Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯЕИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ В ОБЛАСТИ МИКРОРЕЗАНИЯ ПРИ ФИНИШНОЙ ОБРАБОТКЕ ПОВЕРХНОС ТЕЙ ДЕТАЛЕЙ 7
1.1. Краткий обзор методов финишной обработки деталей абразивом, уплотненным инерционными силами 7
1.2. Анализ работ по исследованию процесса микро резания единичными абразивными и алмазными зернами 17
Цель и задачи исследования 31
ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ПРОЦЕССА МИКРОРЕЗАНИЯ ЕДИНИЧНЬМ АБРАЗИВНЫМИ
ЗЕРНАМИ 33
2.1. Исследование процесса образования стружки при малых глубинах резания. 33 2.2. Исследование динамики процесса резания-царапания поверхности металла выступами микрорельефа абразивного зерна 49
2.2.1. Соотношение составляющих силы микрорезания... 49
2.2.2. Условное напряжение и деформация металла при микрорезании 52
2.2.3. Расчет сил и коэффициента трения 58
2.3. Определение глубины внедрения выступов микрорельефа вершин абразивных зерен 66
2.4. Исследование съема металла выступами микрорельефа поверхности абразивных зерен 75
Выводы 94
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ (ЖШВАЩЕ-ОШДЦАЩЕЙ ЖИДКОСТИ (СОЖ) ПРИ ОБРАБОТКЕ ДЕТАЛЕЙ АБРАЗИВОМ, УПЛОТНЕННЫМ ИНЕРЦИОННЫМИ СИЛАМИ НА ХАРАКТЕР ПРОЦЕССА МИКРОРЕЗАНИЯ . 9?
3.1. Роль смазочно-охлаждащей жидкости в процессе обработки 97
3.2. Определение толщины смазочной пленки на поверхности абразивных зерен и обрабатываемой детали... 99
3.3. Исследование механизма действия смазочных сред при микрорезании поверхности металла выступами микрорельефа абразивных зерен
Выводы 125
ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ОБРАБОТ КИ ДЕТАЛЕЙ АБРАЗИВОМ, УПЛОТНЕННЫМ ИНЕРЦИОННЫМИ СИЛАМИ 127
4.1. Оборудование, аппаратура и методика проведения экспериментальных исследований. 127
4.2. Исследование съема металла при обработке деталей, абразивом, уплотненным инерционными силами 135
4.3. Исследование влияния режимов, и условий обработки на шероховатость поверхности. 146
4.4. Влияние состава смазочно-охлаждащей жидкости на производительность и качество обработки 153
4.5. Влияние исходной шероховатости поверхности детали на съем металла и качество процесса обработки 161
Выводы 169
ГЛАВА 5. ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ И ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ПРОЦЕССА ОБРАБОТКИ АБРАЗИВСМ, УПЛОТНЕННЫМ ИНЕРЦИОННЫМИ СИЛАМИ. 172
5.1. Рекомендации по выбору режимов резания и условий обработки деталей уплотненным абразивом 172
5.2. Рекомендуемые области применения способа финишной обработки 176
5.3. Расчёт технико-экономической эффективности от внедрения рекомендуемых режимов и условий обработки 180
Выводы 183
Общие выводы 184
Литература 187
Приложения 198
- Краткий обзор методов финишной обработки деталей абразивом, уплотненным инерционными силами
- Исследование процесса образования стружки при малых глубинах резания. 33 2.2. Исследование динамики процесса резания-царапания поверхности металла выступами микрорельефа абразивного зерна
- Роль смазочно-охлаждащей жидкости в процессе обработки
- Оборудование, аппаратура и методика проведения экспериментальных исследований.
- Рекомендации по выбору режимов резания и условий обработки деталей уплотненным абразивом
Краткий обзор методов финишной обработки деталей абразивом, уплотненным инерционными силами
В настоящее время известно много различных методов финишной абразивной и алмазной обработки, которые можно разделить на следующие виды: обработка жестким абразивным или алмазным инструментом, обработка эластичным инструментом и обработка деталей уплотненным абразивом; Обычно при выборе метода финишной обработки для каждой конкретной детали учитывают технические требования к качеству поверхностного слоя детали, материал, форму и конструктивные особенности детали, а также производственную программу выпуска. При этом в ряде случаев одна и та же деталь может быть обработана несколькими методами; Однако номенклатура обрабатываемых деталей настолько велика и разнообразна, что иногда не удается в полной мере обеспечить выполнение требований к качеству и производительности обработки. Так, весьма сложной и трудоемкой является финишная обработка сложно профильных деталей типа ажурных колец, деталей типа гильз и стаканов с буртиками , поясками и канавками, роликов и других; При этом использование эластичных или абразивных инструментов со связанными зернами является в ряде случаев вообще невозможным. В этом случае целесообразна обработка методами, в которых обрабатывающей средой является уплотненный инерционными силами абразив;5
Для практической реализации данного метода разработаны различные способы обработки и устройства, выполнены теоретические и экспериментальные исследования, позволяющие рекомендовать оптимальные режимы и условия обработки некоторых типов деталей.
Для обработки наружных поверхностей тел вращения предназначены способы С2,3]; В данных способах уплотненный абразивный слой формируется на внутренней поверхности вращающегося барабана, а обрабатываемая деталь перемещается вокруг собственной оси и входит в соприкосновение с движущимся уплотненным абразивным слоем, В результате воздействия уплотненного слоя на поверхность обрабатываемой детали происходит съем металла и формируется шероховатость поверхности. Сформированный силами инерции, уплотненный слой абразива имеет достаточно большую жесткость, которая зависит от скорости вращения барабана. В случав, когда оправки с закрепленными на них деталями не совершают вращения вокруг центральной оси, уплотненный слой производит более интенсивный съем металла с выступающих участков профиля поверхности детали и тем самым несколько искажает его. Указанный недостаток сведен к минимуму, когда обрабатываемым деталям сообщают планетарное вращение, В качестве одного из примеров реализации данного способа на рисіІ,І приведена схема установки для обработки наружных поверхностей деталей [3,4].
Исследование процесса образования стружки при малых глубинах резания.
Соотношение тангенциальной Pz и радиальной Ру составляющих сил микро резания при шлифовании поверхностей деталей является очень важным показателем абразивного воздействия на обрабатываемую поверхность, так как дает характеристику энергетических затрат на разрушение металла и на работу, связанную с деформацией металла и стружки и трением абразивной частицы о поверхность исследуемого образца. Это соотношение зависит от коэффициента трения абразивного зерна по металлу, физико-механических свойств обрабатываемого материала, геометрии абразивных частиц, а также от отношения
Экспериментальная установка (см.рис.2.2) давала возможность измерить радиальную и тангенциальную составляющую силы резания при царапании единичными микро выступами вершины абразивного зерна поверхности исследуемого образца и найти вышеуказанное соотношение уРу І82]. Для этого по приведенной выше методике выполняли царапанье полированной поверхности выступами микрорельефа с показателем шероховатости Р 0,05 мкм при глубине внедрения в поверхность в пределах I мкм. Полирование необходимо было для четкого фиксирования параметров царапин и устранения влияния исходной шероховатости на результаты измерения силы Pz . .Для проведения исследований был выбран узкий диапазон нагрузок на единичное абразивное зерно, примерно равных указанным нагрузкам при рабочих расчетах, т.е. в пределах рекомендованного .диапазона напряженности поля инерционных сил Н - 200..,400 в соответствии с [4,78].
Роль смазочно-охлаждащей жидкости в процессе обработки
Известно, что смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ) играют важную роль при различных методах финишной абразивной обработки; . СОЖ выполняют целый ряд важнейших функций: охлаждение детали и абразивного инструмента, осуществление смазочного действия, смачивание, удаление из зоны резания продуктов обработки, улучшение режущего действия.
Эффективность применения СОЖ при шлифовании абразивными и алмазными кругами исследовались в работах Л.В.Худобина 71,73], ПЖЯщерицына С67,69]и других авторов; Правильное применение СОЖ в большинстве случаев позволяет повысить эффективность и качество обработки При всех методах абразивной обработки ставится задача подачи СОЖ непосредственно в зону контакта абразивных или алмазных зерен с поверхностью обрабатываемой детали? Однако, как показали исследования С71,733, при шлифовании в зону резания подача СОЖ затруднена, вследствие высокой температуры в этой зоне, больших контактных давлений и создания клинообразного воздушного зазора, препятствующего попаданию СОЖ в зону резания; Исследование свойств уплотненного абразивного слоя 14,12 3 показало, что высокая пористость уплотненного абразива и наличие СОЖ в зоне обработки под постоянным центробежным давлением, меньшим по сравнению со шлифованием абразивными кругами; сравнительно низкие температуры в зоне резания (420 К), обеспечивают ее проникновение во все поры и микротрещины на поверхностях обрабатываемого материала и абразива .
В работе L41 показано, что размеры диспергируемых микростружке малы и они могут свободно размещаться в объеме меж зернового пространства, заполненного С0Ж;
Под действием центробежного давления СОЖ подходит к точкам контакта абразива и металла ближе, чем во всех известных методах финишной абразивной обработки CI2].
Так как съем металла в рассматриваемом способе обработки прог исходит в соответствии с исследованиями [4,86] главным образом за счет резания микро- и субмикрорельефом абразивных зерен, можно предположить возможность непосредственного проникновения СОЖ в зону микро резания; СОЖ, находясь в непрерывном контакте с обрабатываемой поверхностью деталей и абразивными зернами, образует на них разделяющие контактируемые поверхности, защитные пленки смазки. Смазочная пленка, находясь в зоне контакта, покрывает весь микро- и субмикрорельеф вершин абразивных зерен и проникает таким образом в зону микро резания.
Оборудование, аппаратура и методика проведения экспериментальных исследований.
Исследование рассматриваемого способа обработки деталей проводилось на примере обработки внутренних поверхностей деталей на специальной установке С 78], схема которой приведена на рис.4;Т.
Установка содержит основание I (сечение А-А) с установленным в его опорах полым валом 2, жестко связанным с рычагом 3, Цилиндрические контейнеры 4, в которых устанавливались поджатые с торцов детали 5 (например, детали типа колец), смонтированы в гнездах водила 6. Через полый вал пропущен шток 7 вибрационного привода, соединенный жестко с водилом 6 при помощи штифта 8. Другой конец штока соединен шарнирно с механическим вибратором через вращающуюся пяту 9 и ось 10; Амплитуда колебаний регулировалась изменением эксцентриситета между эксцентриковым валом II и эксцентриковой втулкой 12 от 0 до 3 мм. Частота колебаний изменялась бесступенчато с помощью регулируемого электродвигателя Э от О до 40 Гц.
Для вращения водила с контейнерами вокруг центральной оси предусмотрен регулируемый электродвигатель Э !, а для вращения контейнеров вокруг собственной оси - регулируемый электродвигатель
Рекомендации по выбору режимов резания и условий обработки деталей уплотненным абразивом
Проведенные теоретические и экспериментальные исследования способа обработки поверхностей деталей абразивом, уплотненным инерционными силами (см.гл.4), позволили определить основные факторы, влияющие на производительность и качество обработки. К этим факторам относятся:
1. Давление уплотненного абразивного слоя, определяемое скоростью вращения системы Ус , состоящей из водила и контейнеров (или оправок) с обрабатываемыми деталями.
2..Скорость вращения обрабатываемой детали Уд (скорость резания) , которая обеспечивает перемещение детали относительно уплотненного абразивного слоя.
3. Направление вращения контейнеров (оправок) с деталями и системы.
4. Зернистость абразивного материала.
5. Состав жидкости гидроабразивной суспензии.
6. Продолжительность обработки.
7. Припуск на механическую обработку.
8. Материал обрабатываемой детали.
Экспериментальными исследованиями (см.гл.4) установлено, что в случае обработки внутренних поверхностей при противоположном направлении вращения системы и контейнеров с деталями, обеспечивается эффективный съем металла при хорошем качестве обработан- ной поверхности.
При полировании наружных поверхностей деталей абразивом, уплотненным инерционными силами (см.гл.1, п.1.4), направление вращения деталей и системы должно совпадать. Это необходимо для повышения интенсивности съема металла и улучшения качества обработки.
Экспериментальными и теоретическими исследованиями [4,78], а также исследованиями, проведенными в главе С43 установлено, что оптимальный диапазон напряженности поля инерционных сил. Н = 200 ., 400,-рекомендуемый для назначения режимов обработки и проектирования установок центробежно-планетарного типа, приемлем как для способа обработки внутренних поверхностей деталей типа тел вращения, так и для обработки уплотненным абразивом наружных поверхностей деталей в силу общих закономерностей состояния абразивных частиц и их воздействия на обрабатываемую поверхность.
В связи с этим можно рекомендовать при обработке деталей из закаленной стали 45 значение скорости вращения системы 2fc в пре«» делах 22...25 м/с, а скорость вращения обрабатываемой детали Vd в пределах 5...6 м/с. При обработке незакаленных материалов (не -закаленная сталь 45 и. алюминий Діб нетермообработанный) рекомендуемые значения скоростей вращения системы соответственно находя«-тоя в диапазоне 18...20 м/с и I5V.VI7 м/о. Скорость вращения деталей при этом составляет 5..«6 м/с.
Выбор зернистости абразивного материала следует производить .. с учетом конкретных условий обработки, к которым относятся: необходимая величина удаляемого слоя металла, характер и величина исходной шероховатости и др. Экспериментальными исследованиями (см.гл.4) установлено, что необходимое качество обработки обеспечивают абразивные зерна в диапазоне размеров 1250»...2000 мкм. При обработке деталей уплотненным абразивом не предъявляется жестких требований к однородности зернового состава. Обработку можно достаточно эффективно производить и смесью абразивов различной зернистости.
