Результаты практического использования исследований

6.1 Разработка специального шлифовального станка

 

Большая эффективность от применения алмазных кругов достигается только при выполнении требований рациональной их эксплуатации. Алмазная обработка инструмента должна производится на станках достаточно точных, жестких и виброустойчивых. Станки должны отвечать следующим техническим требованиям:

1. Радиальное биение шпинделя не должно превышать 0,006-0,008мм., а осевое-0,005-0,006мм.

2. Станки должны быть виброустойчивыми и иметь жесткость в пределах 800-900кг/мм.

3. Диапазон чисел оборотов шпинделя должен обеспечить скорость шлифования в пределах 20-40м/сек.

4. Механизм поперечной подачи должен обеспечить тонкие подачи с ценой деления лимба до 0,005-0,01мм/ход.

5. Станки должны иметь систему охлаждения, особенно необходимую при работе алмазными кругами на металлической связке.

Таким требованиям отвечают станки повышенного, высокого и особо высокого класса точности, то есть практически почти все круглошлифовальные станки, выпускаемые отечественной промышленностью.

Схема для глубинного шлифования твердосплавных пластин может быть реализована по схеме ротационной заточки поверхности (рис.6.1)

Рис.6.1 Схема ротационной заточки поверхности

 

Для реализации данной схемы была разработана принципиальная кинематическая схема специального шлифовального станка, которая включает в себя все необходимые движения формообразования и установочные движения.

Сущность конструкции поясняется чертежом, где на рис.6.2 показана кинематическая схема станка; на рис.6.3 разрез шлифовальной бабки по шпиндельному узлу.

На станине 1 установлена шлифовальная бабка 2 и нижний стол 3 с возможностью продольного перемещения по направляющим станины на длину, соответствующую установочной длине шлифования. На нижнем столе 3 установлен поворотный стол 4, к верхним поверхностям которого крепится с возможностью переустановки установочное приспособление 5, причем станок снабжен винтовым механизмом 6 регулировки положения поворотного стола.

Установочное приспособление имеет универсально делительную головку 7, соединенную с помощью клиноременной передачи 8 с асинхронным электродвигателем переменного тока 9. В универсальную делительную головку 7 установлена пиноль 10, применяемая для закрепления оправки 11, предназначенной для закрепления обрабатываемой детали 12.

Для обеспечения интенсивного подвода СОЖ в зону резания, необходимой для снижения теплонапряженности процесса глубинного алмазного шлифования, корпус шлифовальной бабки 2 снабжен системой кожухов 13, герметично закрывающих зону шлифования.

Механизм продольных подач 14 имеет ручное управление, исполнительные элементы 15, 16 и 17 представляют собой реечную передачу.

Механизм поперечных подач 18 имеет ручное управление, исполнительные элементы 19, 20 и 21 представляют собой винтовую передачу.

 

Рис.6.2 Принципиальная кинематическая схема специального шлифовального станка

 

Данная принципиальная кинематическая схема была реализована на базе круглошлифовального станка модели 3А110 так как:

· во-первых он подходит для обеспечения требуемой кинематики;

· во-вторых он предназначен для работы с СОЖ.

Техническим данные круглошлифовального станка модели 3А110 не удовлетворяют требованиям, предъявляемым к оборудованию, предназначенному для глубинного шлифования поверхностей твердосплавных пластин алмазными кругами на бакелитовой связке.

Шлифовальная головка этого станка имеет недостаточную жесткость и виброустойчивость. Шпиндель, имеющий гидродинамические подшипники не рассчитан на нагрузку, возникающую в результате достаточно высоких сил резания при глубинном шлифовании.

Вследствие высоких температур в зоне шлифования и малого объема СОЖ в системе охлаждения происходит интенсивный нагрев СОЖ, что неблагоприятно сказывается на качестве деталей и стойкости алмазного инструмента.

Наклонный стол не позволял закрепить на нем приспособления для заточки.

Модернизация заключается в увеличении жесткости узла шпинделя, оборудовании станка модернизированной системой подачи и отвода охлаждающей жидкости из зоны обработки, изменение конфигурации рабочей поверхности стола и проектирование бабки изделия.

Для повышения жесткости шпинделя, гидродинамические подшипники заменяем на радиально упорные подшипники класса А.

С целью обеспечения необходимого крутящего момента на конце шпинделя станка мощность электродвигателя привода главного движения повышена с 2кВт до 4кВт и заменены шкивы под ремни профиля «В».

Радиально упорные подшипники 22 и 23 шпиндельного узла 24 шлифовальной бабки 2 (рис. 6.3) установлены в промежуточные втулки 25 и 26, которые в свою очередь запрессовываются в корпус шпиндельного узла 24.

В подшипниках 22 и 23 установлен шпиндель 27, имеющий на своих концах внутреннюю однозаходную, соответственно правую и левую резьбу, которые закрепляют шкив 28 привода главного движения и оправку под круг.

Для регулирования радиального зазора в подшипниках служат регулировочные втулки 29 и 30, сопрягаемые с валом шпинделя 27 по переходной посадке без зазора. Положение регулировочных втулок 29 и 30 в направлении уменьшения зазоров в подшипниках определяется степенью завинчивания гаек 31 и 32. Для фиксации гаек в отрегулированном положении служат гайки 33 и 34.

Для предотвращения вытекания масла из подшипниковых полостей служат резиновые подпружиненные уплотнения 35 и 36.

Для заливки смазки в шпиндельный узел 24, предусмотрена заправочная горловина с сопуном 37.

Посадка оправок для шлифовальных кругов осуществляется на наружный конус Морзе 5, что обеспечивает более жесткое крепление их и повышение точности вращения кругов.

Рис. 6.3 Конструкция шпиндельного узла специального шлифовального станка

Система охлаждения состоит из бака для охлаждающей жидкости, насоса ПА-22/ГОСТ 2640-44/, коммуникации охлаждения и кожуха.

Бак для охлаждающей жидкости с насосом устанавливается рядом со станком. Насос подключается в штепсельную розетку на станине станка. Сопло с краном и поворотным соединением крепится на кожухе шлифовальной головке. Кожух предназначен для защиты от разбрызгивания охлаждающей жидкости, сбора её и отвода в корыто станины станка.

Приспособления, применяемые для установки и закрепления затачиваемых инструментов, должны быть достаточно жесткими и точными и обеспечить производительное выполнение операций заточки и доводки.

Обычно используют для установки и закрепления затачиваемого инструмента приспособления, входящие в комплект универсально-заточных станков.

Было изготовлено установочное приспособление собственной конструкции (на базе универсальной делительной головки (УДГ)), более отвечающее конкретным производственным условиям и требованием заточки и доводки инструмента алмазными кругами. Оно состоит из УДГ, электродвигателя переменного тока (для обеспечения вращения вала УДГ), системой шкивов (для обеспечения заданной частоты вращения), двух конусов закрепленных в УДГ (для направления и фиксации оправки) и оправки (для установки и закрепления детали). Конструкция оправки предусматривает возможность смены насадок, тем самым, обеспечивая заточку пластин различного типоразмера по передней и задней поверхностям.

Для установки и крепления алмазных кругов применяются оправки, фланцы и удлинители.

В данном станке алмазные круги устанавливаются на оправках по скользящей посадке 2-го класса точности. Поверхность контакта конического отверстия фланца со шпинделем шлифовальной головки должна составлять не менее 80%.

Данную схему шлифования целесообразнее использовать для получения поверхности твердосплавных пластин преимущественно каноидальной формы.

Для получения более высокоточной поверхности близкой к идеальной с минимальными затратами на инструмент и достаточной производительностью, необходимо изменить форму рабочей поверхности круга - заменить алмазный круг прямого профиля на алмазный круг типа чашечный, тарельчатый - алмазоносный слой которых находится на торце круга.

 

6.2. Сравнительный анализ действующего и усовершенствованного технологического процесса изготовления твердосплавной вставки на базе твердосплавной пластины типа LNUX301940

 

Твердосплавная вставка предназначена для работы во фрезах с механическим креплением твердосплавных пластин. Данные фрезы предназначены для обработки конструкционных и труднообрабатываемых сталей и сплавов. Применение данных резцовых вставок позволяет повысить производительность обработки в два раза.

Передней поверхностью твердосплавной вставки является плоскость с отрицательной фаской. Требования к шероховатости поверхностей приведены в таблице 6.1.

Таблица 6.1

Требования шероховатости к различным поверхностям

Затачиваемая поверхность	Шероховатость Rа
Задняя поверхность	1,25-0,63
Передняя поверхность	1,25-0,63
Отрицательная фаска	0,32-0,16дл

Правила обеспечения технологичности конструкции приведены в ГОСТ 14.204-73. Принцип технологичности конструкции состоит в наиболее рациональном и экономичном изготовлении изделия. Оценка технологичности может быть качественной и количественной. В данном курсовом проекте производится качественная оценка технологичности конструкции детали. Качественную оценку технологичности конструкции детали осуществляют по материалу, геометрической форме, качеству поверхностей, простановке размеров, по возможным способам получения заготовки.

Оценка технологичности по материалу проводится исходя из критерия обрабатываемости материалов резанием, которая зависит от химического состава, механических свойств и структуры материала.

Твердые сплавы, или так называемые металлокерамические сплавы, -это материалы, состоящие из карбидов вольфрама (однокарбидные), вольфрама и титана (двухкарбидные) и с добавлением тантала, ниобия и др. (трехкарбидные), связанных между собой связкой – кобальтом. Материалом для твердосплавной вставки служит Т14К8. Данный сплав обладает лучшей обрабатываемостью, достаточной прочностью. Сплавы данной группы рекомендуются для скоростной обработки углеродистых сталей.

Большую роль играет выбор технологических баз, т.е. поверхностей, которые определяют положение обрабатываемой детали на станке, в приспособлении относительно режущего инструмента.

Рациональный выбор технологических баз способствует снижению трудоёмкости, повышению точности и стабильности обработки.

В данном случае основными технологическими базами при алмазном шлифовании, являются одна из опорных поверхностей и боковая грань твердосплавной пластины. Порядок простановки размеров на чертеже детали прямо связан с назначением технологических баз. Он определяет возможность обработки детали по наиболее рациональному и экономичному технологическому процессу. От простановки размеров зависит последовательность технологических операций, конструкции приспособлений и средств измерения. Задача рациональной простановки размеров заключается в том, чтобы полнее удовлетворить как конструкторские, так и технологические требования к чертежу. Наиболее целесообразно, чтобы технологическая база совпадала с измерительной чтобы свести к нулю погрешность базирования.

Оценка технологичности конструкции детали по геометрической форме.

Основными критериями технологичности деталей, подвергаемых механической обработке, являются: трудоёмкость, точность и стабильность получения геометрических размеров и шероховатость поверхности. Трудоёмкость обработки тем выше, чем сложнее эти поверхности по своим геометрическим формам, чем больше их протяжённость и чем выше требования по точности и классам чистоты обрабатываемых поверхностей.

Поэтому при конструировании деталей следует предусматривать большее количество поверхностей деталей без последующей механической обработки, а поверхности, требующие обработки должны иметь предельно простые геометрические формы, минимально допустимые размеры и припуски.

Наиболее производительно и точно могут быть обработаны поверхности, получаемые при относительно простых движениях инструмента и заготовки - при прямолинейном поступательном и вращательных движениях.

Вывод: твердосплавная вставка в целом по приведенным выше признакам является технологичной.

В данном пункте проанализируем действующий технологический процесс (ДТП), с точки зрения производительности алмазной обработки и ресурса алмазных кругов. Действующий технологический процесс шлифования твердосплавной вставки включает в себя 9 операций шлифования и заточки различных поверхностей. Табл.6.2.

Анализ операций показал, что почти на всех операциях величина удельного расхода алмазов превышает 20мг/г при этом производительность обработки, которая характеризуется интенсивностью съема, составляет 1,5 – 2 г/мин. Попытка снижения удельного расхода алмазов путем снижения величин режимов резания приводит к падению производительности. Появилась необходимость проведения мероприятий приводящих к повышению эффективности алмазного шлифования.

 

 

Таблица 6.2

Действующий технологический процесс

	Технологические операции	Q, шт/смен	q, мг/г
	Доводка опорной поверхности
	Шлифование передней поверхности предварительное		До 20
	Шлифование передней поверхности окончательное		До 20
	Шлифование главной задней поверхности предварительно		До 20
	Шлифование главной задней поверхности окончательно		До 20
	Шлифование вспомогательной задней поверхности		До 20
	Шлифование фасок		До 30
	Заточка радиуса		До 15
	Заточка отрицательной фаски

 

Технологический процесс механической обработки должен проектироваться и выполняться таким образом, чтобы посредством наиболее рациональных и экономичных способов обработки удовлетворялись требования к деталям, обеспечивающим правильную работу.

Использование оборудования по времени должно быть максимально. На одном станке выполняются несколько операций, и часто производится обработка деталей разнообразных конструкций.

Специальные приспособления для обработки твердосплавных деталей на станках должны иметь универсальный характер, т.е. могут быть использованы для получения различных поверхностей.

Таким образом, исходя из приведенных выше рекомендаций, следует:

1. операции 30 (шлифование передней поверхности предварительно), 50 (шлифование главной задней поверхности предварительно) и 70 (шлифование вспомогательной задней поверхности) выполняются на специальном шлифовальном станке, предназначенного для глубинного шлифования твердых сплавов, а не на универсально – заточных станках, как в действующем технологическом процессе.

2. операции 40(шлифование передней поверхности окончательно) и 60(шлифование главной задней поверхности окончательно) выполняются на модернизированном универсально – заточном станке.

Введение в технологический процесс изготовление твердосплавной вставки нового шлифовального станка и модернизация универсального станка позволила повысить производительность обработки, более чем в три раза при этом удельный расход алмазов снижается более чем в 10 раз.

 

6.3 Расчет экономической эффективности от внедрения станка

 

Затраты на заточные операции () складываются из затрат накладных расходов (Н), затрат на алмазные круги () и заработную плату рабочих с налогами ():

 

(6.1)

 

Затраты на алмазные круги можно определить по расходу алмазоносного слоя на заточку определенного объема твердого сплава.

Зная объем алмазоносного слоя круга, израсходованный на сошлифовывание определенного объема или веса твердого сплава на операции, можно определить удельный расход алмазов в миллиграммах алмаза, израсходованного на срезание одного грамма твердого сплава (q, мг/г). Именно этот показатель принят как основной. Стоимость одного миллиграмма алмазов в круге оценивается примерно в 6 – 10 коп. для кругов на бакелитовой связке (в ценах 2005 г. 1 у.е. – 28 руб.).

Количество твердого сплава, которое срезается с твердосплавной пластины на операции, можно определить по объему, срезанному с пластины, и удельному весу твердого сплава (определяется по справочным данным в зависимости от марки твердого сплава). Для усредненных расчетов удельный вес твердого сплава можно принять 14,5 г/см³.

Удельный расход алмазов на различных операциях шлифовки и заточки твердосплавных пластин определяется по рис. 6.1.

Рис. 6.4 Количество твердого сплава (Р_с), снимаемого на операциях шлифования твердосплавной вставки на базе твердосплавной пластины типа LNUX301940: 1 – доводка опорной поверхности; 2 – шлифование передней поверхности предварительное; 3 - шлифование передней поверхности окончательное; 4 - шлифование главной задней поверхности предварительно; 5 – шлифование главной задней поверхности окончательно; 6 – шлифование вспомогательной поверхности; 7,8 и 9 – шлифование фасок; 10 – заточка радиуса; 11 – заточка отрицательной фаски.

Зависимости получены в результате обработки данных при заточке более 6000 твердосплавных пластин. Средний расход круга и производительность на операциях заточки и шлифовки твердосплавных пластин в аналоговом технологическом процессе приведен в табл. 6.1. Средний расход круга и производительность на операциях заточки и шлифовки твердосплавных пластин в предлагаемом технологическом процессе приведен в табл. 6.2.

Таблица 6.3

Средний расход круга и производительность на операциях заточки и шлифовки твердосплавных пластин

		Аналоговый технологический процесс	Предлагаемый технологический процесс
	Операция	Q, шт/смен	q, мг/г	Q, шт/смен	q, мг/г
	Доводка опорной поверхности
	Шлифование передней поверхности предварительное		До 20		0,16
	Шлифование передней поверхности окончательное		До 20		0,3
	Шлифование главной задней поверхности предварительно		До 20		0,16
	Шлифование главной задней поверхности окончательно		До 20		0,3
	Шлифование вспомогательной задней поверхности		До 20		0,16
	Шлифование фасок		До 30		До 30
	Заточка радиуса		До 15		До 15
	Заточка отрицательной фаски

 

Данные рис. 6.1 и табл. 6.1 позволяют приблизительно рассчитать расход алмазов при заточке твердосплавных пластин. Методика определения данных по расходу алмазных кругов и веса сошлифованного твердого сплава исключает существенную ошибку замеров. Расход алмазоносного слоя определялся по полному износу нескольких кругов на операции при обработке крупной партии пластин (от 500 до 2000 шт.), а вес сошлифованной части – взвешиванием нескольких десятков или сотен пластин до операции и после. Кроме того, для исключения существенной погрешности при взвешивании производился расчет объема и веса снимаемого припуска на операции.

Стоимость израсходованного на операции алмазоносного слоя инструмента определяется по табл. 6.1 и графику рис. 6.1 с учетом предварительной оценки величины износа на партии пластин и геометрических параметров режущей части, а также текущей стоимости алмазных кругов и потерь алмазоносного слоя на необходимую в некоторых случаях подготовительную правку с целью придания кругу нужной формы. Необходимость правки возникает обычно при использовании имеющихся в наличии кругов неподходящей на операцию формы алмазоносного слоя. Таким образом, стоимость алмазного инструмента, расходуемого на операции заточки или шлифовки какой-либо поверхности одной пластины, можно определить по зависимости

 

(6.3)

 

где – объем круга, снятый в процессе правки, см³;

– стоимость одного миллиграмма алмазов в круге.

 

Затраты на заработную плату рабочих можно определить из расчета дневного заработка, оговариваемого трудовым соглашением, и средней производительности на операции (ориентировочно 150–200 руб. в смену или эта сумма может взята по данным конкретного предприятия).

Накладные расходы составляют обычно до 400 % от зарплаты, а налоги 100 % от зарплаты (на данный момент 35,6 % + 13 % = 48,6 % от фонда зарплаты). Таким образом, зависимость (6.1) можно записать следующим образом:

 

(6.4)

 

где – заработная плата рабочего на заточку или шлифовку пластин на операции;

– производительность на операции (табл. 6.1);

– количество пластин, которое можно обработать кругом до его полного износа(; где – объем алмазоносного слоя круга).

 

Стоимость переточки складывается из стоимости операций

 

(6.5)

 

Таким образом расчет стоимости шлифования твердосплавной вставки на базе твердосплавной пластины типа LNUX301940 весом 75 г будет выглядеть следующим образом.

Перечень выполняемых операций: доводка опорной поверхности; шлифование передней поверхности предварительное; шлифование передней

поверхности окончательное; шлифование главной задней поверхности предварительно; шлифование главной задней поверхности окончательно; шлифование вспомогательной задней поверхности; шлифование фасок; заточка радиуса; заточка отрицательной фаски. Правка круга не предусматривается.

(6.6)

 

Расчет стоимости шлифования твердосплавной вставки на базе твердосплавной пластины типа LNUX301940 при использовании универсального оборудования:

Расчет стоимости шлифования твердосплавной вставки на базе твердосплавной пластины типа LNUX301940 при использовании специального оборудования:

Таким образом экономический эффект от внедрения в технологический процесс специального шлифовального станка позволяет повысить экономическую эффективность практически в три раза (рис 6.5).

Рис.6.5 Стоимость операции в зависимости от вида технологического процесса

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Среди факторов, определяющих основные экономические параметры процесса алмазного шлифования, доминирующее значение имеет среднее контактное давление в зоне обработки.

2. Разработана математическая модель зависимости силы резания и среднего контактного давления при алмазном шлифовании от режимов резания и характеристики круга. Установлено, что интервал оптимального среднего контактного давления с точки зрения производительности и удельного расхода алмазов составляет 1,5-3Н/мм². При меньших величинах среднего контактного давления удельный расход алмазов снижается не существенно, а интенсивность съема - значительно. При достижении среднего контактного давления менее 0,5Н/мм² процесс резания практически прекращается. Среднее контактное давление в зоне шлифования не целесообразно повышать более чем 3,5-4Н/мм², так как при этом происходит интенсивное разрушение алмазоносного слоя, а интенсивность съема не повышается.

3. Установлено, что для адаптивного управления процессом шлифования необходимо определить достаточную мощность привода шлифовального круга. В этом случае при превышении среднего контактного давления выше 3Н/мм² начинается существенное снижение частоты вращения круга, что является сигналом для снижения величины подачи.

4. Выявлено, что при шлифовании твердосплавных пластин алмазными кругами на бакелитовой связке для повышения стойкости алмазных кругов, необходимо выбирать зернистость круга из условия, чтобы средний статистический размер алмазных зерен был в 10-15 раз больше глубины шлифования.

5. Установлена зависимость температуры в зоне контакта алмазного зерна и твердосплавной пластины в зависимости от размера зерна. При увеличении размеров зерен температура повышается, что приводит к графитизации алмаза. Повышение зернистости круга свыше 200мкм, при шлифовании твердого сплава, не целесообразно.

6. Традиционные схемы шлифования имеют недостаток - многократное врезание с изменением площади контакта от 0 до максимума, вследствие чего среднее контактное давление изменяется от 5Н/мм² до 1,5-2,0Н/мм² при установившемся режиме. 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.

7. На основе проведенных исследований, разработан и изготовлен специальный станок, позволяющий осуществлять формообразования поверхности твердосплавных пластин при высокой производительности (интенсивность съема твердого сплава до 5 г/мин) и ресурсом алмазного круга (удельный расход алмазов 0,16 миллиграмм алмазов на грамм твердого сплава). С 2001 года заключено и выполнено с предприятиями Западно-Сибирской железной дороги хозяйственных договоров на сумму 600 тысяч рублей. Конструкция станка защищена патентом на полезную модель РФ заявка №2005 127172 22(030507) от 29.08.2005 Шлифовальный станок.

8. Разработана программа расчета оптимальных режимов обработки и мощности привода с учетом оптимальной величины среднего контактного давления. Внедрение данной программы на ФГУП ОМО им. Баранова позволила повысить экономичность шлифования на обдирочных операциях на 12т.р. за 2004 год.

Основные положения работы доложены и обсуждены на 5 международной научно-технической конференции «Динамика систем, механизмов и машин» (г. Омск), а также на заседаниях кафедр «Технология машиностроения» и «Металлорежущие станки и инструменты» Омского государственного технического университета.

 

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: