу абразивного инструмента. Поэтому следует избегать таких условий шлифования.
Что касается величины А, то ее можно определить, используя результаты исследований В.А. Прилуцкого [152], Л.В. Худобина и его учеников [215, 216].
При микрорезании определенная часть металла не срезается вершиной зерна, а подвергается пластическому деформированию и очтеснению к краям царапины [39,72,121,137], что приводит к увеличению наибольшей высоты неровностей профиля Rmax на некоторую величину 5. Поэтому для более точного расчета параметров шероховатости необходимо оценить размеры "металлических навалов", возникающих на краях шлифовочных царапин.
Допустим, что при микрорезании не срезается слой металла толщиной ho- Соотношение между срезаемой и не удаляемой абразивным зерном частями металла можно определить с помощью коэффициента навалов ен [72], который равен отношению площади навалов материала к площади шлифовочной царапины в ее поперечном сечении. В таком случае величину 6 можно рассчитать по зависимости = S"e» h - / и Ц 11 2Ькф 2 cosy — siny,az h0; SnCH h ; , . (435) 21ікф 2 где Su=Varccos(l W/p)/lS0 - p[l- (1- az7p)2] 5(p - az ); Sn=h0(p-0,5h0)x xarccos(I- a7//p)/180; h - длина навалов в поперечном сечении (рис.4.10); кф — коэффициент, характеризующий форму поперечного сечения навалов; у -угол наклона поверхности, прилегающей к шлифовочной царапине; az; - среднее значение глубины внедрения зерна в обрабатываемый материал в конце цикла шлифования; ho=mKp; mK -критерий перехода от пластического деформирования металла к микрорезанию при шлифовании [72,137].
Обеспечение бесприжогового шлифования
Прогнозирование параметров упрочнения шлифованной поверхности с помощью вышеприведенных уравнений возможно лишь в том случае, если процесс обработки не вызывает значительных структурно - фазовых изменений (прижогов) материала поверхностного слоя заготовки вследствие ее нагрева. Для получения условия обеспечения бесприжогового шлифования проанализируем экспериментальные исследования [151], результатом которых, в частности, стали эмпирические зависимости для периода стойкости круга Т и скорости его изнашивания Qa: где Ci,2, хі,2 Уі,2?2і2 — некоторые коэффициенты, значения которых приведены в табл. 5.3. При определении стойкости шлифовального круга в качестве критерия затупления круга принимали момент появления прижогов на поверхности шлифуемого образца. Анализируя результаты этих исследований, можно сделать следующие выводы : - основной причиной появления прижогов при чистовом шлифовании является изменение термодинамических условий обработки вследствие износа шлифовального круга, т.е. доминирующими факторами тепловыделения при шлифовании является трение вершин изношенных зерен о материал заготовки и пластическая деформация обрабатываемого металла абразивным инструментом (это подтверждается также исследованиями [129,137]); — объемный износ VH шлифовального круга, при достижении которого образуются прижоги на обрабатываемой поверхности, практически не зависит от режимов обработки (T.e.VH=QaxT Const), и его величина определяется характеристиками круга и обрабатываемого материала.
Основываясь на этом, можно написать следующее условие обеспечения бесприжогодого шлифования: TTDKBU QJ = VH. (5.28) В соответствии с исследованиями [207] TK=Cr/(QTKQ)" , (5.29) где Ст , m — коэффициент и показатель степени, зависящие от обрабатываемого материала и характеристик круга; QT - номинальная производительность процесса шлифования; KQ — коэффициент пропорциональности между фактической и номинальной производительностью процесса шлифования. Тогда уравнение (5.28) с учетом (5.29) можно записать следующим образом: U = (QTKQ)mV - г7гГЛи . 5-30 где Ли — линейный износ шлифовального круга к моменту появления прижогов на обрабатываемой поверхности.
Следовательно, для каждой пары "шлифовальный круг — обрабатываемый материал" существует такое значение линейного износа круга, при достижении которого на обрабатываемой поверхности появляются прижоги. Данное утверждение можно трактовать и , иным образом. Как известно [111,120,160], большинство шлифовальных кругов на чистовых режимах работает преимущественно с затуплением вершин абразивных зерен. Поэтому изнашивание шлифовальных кругов ведет к увеличению фактической площади контакта инструмента с заготовкой, что, в свою очередь, в значительной степени способствует тепловыделению в зоне контакта, В таком случае можно утверждать следующее: для каждой пары "шлифовальный круг -обрабатываемый материал" существует такое значение площади изношенных вершин зерен на наружной поверхности абразивного инструмента, при котором вероятность появления прижогов на обрабатываемой поверхности очень высока в широком диапазоне режимов шлифования. Последнее утверждение вполне очевидно потому, что на практике довольно трудно подобрать режимы шлифования заготовки затупленным кругом, при которых бы отсутствовали прижоги на обрабатываемой поверхности. В связи с этим условие (5,30) можно представить несколько иным образом: l,9kmFc(u)p0u (0,62NV4) Г-Кл . (531) где Кл - часть площади наружной поверхности круга, занимаемой вершинами изношенных абразивных зерен в момент появления прижогов на обрабатываемой поверхности; Fc(u) - значение функции Fc(z) при z=u. Левая часть неравенства (5.31) справедлива при и 2р0.
Анализ условия (5.31) показывает, что мелкозернистые круги с высоким объемным содержанием зерен будут иметь меньший период стойкости по сравнению с крупнозернистыми и высоко пор истым и кругами. Тонкая правка шлифовального круга должна уменьшать его период стойкости, так как в отличие от грубой правки она способствует сосредоточению большого числа вершин зерен у наружной поверхности абразивного инструмента.
На основании исследований [151] можно определить значения величин Ли и Кд для электрокорундовых кругов зернистостью -з Закаленная сталь Значение Ли, мкм Значение К., 19 1,5- -з Х18НІ0Т 22 2,0- Р6М5 7 0,2 -з
При отсутствии достоверных данных о стойкости и интенсивности изнашивания шлифовального круга при обработке исследуемого материала можно использовать результаты исследований [227] для предотвращения образования прижогов па обрабатываемой поверхности: F V 9 = z к max 4A,Bh? 2ттп -j0,5 т. (5.32) где бтах— максимальная температура в зоне контакта круга с заготовкой; Fz — тангенциальная составляющая силы резания; ат, X — теплофизическне характеристики обрабатываемого материала; 2h5 — ширина контакта круга с заготовкой вдоль направления ее движения; Т„ — температура начала структурно-фазовых превращений в обрабатываемом материале.
Приведенные в данном параграфе результаты иесдований позволят назначить режимы шлифования, не приводящие к образованию прижогов на обрабатываемой поверхности.
