Закономернорсти формоизменения алмазного круга в зависимости от схемы обработки и режимов

Для анализа множества технологических методов получения поверхностей целесообразно определить органические недостатки каждого из них и определить область их применения и возможные пути устранения.

 

Рис. 5.2. Схема образования плоскости

 

При плоском шлифовании график изменения усилия имеет подъем в начале контакта и падение на выходе инструмента(рис 5.3).

 

Рис.5.3. Изменение величина радиальной составляющей силы резания при плоском шлифовании периферией круга твердосплавных пластин Т14К8.

 

Рис.5.4 Изменение контактного давления в периоды врезания и установившийся период

Геометрические параметры полученной погрешности, а именно завал на обрабатываемой поверхности (длиной В и шириной Н) возникающий в период врезания рабочей поверхности круга в обрабатываемую поверхность и его выхода из зоны обработки, зависят от таких факторов как: режимы обработки(скорость резания, подача, глубина резания), характеристика круга, вида обрабатываемого материала, жесткости станка и зажимного приспособления.

 

а)

б)

Рис. 5.5 Зависимости изменения величины погрешности от: а – от продольной подачи; б – от скорости резания.

 

Неравномерность припуска приводит к трудно устранимым последствиям рис.5.7. Возникает явление, которое получило название технологической наследственности. Причиной этого является некое минимальное контактное давление, с которым инструмент должен воздействовать на деталь для обеспечения процесса снятия материала. В зависимости от величины этого усилия и жесткости технологической системы возникает или сохраняется погрешность формы детали. При идеальных условиях первоначальную неровность поверхности заготовки можно свести до незначительных значений, но избавиться от этого явления окончательно очень сложно. Для этого требуется практически абсолютная жесткость технологической системы.

Рис.5.6 Влияния радиальной силы резания на величину смещения узлов станка

 

Данный скачок смещения узла станка увеличивается с повышением продольной подачи, глубины резания и уменьшается с увеличением скорости резания.

На рисунке 5.7 показана схема образования технологической наследственности формы. Заготовка, после предварительной обработки имеет уже некоторое отклонение () от прямолинейной формы. В случае, когда обрабатывается выпуклая поверхность, сила резания при шлифовании разная, в силу того, что снимается неравномерный припуск. На деталях, где с самого начала обработки заложена выпуклая поверхность, необходимо выполнять ее вогнутой (коноидальной формы) рис. 5.7. В этом случае, погрешность формы, возникающая на предыдущей операции будет компенсирована путем ее сглаживания.

 

Рис. 5.7 Схема образования технологической наследственности формы.

 

При обработке других видов поверхностей (винтовых, цилиндрических, многоступенчатых и др.) принципиально ничего не меняется. Обработка сложных по форме поверхностей может производиться двумя методами: копированием, когда профиль инструмента полностью соответствует профилю сечения обрабатываемой поверхности; обкатом, когда профиль инструмента не является копией сечения обрабатываемой поверхности. При обработке реальных поверхностей добавляется еще одна проблема – износ, то есть изменение формы инструмента.

Вышесказанное позволяет сформулировать задачи исследования:

4. Исследование кинематики схем формообразования и анализ их с точки зрения точности и производительности обработки.

5. Исследование воздействия инструмента на деталь в процессе обработки и оценка последствий этого.

6. Разработка схем обработки, где формоизменение инструмента в процессе износа не оказывает существенного влияния на процесс формообразования.

 

5.2 Исследование кинематики схем формообразования и анализ их с точки зрения точности и производительности обработки

 

Образование поверхности может происходить с качением инструмента по поверхности детали, перемещением инструмента по некоторой траектории с разными параметрами настройки.

При резании металлов абразивным инструментом происходит износ его рабочей поверхности, который в зависимости от условий шлифования может проявляться в следующем:

зерна, слабо удерживаемые связкой или невыгодно ориентиро­ванные на поверхности, вырываются из связки под действием сил резания; такой отрыв может происходить либо по мостикам связки (рис.5.8, а), либо за счет объемного разрушения зерен (рис.5.8, б);

режущие грани и вершины наиболее выступающих абразивных зерен частично обламываются (рис.5.8, в) или частично истира­ются и заглаживаются (рис.5.8, г) вследствие трения об обрабатываемый металл; на поверхности абразивных зерен появляются плоские площадки износа, затрудняющие внедрение абразивных зерен в металл;

снимаемая стружка вместе с продуктами износа абразивных зерен и связки попадает в поры круга и постепенно их заполняет (рис.5.8, д);

обрабатываемый металл, вследствие схватывания или химиче­ского взаимодействия с материалом абразивных зерен прилипает на их вершины и площадки (рис.5.8, е).

Для восстановления необходимой геометрической формы абразивного инструмента, режущих свойств и микропрофиля его рабочей поверхности применяют операцию правки, в процессе которой с рабочей поверхности круга специальными правящими инструментами снимаются абразивный материал и связка. Восстановление режущих свойств алмазных кругов производится путем очистки их рабочей поверхности от стружки, частиц твердого сплава и продуктов износа и вскрытия новых вершин алмазных зерен, ранее не принимавших участия в резании.

 

а	б	в
г	д	е

Рис.5.8

 

 

Рассмотрим наиболее распространенные схемы формообразования поверхностей при шлифовании. К таким схемам можно отнести такие схемы как: шлифование плоскости, одновременное шлифование нескольких поверхностей и шлифование фасонных поверхностей.

5.2.1 Закономерности формоизменения алмазного круга при обработке прямолинейных участков

Наиболее простую поверхность - плоскость, можно получить по многочисленным схемам, каждая из которых имеет достоинства и недостатки (таблица 4.1). Попробуем проанализировать эти схемы с позиций точности получения плоскости, стойкости кругов и производительности обработки.

 

Таблица 5.1

Схемы формообразования плоскости

а)	б)
в)	г)
д)	е)

 

Основное влияние на производительность, точность обработки и удельный расход алмазов оказывают режимы, схемы обработки и площадь контакта. Величина скорости резания оказывает определяющее влияние, так как от нее зависит степень деформации обрабатываемого материала при переходе в стружку, силовая и тепловая нагрузки на режущий клин и условия отвода тепла из зоны резания. При работе с большими скоростями резания происходит интенсивный нагрев обрабатываемой поверхности и рабочей поверхности алмазного круга. Из-за высокой теплопроводности алмаза, основное тепло уходит в алмазный инструмент, что приводит к его интенсивному износу. Таким образом, для повышения эффективности шлифования необходимо вместе с возрастанием скорости резания увеличивать твердость алмазных зерен и теплостойкость связки. За счет возрастания скорости резания снижается величина контактного давления, что позволяет уменьшить площадь контакта. Площадь контакта в свою очередь влияет на радиальную составляющую силу резания. С увеличением площади контакта повышается радиальная составляющая сила резания, которая приводит к отжиму технологической системы и увеличению температуры в зоне обработки. На рисунке (4.9, а) представлена схема изменения площади контакта в период торцевого шлифования(таблица 5.1, а и 5.1, б.).

 

а)	б)
в)	г)

Рис.5.9. Схема изменения площади контакта рабочей поверхности круга с обрабатываемой поверхностью в процессе шлифования: а – схемы а и б; б – схемы в и г; в – схема д; г – схема е (табл. 4.х.)

 

При шлифовании поверхности по данной схеме площадь контакта изменяется в широком диапазоне. Происходит пульсации контактного давления в период врезания рабочей поверхности круга в обрабатываемую поверхность и выходе его из зоны обработки. Величина данных пульсаций зависит от режимов обработки и характеристики круга. При установившемся режиме величина контактного давления значительно ниже оптимальных, что приводит к снижению производительности (таблица 5.1). Для искусственного уменьшения площади контакта, рабочую поверхность алмазного круга располагается под углом от 1⁰ до 3⁰ относительно обрабатываемой поверхности (таблица 5.2.). Данная схема позволяет повысить производительность алмазного шлифования до 30% рис.4.10, но при этом наблюдается повышенный износ алмазоносного слоя до 60% рис.5.11. При данной схеме точность получения поверхности ниже (рис 5.12), чем при шлифовании по схеме табл.5.1, так как угол наклона рабочей поверхности круга оказывает влияние на высоту остаточных гребешков (шероховатости) на обработанной поверхности (рис.5.13), величина которых возрастает с увеличением угла наклона рабочей поверхности круга, величины поперечной подачи и с уменьшением наружного диаметра алмазного круга. Данную схему, возможно, использовать при черновой обработки поверхности.

 

Рис. 5.10 Влияние схем шлифования (таблица 4х) на интенсивность съема материала (Q, г/мин)

 

Рис.5.11 Влияние схем шлифования (таблица 4х) на удельный расход алмазов (gмг/г)

Рис.5.12. Влияние схем шлифования (таблица 4х) на точность обработки

 

Рис.5.13. Схема образования остаточных гребешков на обрабатываемой поверхности

 

Недостатком данных схем является пульсации контактного давления в период врезания. Избавиться от этого можно, только в результате изменения движения обрабатываемого изделия, путем добавления осциллирующего движения пластины не выводя её за пределы рабочей поверхности круга. Тем самым будет достигнут оптимальный интервал контактного давления величина которого находится в пределах 1,5-3 Н/мм².

Примером успешного технического решения является схема обработки плоскости, когда продольная подача заменена на вращательное движение пластины (табл. 5.3), пульсации контактного давления при такой схеме будут не высоки (рис.5.14), так как площадь контакта изменяется в небольших пределах (рис. 5.9, б). Но с увеличением площади контакта возрастает тангенциальная составляющая силы резания, что приводит к снижению частоты вращения круга. Это объясняется недостаточной мощностью электродвигателя привода главного движения, которыми оснащены универсально заточные станки. Для расчета номинальной мощности электродвигателя привода главного движения используется зависимость.

 

(5.1)

 

где - эффективная мощность шлифования кВт;

- тангенциальная составляющая силы резания Н;

- скорость резания м/с;

- КПД привода главного движения.

 

 

Рис.5.14 Изменение контактного давления в период шлифования в зависимости от схемы шлифования

Недостатком схемы (табл. 4.х.3) является погрешность формы (рис.4.15), которая образуется в результате наклона горизонтальной оси шпинделя на котором устанавливается алмазный круг.

 

Рис.5.15 Погрешность формы на поверхности пластины

 

Для устранения данной погрешности необходимо установить ось вращения пластины на край режущей части (табл.5.4). Тем самым становится возможным устранить данную погрешность путем поворота поверхности пластины относительно рабочей поверхности круга. Это позволит компенсировать погрешность, которая возникает в результате наклона горизонтальной оси шпинделя.

Черновую обработку поверхности пластин возможно производить по схеме представленной в таблице 5.4. Данная схема обеспечивает оптимальную величину контактного давления(рис. 5.14), что позволяет осуществлять процесс шлифования в высокой производительностью (рис.5.10) и минимальным удельным расходом алмазов (рис.5.11).

Величина продольной подачи в большей степени влияет на, удельный расход алмаза и производительность шлифо­вания и в меньшей – на качество обработанной поверхности. Поперечная подача при торцевом шлифовании является основным фактором, влияющим на производительность алмазного шлифования.

Оптимальные значения режимов обработки определяются в зависимости от физико-механических свойств обрабатываемого материала, схем обработки, мощности привода, точности изделия, характеристики алмазного инструмента и оптимальной величины контактного давления.

С учетом выше изложенных исследований разработана программа в среде программирования “Delphi”, для расчета эффективной мощности шлифования и оптимальной скорости резания с учетом оптимальной величины контактного давления, характеристик алмазных кругов и режимов обработки.

5.2.2.Закономерности формоизменения алмазного круга при обработке фасонных поверхностей.

В процессе обработки различных поверхностей, необходимо добиться таких схем обработки, чтобы формоизменение круга практически не влияло на получаемые размеры детали. К таким схемам можно отнести получение канавок эллипсоидной формы (табл.5.5).

Подобные канавки можно вышлифовывать фасонными кругами методом копирования, но это не технологично, т.к. требует частой правки профиля круга. Эллипсоидные канавки, полученные кругом, установленным под углом, весьма технологичны (особенно в массовом производстве).

При шлифовании канавок эллипсоидной формы большое значение имеет выход рабочей поверхности круга на вершину затачиваемой пластины. В схеме шлифования левой канавки эллипсоидной формы (табл. 4.5 б), где имеется выход рабочей поверхности круга на вершину пластины, удельный расход алмазов (рис.5.15) значительно превышает удельный расход алмазов на шлифования правой канавки эллипсоидной формы (табл. 4.5 а). Это объясняется тем, что при схеме б происходят пульсации контактного давления в период врезания, вследствие изменения площади контакта от 0 до максимума. Точность формы, интенсивность съема при различных схемах формообразования канавок эллипсоидной формы на передней поверхности изменяется в незначительных пределах.

Таблица 5.5

Схема формообразования канавок эллипсоидной формы

на передней поверхности

Виды канавок на передней поверхности.	Схема образования канавок заданной формы	Изменения площади контакта рабочей поверхности круга с обрабатываемой поверхностью в процессе обработки
Твердосплавная пластина с четырьмя эллипсоидными канавками	а Вышлифовка правой канавки	без выхода алмазного круга на вершину
б Вышлифовка левой канавки	с выходом алмазного круга на вершину
Твердосплавная пластина с двумя эллипсоидными канавками	Вышлифовка глубинной канавки	без выхода алмазного круга на вершину
Твердосплавная пластина с двумя прямыми канавками	Вышлифовка сквозной канавки	С выходом алмазного круга на вершину

 

Рис.5.16. Влияние схем шлифования (таблица 5.1) на удельный расход алмазов ( мг/г)

 

Таким образом, анализ данных схем показал, что наиболее технологичной является схема шлифования правой канавки.

5.3 Выводы:

1. Традиционные схемы шлифования имеют недостаток- многократное врезание с изменением площади контакта от 0 до максимума, вследствие чего удельное давление меняется от 5 Н/мм² до 1,5-2,0 Н/мм² при установившемся режиме. Предложенные схемы шлифования имеют менее значительные перепады контактного давления при врезании и установившемся режиме, что позволяет существенно поднять интенсивность съема и снизить удельный расход.

2. Предлагается на обдирочных операциях использовать схемы шлифования, исключающие продольную подачу, и замену ее на осциллирующую в продольном направлении, не выводя пластину за пределы поверхности круга и вводить вращение детали для уменьшения площади контакта и тепловой нагрузки в зоне шлифования;

3. Критерием при анализе схем шлифования является величина пульсации контактного давления при врезании детали и при установившемся режиме.

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: