Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Анализ состояния вопроса по применению прерывистых абразивных кругов при круглом шлифовании 8
1.1 Современные тенденции в развитии технологии круглого шлифования с применением новых прогрессивных конструкций абразивного инструмента 8
1.1.1 Применение цельных шлифовальных кругов с прерывистой рабочей поверхностью ,.,s s s... 10
1.1.2 Применение сборных абразивных кругов ,,. „ 14
1.1.3 Шлифовальные круги, работающие по методу "бегущего контакта" 19
1.2 Влияние технологических факторов на шероховатость шлифованной поверхности 24
1.3 Влияние конструктивно-технологических факторов на тепловые явления при круглом шлифовании 28
1.4 Анализ способов балансировки шлифовальных кругов 32
Выводы по главе 1 35
Глава 2 Теоретический анализ процесса внутреннего шлифования продольно-прерывистыми кругами с аксиально-смещенным режущим слоем... 38
2.1 Принцип работы продольно-прерывистого круга с аксиально-смещенным режущим слоем 38
2.2 Кинематика процесса шлифования продольно-прерывистыми кругами с аксиально-смещенным режущим слоем 43
2.2.1 Анализ процесса шлифования 43
2.2.2 Кинематическая модель процесса шлифования. 54
2.3 Конструктивная балансировка продольно-прерывистых шлифовальных кругов с аксиально-смещенным режущим слоем 67
2.3.1 Основные уравнения и расчетные зависимости к определению параметров динамически самоуравновешенного абразивного круга с аксиально-смещенным режущим слоем 67
2.3.2 Определение геометрических размеров конструктивных элементов продольно-прерывистого круга с аксиально-смещенным режущим слоем. 72
2.4 Теплофизическая модель внутреннего шлифования продольно-прерывистым кругами с аксиально-смещенным режущим слоем 87
Выводы по главе 2 108
Глава 3 Экспериментальные исследования влияния технологических факторов на эффектив ность процесса круглого внутреннего шлифования продольно-прерывистыми кругами с аксиально-смещенным режущим слоем ... 110
3.1 Общая методика экспериментальных исследований ПО
3.2 Влияние технологических факторов на шероховатость обрабатываемой поверхности 116
3.3 Влияние угла наклона круга на уровень вибраций передней бабки шлифовального станка 125
3.4 Влияние угла наклона круга на среднюю температуру шлифуемой заготовки 131
Выводы по главе 3 134
Глава 4 Конструктивно-технологическое обеспечение шлифования продольно-прерывистыми круга ми с аксиально-смещенным режущим слоем 136
4.1 Разработка конструкций продольно-прерывистых шлифовальных кругов с аксиально-смещенным режущим слоем 136
4.2 Разработка способов подачи СОТС в зону резания при шлифовании продольно-прерывистыми кругами с аксиально-смещенным режущим слоем . 150
4.3 Способы формирования продольно-прерывистых шлифовальных кругов с аксиально-смещенным режущим слоем 151
4.4 Технико-экономическое обоснование эффективности применения продольно-прерывистых кругов с аксиально-смещенным режущим слоем 160
Выводы по главе 4 166
Общие выводы по работе ,...,,, 167
Список литературы
- Шлифовальные круги, работающие по методу "бегущего контакта"
- Кинематика процесса шлифования продольно-прерывистыми кругами с аксиально-смещенным режущим слоем
- Влияние технологических факторов на шероховатость обрабатываемой поверхности
- Разработка способов подачи СОТС в зону резания при шлифовании продольно-прерывистыми кругами с аксиально-смещенным режущим слоем
Введение к работе
і ТІ 8?
Актуальность работы. Эксплуатационные показатели деталей машин и механизмов зависят от качества их рабочих поверхностей, которое, как правило, окончательно формируется на финишных операциях механической обработки. Среди них одной из распространенных является шлифование, отличающееся многообразием методов и способов реализации.
При обработке отверстии важное место занимает внутреннее шлифование. Присущие внутреннему шлифованию особенности: малая жесткость шлифовального шпинделя, большая длина дуги контакта абразивного круга с заготовкой, неблагоприятные условия стружко- и теплоотде-ления, сложность подачи СОТС в зону резания ограничивают технологические возможности этого способа. Кроме того, технические и технологические возможности современного внутришлифовального оборудования в существенной степени ограничены применяемым абразивным инструментом. Поэтому разработка новых конструкций абразивного инструмента является большим резервом совершенствования процесса и технологии внутреннего шлифования.
Эффективным методом повышения производительности обработки и качества поверхностного слоя обработанных изделий, снижения тепло-напряженности процесса шлифования является изменение схемы съема припуска путем применения кругов для дискретного шлифования, которое наиболее технологично можно осуществить выполнением рабочей поверхности инструмента рельефной (в виде равномерных выступов и впадин) или обеспечив "бегущий", или сканирующий контакт шлифовального круга и заготовки. Одним из способов реализации последнего является установка стандартного шлифовального круга под углом к оси его вращения с последующей правкой.
Обеспечение прерывания зоны контакта по первому методу определяет значительное усложнение конструкции инструмента, ударный характер процесса резания, сопровождающийся развитием вибраций, повышенный износ круга и уровень требований к жесткости технологической системы.
геометриче-
При шлифовании с бегущим контактом зона резания перемещается по обрабатываемой поверхности не только в направлении подачи, но и совершает синусоидальные перемещения вдоль образующей заготовки, перпендикулярные вектору окружной подачи заготовки, с частотой, равной удвоенной частоте вращения шлифовального круга. Натяг в технологической системе при этом не изменяется, что не выдвигает особых тре-
бований к ее жесткости Однако увеличение угла наклона и
РОС НАЦИОНАЛЬНАЯ БИБЛИОТЕКА С.Петербург _/л ОЭ тімЮРб
_ tS її —
ских размеров инструмента ограничено динамическими условиями, стойкостью и прочностью шлифовального круга, что уменьшает ширину обработки, производительность и эффективность снижения теплонапряжен-ности процесса съема припуска.
Поэтому совершенствование процесса внутреннего шлифования с бегущим контактом, направленное на расширение его технологических возможностей, повышение производительности и качества обработанных поверхностей за счет изменения схемы резания, геометрии шлифовальных кругов и обеспечения их уравновешенности является актуальным.
Научное исследование по теме диссертационной работы выполнено при поддержке следующих проектов и грантов:
ШП №04.01.041 Минобразования Рэссии «Совершенствование технологии абразивно-алмазной обработки путем применения продольно-прерывистых кругов с аксиально-смещенным режущим слоем» (2002 г.)
Грант МО "100-6.3-1757 «Совершенствование технологии абразивно-алмазной обработки инструментом с квазидискретным контактом и упругими связями» (2002 г.)
Цель работы: повышение эффективности процесса круглого внутреннего шлифовании путем создания продольно-прерывистых кругов с аксиально-смещенным режущим слоем.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие основные задачи:
установить кинематические закономерности процесса шлифования продольно-прерывистыми кругами с аксиально-смещенным режущим слоем, позволяющие обоснованно выбирать значения конструктивных параметров инструмента и технологических режимов обработки;
разработать пространственно^еометрические схемы съема припуска при шлифовании продольнонпрерывистыми кругами с аксиально-смешенным режущим слоем;
разработать методику балансировки продольно- прерывистых кругов с аксиально-смещенным режущим слоем в процессе их проектирования и эксплуатации;
- разработать теплофизическую модель шлифования продольно-
прерывистыми кругами с аксиально-смещенным режущим слоем, учиты
вающую кинематические особенности и дискретность процесса обработ
ки;
провести исследования влияния технологических факторов на шероховатость, среднюю температуру обрабатываемой заготовки и вибрации технологической системы;
разработать абразивные инструменты и технологическую оснастку для реализации результатов работы.
Методы исследования. При выполнении работы использовались научные основы технологии машиностроения, методы системного анализа, теории шлифования, теории резания металлов, механики деформируемого твердого тела, многофакторного планирования экспериментов и статистического анализа, математического моделирования и программирования.
Научная новизна работы:
установлены кинематические, динамические и теплофизические закономерности процесса внутреннего шлифования продольно-прерывистыми кругами с аксиально-смещенным режущим слоем;
установлены закономерности формирования шероховатости поверхности, температуры нагрева заготовки и вибраций технологической системы в зависимости от конструктивно-технологических параметров инструмента и режимов обработки;
созданы новые конструкции продольно-прерывистых кругов с ак-сиалью-смещенным режущим слоем и технологическая оснастка для реализации процессов шлифования таким абразивным инструментом.
Достоверность полученных результатов подтверждается экспериментальными исследованиями, проверкой адекватности полученных математических уравнений, результатами экспериментальнсчтромышлен-ных испытаний, использованием современных поверенных средств контроля, внедрением разработанных конструкций инструментов и способов шлифования в производство.
Практическая ценность работы:
- разработан, изготовлен и прошел производственные испытания ряд
запатентованных конструкций продольно-прерывистых шлифовальных
кругов с аксиально-смещенным режущим слоем и технологических про
цессов с их использованием, обеспечивающих повышение эффективности
внутреннего шлифования;
- разработаны методика балансировки продольно-прерывистых
шлифовальных кругов, алгоритмы и пакет прикладных программ проек
тирования динамически самоуравновешенных инструментов и выбора
технологических условий обработки;
- разработаны способы и устройства формирования аксиально-
смещенного режущего слоя инструмента и подачи СОТС в зону резания.
Автор защищает:
1. Результаты теоретических исследований процесса внутреннего шлифования продольно-прерывистыми кругами с аксиально-смещенным режущим слоем: кинематическую и теплофизическую модели, результаты
анализа динамической неуравновешенности и методику балансировки продольно-прерывистых кругов в процессе их проектирования и эксплуатации.
-
Вгзультаты экспериментальных исследований влияния технологических факторов внутреннего шлифования продольно-прерывистым кругом с аксиально-смещенным режущим слоем на шероховатость обработанной поверхности, вибрации технологической системы и изменение температуры процесса.
-
Конструкции продольно-прерывистых шлифовальных кругов с аксиально-смещенным режущим слоем, способы и устройства для формирования рабочей поверхности кругов и подачи СОІС.
Апробация работы: основные положения работы докладывались на международных научно-технических конференциях: "Авиационно-космическая техника и технология" (Харьков, 1999, 2002) "Инженерно-физические проблемы авиационной и космической техники" (Егорьевск, 1999, 2002 "Интеграция отраслевой и вузовской науки: проблемы современного машиностроения" (Вэстов-на-Дону, 2000% "Качество жизни населения - основная цель экономической стабилизации и роста" (Орел, 2000); "Фундаментальные и прикладные проблемы технологии машиностроения" (Орел, 2000, 2001, 2002); "Актуальные проблемы машиностроения" (Владимир, 2001 "Качество машин" (Брянск, 2001); "Нетрадиционные методы обработки" (Воронеж, 2002 "Прогрессивные технологии и оборудование в машиностроении и металлургии" (Липецк, 2002 на всероссийской выставке научно-технического творчества молодежи "НПМ - 2002" (Москва, 2002 на научных конференциях в ОрелПУ (1999-2003) гг.
Практическая реализация. Вгзультаты исследования внедрены в ОАО «ОЧЗ» (г. Орел) АООТ «Ливенский машзавод», ОАО «Промпри-бор», ОАО «Ливнынасос» (г. Ливны) а также используются в учебном процессе при чтении лекций и проведении практических занятий по дисциплинам «Режущий инструмент», «Технология машиностроения», «Специальные методы обработки материалов», «Математическое моделирование технологических процессов» в ОрелПУ и Ливенском филиале ОрелПУ.
Публикации: по теме диссертации опубликовано 26 работ, в том числе получено 10 патентов Российской Федерации на изобретения.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 164 страницах основного текста, содержит 62 рисунка и 5 таблиц. Состоит из введе-
ния, четырех глав, списка литературы, включающего 185 наименований, приложений.
Автор выражает благодарность профессору кафедры «Прикладная механика» ОрелГТУ, к.т.н. Е.Т. Кобякову за помощь и консультации при выполнении диссертационной работы.
Шлифовальные круги, работающие по методу "бегущего контакта"
В работах [81 - 83, 86] установлено, что применение технологий, основанных на локализации взаимодействия абразивного круга и заготовки и создании осциллирующей зоны резания, является эффективным направлением обеспечения высокой точности и качества поверхностного слоя детали при одновременной интесификации режимов резания.
Вследствие локальности контакта на порядок снижаются силы резания и трения, а так же температура, увеличивается стойкость инструмента, а дополнительно перемещающаяся в осевом направлении зона резания обеспе чивает снижение теплового воздействия на поверхностный слой изделий, уменьшая вероятность появления структурно-фазовых изменений в поверхностном слое деталей [81].
Примером новых современных технологических концепций может служить шлифование "бегущей точкой" фирмы Junker Machinen (Германия) [163]. Одним из главных отличий этого способа является наличие сосредоточенного контакта конической заборной части узкого круга с заготовкой. Обработка "точкой" достигается разворотом оси абразивного круга относительно оси вращения заготовки в вертикальной и горизонтальной плоскостях.
Осциллирующая в продольном направлении относительно оси вращения инструмента подвижная зона резания существенно повышает эффективность шлифования = Осцилляция шпинделя с абразивным крутом или заготовки традиционно обеспечивается специальным приводом [52], что усложняет конструкцию шлифовального станка.
Оригинальным способом получения осциллирующего движения зоны контакта круга с заготовкой является применение принципа "бегущего контакта", разработанного Ю. С. Степановым [81 - 86]. "Бегущий контакт" может быть обеспечен несколькими методами: специальной геометрией рабочей поверхности абразивного инструмента, движением обката, установкой инструмента под углом к оси его вращения, и другими способами. На рисунке 1.7 представлены конструкции абразивного инструмента, работающего по принципу "бегущего контакта".
Наиболее просто осциллирующее движение реализуется установкой шлифовального круга под углом к оси его вращения [4]. При такой установке инструмента зона резания перемещается по обрабатываемой поверхности в осевом направлении, т.е. наблюдается осевая осцилляция зоны контакта. Это обеспечивает прерывание теплового насыщения в поперечных сечениях обрабатываемой заготовки, т.е. поверхность заготовки охлаждается при непрерывном процессе резания. а) с передвижными сегментами; б) с прерывисто-непрерывной рабочей поверхностью; в) с аксиально-смещенным режущим слоем. На шлифуемой поверхности формируется равномерная сетка разнонаправленных следов, подобно тому, как это происходит при хонинговании с наложением вибраций.
Оптимальные значения угла наклона шлифовального круга лежит в диапазоне от 5 до 15. Такие пределы обусловлены ограничениями по прочности круга и жесткости технологической системы [83 - 86].
Доказано, что использование наклонных кругов (рисунок 1.7, б, в), позволяет повысить точность размеров и формы деталей, снизить шероховатость обработанной поверхности и теплонапряженность процесса шлифования [82]. Стойкость кругов с аксиально-смещенным режущим слоем по сравнению с обычными кругами повышается в несколько раз [73]. Процесс носит квазипрерывиетый характер и обеспечивает преимущества свойственные шлифованию прерывистыми кругами и исключает недостатки традиционно сопутствующие этому процессу - вибрации из-за дискретности рабочей поверхности инструмента.
При шлифовании кругами с аксиально-смещенным режущим слоем (рисунок 1.7 б, в), происходит постепенное во времени и пространстве вхождение в работу (по принципу шнека) рабочей поверхности шлифовального круга, которое сопровождается снижением радиальной составляющей силы резания, что особенно важно при обработке тонкостенных и нежестких заготовок, а также деталей из труднообрабатываемых материалов. В поверхностном слое деталей формируются остаточные напряжения растяжения, максимальные значения которых в 2,5-3 раза меньше напряжений, получаемых при обработке кругами с традиционной геометрией [73].
Таким образом, из анализ результатов научно-технических исследований по рассматриваемой проблеме следует, что одним из прогрессивных направлений развития инструмента является создание абразивных кругов работающих с прерыванием зоны контакта. Такое прерывание может осуществляться в поперечном или в продольном направлении, за счет осцилляции зоны резания. Поперечное прерывание зоны контакта сопровождается значительным усложнением конструкции инструмента и повышенным уровнем вибраций при его работе. Устранение этих недостатки возможно за счет прерывания зоны контакта круга и заготовки в продольном направлении. Такое прерывание обеспечивают абразивным инструментом работающим по принципу "бегущего контакта", что наиболее просто реализуется установкой круга под углом к оси его вращения. Сравнительная простота конструкций таких кругов делает их наиболее предпочтительными для процесса круглого внутреннего шлифования с прерыванием зоны контакта.
Кинематика процесса шлифования продольно-прерывистыми кругами с аксиально-смещенным режущим слоем
Наибольшее влияние на шероховатость поверхности деталей при шлифовании продольно-прерывистыми кругами с аксиально-смещенным режущим слоем оказывает продольная подача Snp (рисунок 3.8), что подтверждает теоретические закономерности установленные в главе 2. При изменении продольной подачи в диапазоне Snp - 2,5 - 8 м/мин и скорости вращения заготовки Узаг = 12 м/мин наблюдался рост величины среднеарифметического отклонения Ra от 0,59 до 0,85 мкм, с увеличением угла наклона а от 5 до 12 при Snp - 2,5 м/мин происходило снижение величины среднеарифметического отклонения Ra от 0,85 до 0,47 мкм (рисунок 3.8, а).
При скорости вращения заготовки Узаг = 36 м/мин с увеличением продольной подачи 5 в рассматриваемом диапазоне отмечен рост величины среднеарифметического отклонения Ra от 0,58 до 0,88 мкм, с увеличением угла наклона а от 5 до 12 происходит снижение Ra от 0,88 до 0,46 мкм (рисунок 3.8, б). Исходя из проведенных экспериментальных исследований установлено, что при увеличении угла наклона круга происходит снижение шероховатости шлифованной поверхности.
Уменьшение шероховатости при снижении скорости детали объясняется кинематикой процесса шлифования (увеличением количества абразивных зерен, проходящих через рассматриваемое сечение в единицу времени).
Снижение частоты вращения заготовки равносильно увеличению скорости шлифовального круга. По мнению А. А. Маталина [50] и П. И. Ящери-цына [131] при неизменной скорости круга уменьшение частоты вращения изделия приводит к возрастанию числа рядов абразивных зерен, прорезающих канавки в данном сечении изделия, что и приводит к уменьшению высоты шероховатости.
Из рисунка 3.7 следует, что увеличение скорости детали от 12 м/мин до 36 м/мин при продольной подаче Snp = 2,5 м/мин и а = 12 обуславливает незначительный рост величины шероховатости Ra.
Увеличение продольной подачи от 2,5 м/мин до 8 м/мин приводит к увеличению шероховатости Ra от 0,58 до 0,88 мкм т.е. в 1,5 раза (рисунок 3.8). Это объясняется снижением количества встреч режущих абразивных зерен с обрабатываемой поверхностью.
На основании экспериментальных исследований, проводимых авторами работ [23, 24, 46, 48, 109, ПО], можно констатировать, что скорость вращения заготовки в диапазоне Узаг - 12-36 м/мин при шлифовании стали 45 продольно-прерывистыми кругами с аксиально-смещенным режущим слоем оказывает значительно меньшее влияние на шероховатость поверхности, чем при шлифовании традиционными кругами с теми же режимами обработки (рисунок 3.9). При шлифовании стали ШХ 15 продольно-прерывистыми кругами с аксиально-смещенным режущим слоем в сравнении с сборными абразивными кругами в диапазоне Узаг = 12 - 36 м /мин, также наблюдается снижение шероховатости в 1,5-2 раза (рисунок 3.10).
Таким образом при шлифовании продольно-прерывистыми кругами с аксиально-смещенным режущим слоем продольная подача оказывает меньшее влияние на шероховатость обработанной поверхности, чем при обработке традиционными кругами и сборными абразивными кругами (рисунок 3.11, 3.12).
На основании сопоставления экспериментальных данных по влиянию режимов обработки на шероховатость поверхности при шлифовании традиционными кругами, сборными абразивными кругами и продольно-прерывистыми кругами с аксиально-смещенным режущим слоем, можно сделать вывод, что при шлифовании последними наблюдается снижение величины среднеарифметического отклонения Ra, что обеспечивает повышение качества поверхностного слоя деталей и увеличивает производительность обработки за счет увеличения ширины, стойкости и уменьшения количества правок.
Исходя из того, что большая роль в изменении шероховатости и других геометрических характеристик поверхностного слоя деталей связаны с вибрациями шлифовальных кругов, были проведены измерения вибраций шлифовальной бабки станка и шпинделя изделия при обработке продольно-прерывистыми кругами с аксиально-смещенным режущим слоем.
Основными источниками возмущения вибраций являются привод станка, процесс шлифования и дисбаланс шлифовального круга. Поэтому исследования вибраций проводились как на холостом, так й на рабочем ходе станка. Балансировка шлифовальных кругов проводилась по методике, описанной в пункте 2.3.
Влияние технологических факторов на шероховатость обрабатываемой поверхности
Как видно из рассмотренных конструктивных особенностей продольно-прерывистых шлифовальных кругов с аксиально-смещенным режущим слоем, все они направлены на снижение теплонапряженность процесса шлифования за счет осцилляции зоны резания, а так же за счет того, что абразивные диски круга расположены на некотором расстоянии. Дополнительное снижение температуры возможно за счет эффективной подачи СОТС. По данным Ю. С. Степанова [82, 85, 93], при шлифовании кругами с аксиально-смещенным режущим слоем генерируют более интенсивные воздушные потоки чем при шлифовании обычными кругами. Поэтому традиционные способы подачи СОТС при шлифовании продольно-прерывистыми кругами с аксиально-смещенным режущим слоем недостаточно эффективны. В этой связи разработаны способы подачи СОТС учитывающие конструктивные особенности такого инструмента [165 - 167]: - подача СОТС через отверстия в шпинделе; - комбинированный - через отверстия в шпинделе и поры круга.
На рисунке 4.11 представлены способы подачи СОТС при шлифовании продольно-прерывистыми кругами с устройством для подачи СОТС в зону резания через полый шпиндель, зазоры между единичными абразивными дисками и поры круга.
При подаче СОТС через полый шпиндель исключается отрицательное воздействие торцевых и периферийных воздушных потоков, генерируемых шлифовальным кругом. Дополнительное ускорение технологического средства под действием центробежных сил при его истечении из отверстий в шпинделе обеспечивают его доставку к зоне обработке.
Дополнительная подача СОТС через поры в круге гарантирует его попадание непосредственно в зону контакта инструмента и заготовки.
Вслед за осциллирующим движением продольно-прерывистой зоны резания, на обрабатываемую поверхность подаются так же осциллирующие в продольном направлении струи эмульсии, имеющие высокую скорость движения относительно заготовки.
Таким образом, осциллирующий характер подачи в совокупности с его смазочно-моющим, охлаждающим и диспергирующим действием значительно снижают вероятность появления прижогов в поверхностном слое обрабатываемой заготовки.
Способы формирования продольно-прерывистых шлифовальных кругов с аксиально-смещенным режущим слоем Следует отметить, что результаты абразивной обработки определяются, не только режимами резания и способом шлифования, но и методом и уело 152 Конструкции продольно-прерывистых шлифовальных кругов с аксиально-смещенным режущим слоем для подачи СОТС в зону резания через полый шпиндель и зазоры между единичными абразивными дисками 153 виями формирования режущего слоя абразивного кругов.
Формирование режущего слоя обеспечивает кругу не только правильную геометрическую форму, но и оказывает непосредственное влияние на число активных режущих зерен и склонность крута к самозатачиванию.
Формирование аксиально-смещенного режущего слоя продольно-прерывистых шлифовальных кругов возможно осуществлять несколькими способами: прессованием, правящим инструментом, потоком концентрированной энергии (лазером, сверхзвуковой струей жидкости и т.п.)
В рамках проведенных исследований для формирования рабочей поверхности разработаны специальные устройства и способы [67, 161, 183]. Классификация некоторых способов формирования абразивных дисков представлена на рисунке 4,12. В зависимости от способа на оправку разработаны абразивные кругис различным конструктивным исполнением торцевой по= верхности.
Технология изготовления цельнопресованных кругов с аксиально-смещенным режущим слоем аналогична традиционной технологии изготовления шлифовальных кругов. В пресс-формах можно получать абразивные диски с разнообразной геометрией аксиально-смещенного режущего слоя (рисунок 4.13).
Формирование абразивных дисков с аксиально-смещенным режущим слоем из кругов формы ГШ можно осуществлять: шлифованием, накатыванием, обкатыванием, обтачиванием.
Одним из способов получения продольно-прерывистых кругов с аксиально-смещенным режущим слоем является использование правящего инструмента, представляющего собой отрезной круг, или набор отрезных кругов, устанавливаемых под углом а к оси шлифовального круга (рисунок 4.14), продольную подачу сообщают шлифовальному кругу из условия образования на его периферии наклонной кольцевой канавки и определяют величину подачи за полный оборот круга по формуле:
Разработка способов подачи СОТС в зону резания при шлифовании продольно-прерывистыми кругами с аксиально-смещенным режущим слоем
При формировании аксиально-смещенного режущего слоя на периферии диска необходимо обеспечить вылет правящего инструмента 2 на величину: (В - Ва), где В и Ва - соответственно высота круга и ширина аксиально смещенного режущего слоя. Последняя зависит от угла акр наклона аксиально смещенного режущего слоя.
С целью увеличения производительности работы устройства на держателе 3 устанавливают два правящих инструмента 2, которые располагают с левого и правого торцов круга. Левый, и правый правящие инструменты должны быть установлены на расстоянии Ва - ширины аксиально-смещенного режущего слоя.
Разработанное устройство, обеспечивает высокую точность и производительность правки и формообразования, позволяет профилировать аксиально-смещенный режущий слой на абразивном диске, не снимая го со шпинделя шлифовального станка.
Наряду с механическими методами формирования аксиально-смещенного режущего слоя, разработаны методы использующие физико-механическое воздействие потоком концентрированной энергии, например, сверхзвуковой струей жидкости с рабочим давлением Р = 350 - 400 Мпа [184, 185].
Поток жидкости подают под углом к торцу абразивного диска, после чего устройству сообщают возвратно-поступательное движение в вертикальной плоскости, согласованное с движением вращения абразивного диска со скоростью правки. Причем эти движения приостанавливают после полного оборота абразивного диска (рисунок 4.16, а).
На рисунке 4.16; б представлена схема другого способа формирования аксиально-смещенного режущего слоя. Его отличие от вышерассмотренного способа состоит в том, что правящий инструмент в виде сверхзвуковой струи жидкости приводят в соприкосновение с точкой пересечения левой торцевой плоскости абразивного диска и его нижней образующей и направляют по ка 159
Способы формирования аксиально-смещенного режущего слоя абразивных дисков сверхзвуковой струей жидкости 160 сательной к абразивному диску.для снятия припуска под правку. Причем за пол-оборота абразивного диска правящему инструменту, сообщают продольное перемещение S0 вправо, определяемую из соотношения: S0=Dgy, (4.1) где D - наружный диаметр абразивного диска; у - угол наклона аксиально-смещенного режущего слоя, задаваемый при проектировании. За другие пол-оборота абразивного диска правящему инструменту сообщают обратное продольное перемещение с величиной S0, причем после каждого полного оборота абразивного диска правящему инструменту сообщают дискретное продольное перемещение влево, определяемое по зависимости: Sd={B-H)/h, (4.2) где В - высота абразивного диска; Н - высота аксиально-смещенного режущего слоя, задаваемая при проектировании.
Таким образом, технологии получения продольно-прерывистых кругов с аксиально-смещенным режущим слоем достаточно разнообразны и сравнительно просты, что позволяет реализовать их в условиях любого машиностроительного предприятия. Это обуславливает возможность широкого использования абразивных инструментов работающих с прерыванием зоны резания в продольном направлении.
Технико-экономическое обоснование эффективности применения продольно-прерывистых кругов с аксиально-смещенным режущим слоем
На основании результатов теоретических и экспериментальных исследований переведенных в предыдущих главах можно констатировать, что применение технологии шлифования продольно-прерывистыми кругами с аксиально-смещенным режущим слоем позволяет: - снизить шероховатость поверхности деталей на 35 - 40%; - уменьшить вибрации шпинделя станка на 40 — 50%, что в свою очередь приводит к снижению волнистости поверхности деталей; - увеличить протяженность зоны контакта шлифовального круга и заготовки за счет установки круга под углом к оси его вращения; - снизить теплонапряженность процесса шлифования, за счет прерывания зоны контакта круга и заготовки на 25 — 40%, в зависимости от угла наклона круга и режимов обработки; - повысить стойкость инструмента за счет изменения схемы съема припуска в 3.,5 — 4 раза, что дает возможность уменьшить количество правок шлифовального круга, а за счет этого увеличить производительность процесса шлифования; - обеспечивают повышение производительности за счет интенсификации режимов резания на 15 - 20%; Экономическую оценку эффективности промышленного внедрения рассматриваемой технологии производим на основе определения срока окупаемости капитальных вложений для ее реализации: Ж ҐА1Л т = —, год, (4.3) АС где т - срок окупаемости капитальных вложений; ЛК - стоимость изготовления инструмента, руб; А С - годовая экономия, достигаемая в результате использования рассматриваемой технологии шлифования, руб. АС = С]+С2. (4.4) где С] - годовая экономия, достигаемая за счет уменьшения времени на обработку заготовки и количества числа правок шлифовального круга; С2 - годовая экономия, достигаемая за счет увеличения стойкости шлифовального круга.
