Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор состояния проблемы по теме диссертации 13
1.1. Анализ состояния вопроса конструкции, внутреннего строения, типоразмеров, технологии изготовления и области применения отрезных шлифовальных кругов на бакелитовой связке 13
1.2. Зернистость, форма, геометрия и рельеф поверхности свободного шлифовального зерна 22
1.3. Прочность и износостойкость шлифовальных кругов 35
1.3.1. Износ и прочность шлифовальных зёрен 35
1.3.2. Прочность соединения зерна со связкой 39
1.3.3. Объёмная прочность шлифовального круга , 43
1.4. Выводы . 50
1.5. Цель и задачи исследований 52
Глава 2. Методы и физические основы разделения мелких частиц по признаку формы 53
2.1. Методы сепарации сыпучих материалов по признаку формы , 53
2.2. Типы вибрационных сепараторов 55
2.3. Модернизированный вибрационный сепаратор для классификации шлифовальных зёрен по признаку формы 58
2.3.1. Физические основы вибросепарации абразивного зерна по форме , 67
2.3.2. Режимы движения частиц и работы вибрационного сепаратора 72
2.3.3. Частота и амплитуда колебаний наклонной деки при вибросепарации 78
2.4. Выводы 80
Глава 3. Технология и оборудование для изготовления экспериментальной партии отрезных кругов содержащих в своей структуре шлифовальные зёрна с контролируемой формой 83
3.1. Методика оценки формы шлифовальных зерен 83
3.2. Исследование формы шлифовальных зёрен из нормального электрокорунда, используемых при изготовлении отрезных кругов . 87
3.3. Технология и оборудование для изготовления экспериментальной партии отрезных кругов 230x3x22 13А63Н [Кф] СТЗ БУ с разной формой зёрен 93
3.3.1. Рецептура формовочной смеси 93
3.3.2. Технология смешивания формовочной смеси 96
3.3.3. Формование отрезных кругов 99
3.3.4. Термообработка (бакелизация) отрезных кругов 102
3.3.5. Результаты производственных испытаний опытных отрезных кругов на соответствие нормативно - техническим требованиям 107
3.4. Выводы 108
Глава 4. Оценка влияния формы абразивного зерна на эксплуатационные характеристики отрезных шлифовальных кругов 110
4.1. Методика проведения испытаний 110
4.1.1. Методика оценки эксплуатационных характеристик отрезных шлифовальных кругов 110
4.1.2. Испытательный комплекс для оценки эксплуатационных характеристик опытных отрезных шлифовальных кругов 113
4.1.3. Выбор обрабатываемых материалов для исследования работоспособности экспериментальных отрезных кругов 119
4.2. Исследование работоспособности опытных образцов отрезных кругов, содержащих в своей структуре шлифовальные зёрна с контролируемой формой 120
4.2.1. Определение оптимальной нагрузки резания 120
4.2.2. Влияние коэффициента формы шлифовального зерна на интенсивность съёма металла 121
4.2.3. Исследование взаимосвязи интенсивности съёма металла и времени одного прохода, с режимами износа рабочего слоя отрезного круга, содержащего в своей структуре классифицированные по форме шлифовальные зёрна 125
4.2.4. Влияние коэффициента формы шлифовального зерна на износ отрезного круга 131
4.2.5. Влияние коэффициента формы шлифовального зерна на коэффициент шлифования 134
4.2.6. Влияние коэффициента формы шлифовального зерна на эффективную мощность, затрачиваемую на шлифование 137
4.2.7. Влияние коэффициента формы шлифовального зерна на температуру в зоне резания 140
4.2.8. Влияние коэффициента формы шлифовального зерна на разрывную прочность отрезных кругов 143
4.2.9. Сравнительные испытания отрезных кругов 144
4.3. Выводы 147
Глава 5. Стохастическое моделирование влияние коэффициента формы шлифовального зерна на эксплуатационные характеристики отрезных шлифовальных кругов 150
5.1. Анализ существующих моделей износа материалов 150
5.2. Метод множественной корреляции 156
5.3. Анализ результатов моделирования 165
5.3.1. Многофакторные модели, описывающие влияние коэффициента формы шлифовального зерна 13А63 на выходные параметры процесса шлифования 165
5.3.2. Оценка интенсивности съема металла от прилагаемой нагрузки 170
5.3.3. Модель, описывающая влияние коэффициента формы шлифовального зерна на разрывную прочность отрезных шлифовальных кругов 172
5.4. Выводы 173
Заключение 175
Библиографический список
- Зернистость, форма, геометрия и рельеф поверхности свободного шлифовального зерна
- Модернизированный вибрационный сепаратор для классификации шлифовальных зёрен по признаку формы
- Исследование формы шлифовальных зёрен из нормального электрокорунда, используемых при изготовлении отрезных кругов
- Методика оценки эксплуатационных характеристик отрезных шлифовальных кругов
Введение к работе
В настоящее время отрезные шлифовальные круги на бакелитовой связке широко используются во всех областях народного хозяйства, в том числе данный тип инструмента нашёл обширное применение на заготовительных операциях при обработке изделий машиностроения. Этому способствует как универсальные способности данного инструмента, так и относительная доступность абразивных материалов, из которых он изготавливается.
В то же время анализ показывает, что эффективность применения существующих отрезных кругов могла бы быть значительно выше. Одна из основных причин такого положения состоит в недостаточной степени использования потенциальных возможностей компонентов отрезного круга и качестве образуемых ими композитов. Это, в первую очередь, связанно с работоспособностью его микрорежущих элементов — шлифовальных зёрен, эффективность применения которых, как установлено, не превышает 10-20%.
При работе шлифовального инструмента, в частности отрезного круга, лишь часть абразивных зёрен, находящихся в его структуре, активно участвует в процессе резания, изнашиваясь по площадке или микроскалываясь. Остальные же зёрна практически не участвуют в процессе резания. Это, наряду с другими факторами, предопределяется тем, что зёрна нормального электрокорунда, используемые при изготовлении отрезных кругов на бакелитовой связке, несмотря на одинаковый номер зернистости, имеют произвольную конфигурацию, и, как следствие геометрию. Хаотичная форма и геометрия зёрен приводят к тому, что многие из них либо вообще не участвуют в резании, выкрашиваясь и вылетая из связки, либо деформируют и нагревают металл, не срезая его. Поэтому повышение эксплуатационных характеристик отрезных шлифовальных кругов на основе использования шлифовальных зёрен с контролируемой и упорядоченной формой является актуальной проблемой.
Важность влияния формы шлифовального зерна на его физико -
механические и режущие свойства отмечается в работах Ваксера Д.Б.,
Рыбакова А.В., Никитина Ю.И., Резникова А.Н., Гаврилова Г.М.,
Филимонова Л.Н., Короткова А.Н.
Цель диссертационной работы состоит в повышение работоспособности отрезных шлифовальных кругов на основе использования шлифовальных зёрен с контролируемой формой.
Общая методика исследований:
Анализ и обобщение результатов научных работ по вопросу изучения влияния физико - механических свойств абразивного материала из электрокорунда на эксплуатационные характеристики шлифовальных инструментов на бакелитовой связке.
Исследование параметра коэффициент формы (Кф) шлифовальных зёрен нормального электрокорунда, используемых при изготовлении отрезных шлифовальных кругов на бакелитовой связке.
Исследование эксплуатационных характеристик экспериментальных отрезных кругов, содержащих в своей структуре классифицированные по форме шлифовальные зёрна нормального электрокорунда.
Разработка на основе стохастического моделирования математических моделей, позволяющих отразить влияние коэффициента формы (Кф) шлифовального зерна на интенсивность съёма металла, износ, коэффициент шлифования, эффективную мощность, затрачиваемую на шлифование, теплонапряженность процесса отрезки и разрывную прочность отрезных кругов.
Достоверность научных положений выводов и результатов обоснованна и подтверждается большим количеством экспериментальных данных, лабораторных и производственных испытаний. Достоверность и воспроизводимость опытов подтверждается результатами математической обработки полученных экспериментальных данных.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту:
Классифицирование шлифовальных зёрен и целенаправленный подбор их формы, как средство упорядочение геометрии зёрен и как путь повышения работоспособности каждого отдельного зерна и всего инструмента в целом.
Технология и оборудование для изготовления экспериментальных отрезных шлифовальных кругов, содержащих в своей структуре зёрна с одинаковым коэффициентом формы.
Методика проведения испытаний опытных отрезных кругов, содержащих в своей структуре классифицированные по форме шлифовальные зёрна.
Результаты исследований влияния коэффициента формы (Кф) шлифовального зерна нормального электрокорунда на эксплуатационные характеристики отрезных шлифовальных кругов на бакелитовой связке.
Математические модели, отражающие влияние коэффициента формы (Кф) шлифовального зерна на эксплуатационные характеристики отрезных кругов на бакелитовой связке.
Рекомендации по повышению работоспособности отрезных шлифовальных кругов на основе классифицирования и подбора шлифовальных зёрен по форме.
Опытные отрезные шлифовальные круги 230x3x22 13А63Н [Кф] СТЗ БУ, обладающие в 1,4 -г- 2,3 раза более высоким коэффициентом шлифования (Кщ) чем стандартный отечественный инструмент, такого же типа и назначения, что подтверждают лабораторные и производственные испытания.
Научная новизна работы:
Усовершенствована методика вибрационного сепарирования шлифовального зерна по признаку формы, позволяющая улучшить качество разделения абразивного материала по форме.
Установлена закономерность и особенности распределения по форме шлифовальных зёрен нормального электрокорунда различных зернистостей и разных производителей, используемых при изготовлении отрезных кругов на бакелитовой связке.
Усовершенствована технология изготовления отрезных шлифовальных кругов, включающая этап предварительной сортировки и целенаправленного отбора зёрен по признаку формы.
Разработана новая конструкция отрезных шлифовальных кругов, имеющих в своём составе зёрна с контролируемой, одинаковой и специально подбираемой формой и обладающих повышенными эксплуатационными характеристиками.
Разработана методика по оценке эксплуатационных характеристик отрезных кругов на бакелитовой связке, с контролируемой формой шлифовальных зёрен.
Установлено влияние формы шлифовального зерна на эксплуатационные характеристики отрезных кругов (интенсивность съёма металла, износ, коэффициент шлифования, разрывную прочность, теплонапряженность процесса отрезки и эффективную мощность, затрачиваемую на шлифование).
Разработаны математические модели, позволяющие отразить влияние коэффициента формы (Кф) шлифовального зерна на эксплуатационные характеристики отрезных кругов на бакелитовой связке.
Практическая ценность работы:
Разработан и изготовлен модернизированный сепаратор для вибрационной классификации шлифовальных зёрен по форме, позволяющий качественно осуществлять эту операцию для абразивов различных марок и зернистостей.
Разработан испытательный комплекс, позволяющий всесторонне оценивать
эксплуатационные характеристики отрезных шлифовальных кругов.
3. Разработаны рекомендации по подбору величины коэффициента формы
(Кф) шлифовальных зёрен нормального электрокорунда, позволяющие повысить эксплуатационные показатели отрезных шлифовальных кругов на бакелитовой связке.
4. Изготовлена партия экспериментальных шлифовальных кругов,
230x3x22 13А63Н [Кф] СТЗ БУ, обладающих в 1,4 - 2,3 раза более высоким
коэффициентом шлифования (K„J по сравнению со стандартными кругами,
что подтверждено результатами производственных испытаний на ряде
машиностроительных предприятий.
Внедрение.
Результаты работы в виде рекомендаций внедрены в технологический процесс изготовления отрезных кругов на ООО «Юргинские абразивы» (г. Юрга). Экспериментальный инструмент внедрён на ОАО «НИИВЭМ» (г. Кемерово); ОАО «КЕМЕРОВОХИММАШ» (г. Кемерово); СПК «Инструмент» (г. Прокопьевск); ООО «Техноцентр» (г. Прокопьевск); ООО «Запсибтехмонтаж» (г. Прокопьевск) на операциях отрезки деталей и заготовок различного профиля.
Апробация работы.
Основные положения работы доложены и обсуждены на межрегиональной научно - практической конференции «Ресурсосберегающие технологии в машиностроении» (г. Бийск, 2001, 2002 г.г.); на всероссийской научно - практической конференции «Прогрессивные технологии и экономика в машиностроении» (г. Юрга, 2001 - 2004 г.г.); на областной научной конференции «Молодые учёные Кузбассу» (г. Кемерово 2003 г.); на II Всероссийской научно - практической конференции «Проблемы повышения эффективности металлообработки на современном этапе» (г. Новосибирск 2004 г.). Основные положения работы обсуждены на техсоветах: ОАО «НИИВЭМ» (г. Кемерово 2004 г.); ООО «Юргинские абразивы» (г. Юрга 2004 г.); на научных семинарах кафедры «Металлорежущие станки и инструменты» КузГТУ (2001 - 2004 г.г.). По теме диссертации пройдена научная стажировка в Техническом университете г. Кемнитц и на фирме по изготовлению отрезных кругов «Rottluff» (Германия), где также рассматривались и обсуждались результаты данной работы.
Структура и объём работы.
Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложения. В первой главе приведён аналитический обзор по вопросам конструкции, типоразмеров, внутреннего строения, технологии изготовления и области применения, отрезных шлифовальных кругов на бакелитовой связке. Выполнен анализ работ посвященных исследованию физико - механических свойств шлифовальных зёрен и их влияния на работоспособность шлифовального инструмента на бакелитовой связке. Рассмотрены вопросы прочности и стойкости шлифовального инструмента. Во второй главе рассмотрены методы и физические основы разделения мелких частиц по признаку формы и обосновано применение метода вибрационной сепарации для классификации шлифовального зерна по признаку формы. В третьей главе приведены результаты исследований формы шлифовальных
зёрен нормального электрокорунда различных марок и фирм - изготовителей,
используемых при изготовлении отрезных кругов, а также описана технология
изготовления экспериментальных образцов отрезных кругов
230x3x22 13А63Н [Кф] СТЗ БУ, содержащих в своей структуре шлифовальные
зёрна с контролируемой формой. В четвёртой главе представлена методика
проведения лабораторных испытаний по оценке эксплуатационных
характеристик экспериментальных отрезных кругов, а также результаты
проведённых исследований влияния формы шлифовального зерна 13А63 на
эксплуатационные характеристики отрезных кругов. Пятая глава посвящена
построению, с помощью метода стохастического моделирования,
многофакторных математических моделей, отражающих влияние коэффициента формы (Кф) шлифовального зерна ІЗА63, на эксплуатационные характеристики отрезных шлифовальных кругов.
Зернистость, форма, геометрия и рельеф поверхности свободного шлифовального зерна
Кроме размеров, формы и геометрии зерна на его работоспособность влияют химические, физико-механические свойства (прочность, вязкость, минералогический и химический состав), примеси в зерне, характер образования кристаллов.
Поскольку шлифовальное зерно является продуктом механического дробления, то частицы его, представляющие собой осколки слитков абразива, имеют произвольные размеры, геометрию и форму. В соответствии с требованиями ГОСТ 3647 — 80 и ГОСТ 28818-90 зерно сортируется по размеру путём рассева на наборе сит (табл. 1.2). Из данных таблицы следует, что при рассеве имеет место большой (25 - 28 %) разброс размеров зёрен одной зернистости. Поэтому Резниковым А.Н. [117] предлагается описывать массовое распределение зерен по размерам с помощью закона нормального распределения.
По данным Короткова А.Н. [59] зёрна нормального электрокорунда 13А125 одной зернистости отличаются линейными размерами в 2 - 3 раза, площадями поперечных сечений - в 2 - 6 раз, массой зёрен - в 2 - 3 раза. Отсюда следует, что отрезной шлифовальный круг включает хаотично расположенные в его связке абразивные зёрна с разными размерами и, что более важно, разной формой, а, значит, и разной геометрией.
Из отдельных работ, в большей или меньшей мере обращенных к проблеме зерна, можно упомянуть следующие.
Академик Кузнецов В.Д. [61] на основании исследований различных свойств кристаллов показал, что эти свойства изменяются от одного кристалла к другому и что практически невозможно приготовить и найти в природе два кристалла с одинаковыми свойствами. Применительно к кристаллу абразивного (корундового) зерна они, кроме того, ещё зависят от размера выплавляемого блока и его охлаждения, способа дробления и.т.д. Частично влияние этих свойств определяется размерами и геометрией зерна.
Кащеев В.Н. [56], ссылаясь на теоретические исследования акад. Л.Л. Ландау, указывает наличие у режущих граней округления вершин. Автор утверждает, что абразивная способность зерна не определяется величиной радиуса округления вершины режущей грани. Кащеевым В.Н. приводятся значения радиусов округления вершин для зёрен электрокорунда нормального размером 500 - 600 мкм, т.е. зернистость №50, и для размера 177 - 250 мкм, т.е. близко к зернистости №16. В обоих случаях по данным автора, среднее значение радиуса округления вершины р = 1,26 - 12,1 мкм, т.е. практически почти одинаковые для всех зернистостеЙ. А большой диапазон разброса значений величины радиуса округления вершины говорит о различной конфигурации шлифовального зерна одного номера зернистости от изометрической до иглообразной формы.
В другой работе Кащеев Н.В. [57] показывает, что абразивная способность инструмента, понимая под этим способность инструмента при шлифовании снять объём металла в определённое время, существенно не зависит от макрогеометрии зёрен.
Ваксер Д.Б. [17], в свою очередь считает, что в пределах данного номера зернистости для различных абразивных материалов нет существенной разницы в значении среднего размера величины радиуса округления вершины зерна. Зависимость же радиуса округления от номера зернистости весьма существенна. Действительно с уменьшением размера зерна (рис. 1.8) существенно уменьшается радиус округления вершины, т.е. зерно, становится более заострённым.
Маслов Е.Н. [71] устанавливает влияние геометрии и формы зерна на процесс шлифования. Автор приводит некоторые данные, характеризующие значения величин радиуса округления и углов вершин зерна. Приведённые автором значения углов и тенденция их изменения приближаются к действительным. Значения же радиусов округления вершин занижены. Таковы, например, значения радиусов округления, равные 10-14мкм для зернистости 40.
Автор также утверждает, что шлифование с зёрнами, имеющими округлённые вершины, целесообразно для тяжёлых и обдирочных работ, где, прежде всего, требуется большой съём металла и нет особых требований к качеству поверхности. В практике для этой цели применяют зёрна с большими радиусами округления вершин, т.е. изометрической формы. Такое округление вершин одновременно повышает и прочность зерна. Но надо учитывать такой весьма существенный фактор, как влияние радиуса округления вершины зерна на изменение температуры при шлифовании. Известно, что температура при шлифовании возрастает с увеличением радиуса округления. Маслов Е.Н. подчёркивает также важность значения угла вершины зерна, как элемента влияющего на динамическую прочность.
Модернизированный вибрационный сепаратор для классификации шлифовальных зёрен по признаку формы
В современном машиностроении всё больше требований предъявляется к качеству обрабатываемой поверхности, повышению производительности процесса шлифования и соответственно повышению эксплуатационных характеристик шлифовального инструмента. В этой связи всё больше требуется качественных шлифовальных кругов, шкурок и других абразивных инструментов. Для изготовления шлифовальных инструментов, оптимально удовлетворяющих требованиям современного машиностроения, необходимо на этапе его изготовления тщательно подбирать рецептуру и соответственно компоненты для его производства.
Одним из путей повышения эксплуатационных характеристик абразивных инструментов является подбор оптимальной формы шлифовального зерна, находящегося в его структуре. Получить качественное шлифовальное зерно определённой формы, из всех вышеперечисленных способов, наиболее оптимально позволяет метод, основанный на вибрационном сепарировании с помощью вибрационных сепараторов. Данный метод позволяет:
1. Обеспечить высокую производительность - важное требование в условиях современного производства.
2. Обеспечить качество сепарации, - данное требование не менее важное, чем производительность, ведь от качества сепарации во многом зависит и качество изготовляемых инструментов.
Вибрационная сепарация благоприятно сказывается на эффективности работы абразивного инструмента. Исследования, выполненные сотрудниками Волжского филиала ВНИАШ на Волгоградском заводе "Баррикада", Волгоградском тракторном заводе и на автозаводе им. Лихачева, подтвердили, что абразивный инструмент, изготовленный из шлифзерна, классифицированного по форме на вибрирующей деке, имеет кромкостойкость в 2 раза большую, чем у инструмента, изготовленного из стандартного шлифзерна [99].
Внедрением вибрационной классификации абразивов занимались Азаматов Ф. Л. (УралВНИАШ), Вишняков В.А., Назаренко В.А. (Волжский филиал ВНИАШ). Практика показала эффективность применения вибрационных сепараторов для классификации электрокорунда, карбида кремния зеленого и черного, карбида бора, монокорунда, кварцевых песков, порошкообразного полистирола, титановых и стальных порошков. Вибрационный метод предусматривает выделение частиц изометрической, промежуточной, и пластинчатой (игольчатой) формы.
Основные преимущества вибрационных сепараторов - простота конструкции и легкость эксплуатации. К современным конструкциям сепараторов предъявляют требования по обеспечению наименьшей общей массы, малых габаритов на единицу производительности, высокой долговечности упругих систем и других элементов конструкции.
Вибрационный сепаратор состоит из сепарирующих элементов - дек, вибровозбудителя, упругой системы и рам. Декам при помощи вибровозбудителя сообщаются колебательные движения, в результате которых материал, находя щийся на деках, совершает вибрационное перемещение, разделяясь на группы частиц с одинаковыми характеристиками (крупность, форма и др.). Вибрационные сепараторы различаются: по числу дек - на одно-, двух-, четырех- или многодечные (многоярусные). При этом параллельно расположенные деки жестко соединены между собой и колеблются как единое целое; по типу дек - на сепараторы с плоскими или вогнутыми деками и с коническими деками; по конструкции дек - на одинарные или многожелобчатые, секционные, односкатные или двускатные деки. Форма дек в плане обычно прямоугольная или круглая (у конических дек); по типу колебаний - на сепараторы с прямолинейными гармоническими колебаниями дек в направлении, образующем угол вибрации с их плоскостью (особую разновидность этих аппаратов представляют вибрационные сепараторы с коническими деками, совершающими вертикальные колебания), с бигармоническими или эллиптическими, круговыми или винтовыми колебаниями дек с малой амплитудой и небольшими высотами; по типу вибровозбудителя - с механическим дебалансным или электромагнитным (однотактным или двухтактным), получившими наибольшее распространение. Принципиально возможно использование самобалансных, самосинхронизирующихся пневматических, кулачковых и других вибровозбудителей. Применяются электродинамические и магнитоэлектрические возбудители колебаний; по целевому назначению - для обогащения определенных руд, для классификации по крупности различных порошкообразных материалов и абразивов, для разделения по форме частиц, для выделения мономинеральных фракций при исследовании вещественного состава руд и продуктов обогащения и др.; по числу выдаваемых продуктов сепарации - на двухпродуктовые, трех-продуктовые, многопродуктовые. В зависимости от производительности применяют одноярусные сепараторы, многоярусные, сепараторы с секционными и многожелобчатыми деками; по характеру рабочей поверхности - на аппараты с гладкими и шероховатыми поверхностями, с использованием покрытий; по способу установки - на опорные (деки опираются на рессоры, установленные внизу на раме) или опорно-подвесные (деки совершают колебания вместе с подвижной рамой, подвешенной на тросах или подвесках к опорной раме).
Наиболее распространены в настоящее время резонансные уравновешенные установки двухмассной системы. Вибрационный сепаратор двухмассной системы конструируют с параллельным расположением колеблющихся масс. В качестве реактивной массы используют специальную раму. Вибровозбудитель устанавливают, как правило, на раме. Большинство сепараторов обычно имеют рабочую частоту около 50 Гц, максимальное ускорение вибраций 15g.
В условиях кафедры «Металлорежущие станки и инструменты» КузГТУ была разработана технология изготовления абразивного инструмента, позволяющая управлять его эксплуатационными характеристиками на стадии изготовления, за счёт углубления процесса классифицирования шлифовального зерна по признаку формы посредством вибрационного сепарирования.
Учитывая то, что вибрационные сепараторы при простоте конструкции и легкости в эксплуатации обладают приемлемой производительностью и хорошим качеством рассева, на кафедре «Металлорежущие станки и инструменты», был спроектирован модернизированный экспериментальный вибрационный сепаратор для сортировки шлифовальных зёрен по признаку формы. Внешний вид сепаратора представлен на рис. 2.1 , структурная схема на рис. 2.2.
Исследование формы шлифовальных зёрен из нормального электрокорунда, используемых при изготовлении отрезных кругов
Для изготовления опытных образцов отрезных шлифовальных кругов, а также для сравнительного анализа на вибрационном сепараторе был произведен рассев по признаку формы нескольких партий шлифовальных зёрен, используемых при изготовлении отрезных шлифовальных кругов на бакелитовой связке.
В качестве абразивных материалов использовались шлифовальные зерна нормального электрокорунда разных фирм — производителей. Так, шлифовальные зёрна нормального электрокорунда 13А63 и 13А80 - были предоставлены ООО «Юргинские абразивы», шлифовальные зёрна NK-F30 (аналог 13А63) и NK-F24 (аналог 13А80) были предоставлены фирмой по производству отрезных шлифовальных кругов "RottlufP (Германия).
Согласно данным Короткова А.Н. [59] шлифовальные зёрна нормального электрокорунда различаются по своей конфигурации довольно в широком диапазоне от изометрической до игольчатой (пластинчатой) разновидностей. В нашем случае цель сортировки шлифовальных зёрен по признаку формы подразумевала под собой разделение общей массы шлифовальных зёрен на зерна изометрической формы с коэффициентом формы Кф = 1,0 + 1,4; промежуточной формы с коэффициентом формы Кф = 1,4 -г- 1,8 и игольчатой (пластинчатой) формы с коэффициентом формы Кф 1,8 .
Анализ проведённого рассева показал, что в процессе сепарации, зёрна с Кф= 1,0 + 1,4, т.е. изометрической формы концентрируются в ячейках 1,2,3,4 вибрационного сепаратора; зёрна с Кф = 1,4 - 1,8, т.е. промежуточной формы, концентрируются в ячейках 5,6,7,8; зёрна с Кф 1,8, т.е. пластинчатой или игольчатой формы, концентрируются в последних ячейках вибрационного сепаратора, т.е. с 9 по 13 (рис. 3.5 - рис. 3.8). Причём, данная тенденция прослеживается в большей или меньшей степени при рассеве всех марок и зернистостей шлифовальных зёрен.
Согласно Плиссу Д. А. [101] оценить эффективность разделения однородных смесей по форме слагающих их частиц можно по кривым изометричности. Для их построения находят точки, абсцисса которых - номер приёмной ячейки, а ордината - коэффициент формы зёрен. Чем положе кривая изометричности, тем в меньшей степени различаются компоненты смеси по форме зёрен. Если же их зёрна сильно отличаются друг от друга по форме, то вид кривой изометричности более крутой.
Выполненные исследования показали, что немецкие марки шлифовального зерна NK-F30 и NK-F24 имеют более изометричную форму, т.е. они более овализованны по сравнению с отечественным зерном. Данную тенденцию можно проследить на представленных графиках (рис. 3.10, рис. 3.11), где показаны массовые доли, в зависимости от коэффициент формы (Кф), 1 кг рассеянного зерна NK — F30 и аналогичного ему отечественного зерна 13А63, а также 1 кг рассеянного зерна NK - F24 и аналогичного ему отечественного зерна марки 13А80. Причем, наблюдается тенденция того, что с увеличением номера зернистости, как у отечественных, так и у зарубежных производителей количество шлифовальных зерен имеющих изометрическую и промежуточную форму возрастает.
Как видно из приведённых графиков для всех зёрен нормального электрокорунда характерно распределение по форме, описываемое кривой Гаусса. Что в частности подтверждается ранее проведёнными исследованиями Короткова А.Н. [59]. Основная масса зёрен соответствует диапазону /Й=1,4-1,8.
Анализ проведённых исследований говорит о том, что абразивные зёрна нормального электрокорунда различных марок и зернистостей, используемые при изготовлении отрезных кругов как отечественными, так и зарубежными производителями, имеют соответственно различные массовые доли в зависимости от коэффициента формы (Кф), и это, очевидно, объясняется различной технологией изготовления зерна на различных предприятиях. По этой причине при работе шлифовального инструмента, в частности отрезного круга, лишь небольшая часть абразивных зёрен находящихся в его структуре активно участвует в процессе резания, изнашиваясь по площадке или микроскалываясь, остальная же часть практически не участвует в процессе резания, выкрашиваясь либо целиком выпадая из связки. Хаотичная форма и геометрия приводит к разновысотности рабочего слоя отрезного круга, поэтому только небольшая часть зёрен участвует в микрорезании. Остальные же зёрна вообще не участвует в резании, деформируя и нагревая металл.
Таким образом, учитывая большое влияние формы шлифовальных зёрен на эксплуатационные характеристики инструмента (в частности прочность, стойкость, режущую способность и пр.), важно правильно её оценивать. При правильном подборе, наиболее подходящей для данных условий работы и типа инструмента формы зерна, можно добиться значительного результата.
Методика оценки эксплуатационных характеристик отрезных шлифовальных кругов
Как было отмеченно в первой главе, в настоящее время отрезные шлифовальные круги нашли широкое применение в области машиностроения и стройиндустрии. Одной из актуальных проблем на сегодняшний день является создание сравнительной базы эксплуатационных характеристик отрезных шлифовальных кругов, содержащих в своей структуре шлифовальные зерна с различным коэффициентом формы, позволяющей объективно оценить их работоспособность.
Для решения данной проблемы на первоначальном этапе необходимо создать универсальную единую методику оценки эксплуатационных характеристик отрезных кругов с целью обеспечения сопоставимости результатов. Такая методика должна обеспечивать всестороннюю оценку работы круга посредством контроля необходимого количества его параметров, а также обеспечивать сопоставимые результаты оценки независимо от конструкции испытательного оборудования.
В качестве универсальной методики для оценки работоспособности экспериментальных отрезных кругов (то есть при отсутствии специальных требований по прижогам и т.п.) предлагается методика разработанная на кафедре «Металлорежущие станки и инструменты» КузГТУ. Данная методика разработана на основе ранее созданной на кафедре «МСиИ» методики по оценке работоспособности отрезных кругов [94].
Для всесторонней оценки работоспособности экспериментальных отрезных кругов необходим перечень параметров, в которые входят как начальные условия, так и выходные показатели отрезного шлифовального круга.
В существующем ГОСТ 21963-82 для отрезных шлифовальных кругов на бакелитовой связке установлен только контроль коэффициента шлифования, при подаче круга 300 мм/мин и различном материале обрабатываемой заготовки, что недостаточно для полной оценки их работоспособности.
Экономическую эффективность работы отрезного круга можно оценить величиной удельных затрат на единицу объема удаленного материала заготовки (Су$}. На нее оказывают влияние как чисто экономические (цена инструмента и пр.) факторы, так и показатели качества работы круга. Поэтому для определения номенклатуры контроля выходных показателей работы круга достаточно выделить из них влияющие на (CyJ. В качестве таковых приняты: - производительность (Qn) - интенсивность съёма металла; - коэффициент шлифования (K„); износ (&У); - эффективная мощность, затрачиваемая на шлифование {We); - температура в зоне резания (ТС)\ Рассмотрим данные показатели более подробно.
1. Производительность (Qd - интенсивность съёма металла, определяет собой отношение произведения объёма снятого материала заготовки (VjJ на её плотность (pjj к времени обработки (т): й- М (4..) X
2. Коэффициент шлифования (Кщ), зависящий от производительности и износа отрезного круга, выражается отношением массы снятого материала заготовки (М к израсходованной за то же время массе отрезного круга (MJ: КШ = М,/МК; (4.2)
3. Износ отрезного круга (&U), напрямую зависящий от режимов обработки, физико-механических свойств обрабатываемого материала и самого круга, определяется как масса израсходованного материала круга (М за определённое время работы (t), или определённое количество проходов (п) выполненных одним кругом: dJ-MK/t(n)- (г) (43)
4. Эффективная мощность (WJ затрачиваемая на шлифование, характеризует уровень энергетических затрат на процесс шлифования и определяется как произведение напряжения (V) на разность токов рабочего О р.х.) и холостого хода (IXXJ Wt=V (IP,.-I,J; (Вт) (4.4)
5. Температура в зоне резания (ГС), характеризует теплонапряжённость процесса шлифования и является немаловажной оценкой работоспособности отрезных кругов.
Необходимо также определить условия испытаний (входные параметры), которые должны оставаться постоянными в течение испытаний и указываться в их итогах с целью обеспечения сопоставимости результатов. На основании анализа существующих методик можно выделить следующие начальные условия: - характеристика отрезного круга; - материал образца, его физико-механические свойства; - скорость резания (Ту; - подача (S).
Вследствие конечной жесткости технологической системы при врезании круга в заготовку в технологической системе образуется натяг (А), величина которого зависит от подачи (S) и жесткости системы (f). Поэтому при резании с постоянной подачей в установившемся режиме давление на контактной площадке круга с заготовкой (pj также является постоянным. Величина контактного давления (pj зависит от натяга и влияет на все выходные характеристики процесса работы круга.
По причине различной жесткости оборудования, применяемого для испытания отрезных шлифовальных кругов, работа с постоянной подачей не обеспечит сопоставимости результатов испытаний. Более целесообразно оценку качества работы отрезных кругов производить при постоянном контактном давлении:
