“ИССЛЕДОВАНИЕ ВЕЛИЧИНЫ ПЛОЩАДКИ ИЗНОСА АЛМАЗНОГО ЗЕРНА ПРИ ШЛИФОВАНИИ ПО УПРУГОЙ СХЕМЕ”.

28.09.99г. Стрелков В. Б. Матюха П.Г.

Содержание.

стр.

Введение ......................................................................................................................3

1. Жесткая и упругая схемы шлифования. ..................................................................4

2. Методика проведения эксперимента. Применяемое оборудование и устройства. 7

2.1. Устройство для оптических исследований режущей поверхности круга. ..........7

2.2. Модернизация станка. ..........................................................................................8

2.3. Приспособление для упругой схемы шлифования. .............................................9

2.4. Режимы на которых проводился эксперимент...................................................11

3. Исследование влияния силы поджима круга на размер площадок износа

алмазных зерен.......................................................................................................... 12

4. Исследование изменения площадок износа алмазных зерен для кругов различной зернистости............................................................................................................... 17

Заключение.

Перечень ссылок

Введение

Представленная в отчете работа по исследованию величины площадки износа алмазного зерна при шлифовании по упругой схеме выдвигает новые положения, освещающие сущность процесса снятия металла при шлифовании. Эти положения, подтвержденные большим количеством экспериментальных исследований, проведенных автором, дают возможность разработать методику выбора режима шлифования и ставят новые задачи перед конструкторами по созданию круглошлифовальных станков особого типа, обеспечивающих повышение качества шлифования и повышение производительности процесса.

1. Жесткая и упругая схемы шлифования .

Обработка металлических и неметаллических материалов шлифованием может выполняться по двум схемам: жесткой и упругой (рис.1,а,б). При шлифовании по жесткой схеме, по которой работает большинство шлифовальных станков, условия, например, плоского шлифования (см. рис. 1а) задаются следующими входными параметрами:

- скоростью круга V_к, м/с;

- продольной скоростью стола V_д, м/мин;

- поперечной подачей S_п, мм/ход;

- глубиной шлифования t, мм.

В этом случае производительность процесса шлифования

Q = 1000V_дS_пt, мм/мин, (1.1)

практически не изменяется во времени и объем сошлифованного материала V_сошл=const. При этом изменение во времени параметров РПК приводит к увеличению составляющих сил резания на круге по некоторой зависимости P_z, P_y = f(t ), причем для обеспечения требуемого качества шлифованной поверхности силы резания не должны превышать критического значения, определяемого условием предотвращения образования прижогов:

P_z /P_{z кр}; P_y /P_{y кр}.

При изучении процесса шлифования некоторыми исследователями было выдвинуто предположение о том, что фактором, определяющим ход процесса шлифования, является радиальное давление круга на изделие [1,2]. От величины радиального давления непосредственно зависят: наличие прижогов на шлифуемой поверхности; производительность, износ и затупление шлифовального круга [2]. На основании этого предположения был разработан способ шлифования с заданной силой прижима шлифовального круга к изделию (шлифование по упругой схеме).

При плоском шлифовании по упругой схеме (см. рис. 1б) условия обработки определяются режимами резания V_к, V_д, S_п и силой поджима детали к РПК P_y. Так как с помощью соответствующих нагрузочных устройств обеспечивается постоянство величины P_y на протяжении всего времени обработки, то изменение параметров РПК в процессе шлифования приведет к уменьшению глубины шлифования t и в соответствии с (1.1) к уменьшению производительности обработки.

По сравнению с обычным шлифованием по жесткой схеме шлифование с определенным радиальным давлением, по мнению Л. А. Глейзера, представляет собой достаточно устойчивый процесс, обладающий большей степенью детерминированности [2]. Шлифование по упругой схеме с заданной силой прижима P_y шлифовального круга к заготовке позволяет исключить влияние на температуру шлифования непостоянства припуска, нестабильности физико-механических свойств материала изделия и изменения режущей способности шлифовального круга за период его стойкости, что снижает опасность появления дефектов на шлифованной поверхности [3]. Следует отметить, что использование упругого шлифования с управлением параметрами РПК будет способствовать повышению степени детерминированности процесcа, так как в процессе обработки параметры РПК поддерживаются постоянными на протяжении всего периода обработки.

Шлифование и заточка по упругой схеме позволяют наиболее полно проявить высокие режущие свойства алмазных кругов, так как глубина внедрения зерен в шлифуемое изделие определяется нормальной силой [4]. Постоянная нормальная сила прижима детали к кругу может быть реализована с помощью различных конструктивных решений, среди которых наиболее часто используются: создание постоянной силы с помощью пружины, с помощью рычажного механизма и путем применения гидравлического устройства [5].

2. Методика проведения эксперимента. Применяемое оборудование и устройства.

2.1. Устройство для оптических исследований режущей поверхности круга.

Оптические исследования рабочей поверхности круга непосредственно на станке выполняли с помощью микроскопа МАР-2, установленного на измерительной плите устройства для измерения удаленного алмазного слоя.

На измерительной плите закрепляется микроскоп 4 и осветитель 5 (рис.2.1).

Настройка микроскопа на резкость выполнялась с помощью дифференциального резьбового узла 8. Измерение площадок производилось визуально при 100-кратном увеличении. Устройство позволяет в процессе эксперимента наблюдать одно и тоже место РПК, вплоть до отдельного алмазного зерна.

Рисунок 2.1. – Схема устройства для оптических исследований рабочей поверхности круга.

1 – корпус; 2 – шпиндельная головка; 3 – плита; 4 – микроскоп; 5 – осветитель; 6 – лупа Бринеля; 7 – винт микрометра; 8 – дифференциальный резьбовый узел.

2.2. Модернизация станка.

Для эксперимента был модернизирован плоскошлифовальный 3Г71 станок. Он имеет бесступенчато регулируемую продольную подачу стола (5-20 м/мин) и автоматическую поперечную подачу (0,3-4,2 мм/ход).

Модернизация станков заключалась в обеспечении надежной изоляции инструмента и обрабатываемого образца от всей конструкции станка и подвод в зону резания технологического тока (рис.2.2).

Изоляцию шлифовального круга от корпуса станка обеспечивали его установкой в специальный фланец 5, который имеет диэлектрическую базирующую прослойку и текстолитовую прокладку 3.

Магнитная плита на которой закрепляется образец 6, изолировалась от стола станка прокладкой 8. Крепежные болты и гайки 7, также были выполнены из диэлектрика.

Технологический ток к образцу подводим через клемму на магнитной плите, а к инструменту – через графитовую щетку 2 и станок 1, который касается металлического корпуса круга.

Рисунок 2.2. – Схема модернизации плоскошлифовального 3Г71 станка для алмазно-искрового шлифования.

2.3. Приспособление для упругой схемы шлифования.

Приспособление изображено на рисунке 2.3. Устройство закрепляется на магнитном столе плоскошлифовального станка и состоит из корпуса 5, в роликовых направляющих которого установлен ползун 4. Верхняя часть ползуна выполнена в виде струбцины 3, служащей для закрепления исследуемого образца 2. Для исключения намагничивания подвижных частей приспособления в нижней части корпуса имеется медная прокладка 7. Ползун опирается на подшипник 8, закрепленном на малом плече рычага 9. На большом плече рычага установлены грузы 10 для уравновешивания подвижной части приспособления и грузы 11, обеспечивающих заданную силу поджима образца к шлифовальному кругу.

Для отвода образца от поверхности шлифовального круга при выходе его из зоны резания служат копиры 12, с которыми в этот момент начинает контактировать подшипник 13. Это осуществляется за счет того, что корпус приспособления закреплен на магнитной плите стола станка, а копир посредством планки 14, стоек 15 и планки 16 на крестовом суппорте 17.

При продольном перемещении стола подшипник 13 набегает на наклонную поверхность копира и опускает подшипник 8, поджимающий ползун 4 к шлифовальному кругу. В результате шлифования образец опускается вниз от РПК, положения концов можно регулировать как в горизонтальной плоскости путем смещения по планке 14, так и в вертикальной, опуская или поднимая планку 14 с помощью гайки 18 и резьбовой втулки 19.

В результате сошлифовывания образца по высоте положение подшипника 13 относительно поверхности копиров изменяется, что приводит к изменению момента врезания шлифовального круга в образец. Чтобы сохранить момент врезания шлифовального круга на протяжении всего эксперимента, копирное устройство снабжено кронштейном 20, рычагом 9 и линейкой 21, а в процессе обработки с помощью вертикальной подачи шлифовального круга поддерживается постоянное относительное положение линейки и кронштейна.

Для повышения точности измерения сошлифованного материала на струбцине 3 установлен штифт 22, который служит базой при измерении образца до и после шлифования. Измерение производится в фиксированном нижнем положении ползуна.

Для защиты роликовых направляющих от попадания СОЖ корпус приспособления закрыт водонепроницаемой пленкой.

Рисунок 2.3. – Устройство для осуществления плоского шлифования по упругой схеме с постоянной радиальной силой на станке мод. 3Г71.

2.4. Режимы на которых проводился эксперимент.

Механические:

скорость круга V_кр = 35 м/с;

скорость стола V_ст = 6 м/мин;

длина хода стола L =240 мм

сила поджима (при одной зернистости) = 40,60,80Н;

(при разных зернистостях) = 80Н.

3. Исследование влияния силы поджима круга на размер площадок износа алмазных зерен.

На указанных режимах был проведен эксперимент по обработке быстрорежущей стали Р6М5Ф3 кругом АС6 100/80 А1-4-М2-01 при разной силе поджима круга, при котором измеряли контактные площадки алмазных зерен через 10,15,30,45,60 минут шлифования.

Результаты измерений размеров контактных площадок зерен круга АС6 100/80 А1-4-М2-01 приведены в табл.3.1-3.3.

Таблица 3.1.Влияние времени шлифования на среднюю величину площадки износа зерен круга при обработке стали Р6М5Ф3 с силой поджима круга 40 Н

Таблица 3.2.Влияние времени шлифования на среднюю величину площадки износа зерен круга при обработке стали Р6М5Ф3 с силой поджима круга 60 Н

Таблица 3.3.Влияние времени шлифования на среднюю величину площадки износа зерен круга при обработке стали Р6М5Ф3 с силой поджима круга 80 Н

Изменение во времени средней величины площадки износа зерен для различных значений силы поджима круга представлены на рис. 3.1.

Рисунок 3.1. – Средняя величина площадки износа зерен круга.

Из рисунка 3.1 видно, что для каждого момента времени величины площадок износа зерен, для различных сил поджима, отличаются незначительно. Оценку значимости расхождения величины площадок износа выполним для наиболее отличающихся значений (крайние графики на рис.3.1).

Проверим однородность дисперсий. Определим расчетное значение критерия Фишера:

(3.1)

где S₁,S₂ – соответственно дисперсии при силах поджима круга 40Н и 80Н соответственно. Табличное значение F-критерия при уровне значимости a =0,05 и f₁ = f₂ =8 составляет 8,05[6].

Результаты расчетов сводим в таблицу 3.4.

Таблица 3.4. Расчетное и табличное значение критерия Фишера.

Так как расчетное значение F – критерия меньше табличного ( F_расч < 8,05 ), то дисперсии однородны.

Определяем доверительный интервал [6]:

(3.2)

где ta - критерий Стьюдента, для количества степеней свободы f=0,8, ta =2,306.

S_z определяем по формуле [6]:

(3.3)

где n₁, n₂ – количество степеней свободы.

S_св определяем следующим образом:

(3.4)

Результаты расчетов по формулам (3.1) и (3.4) сводим в таблицу 3.5.

Таблица 3.5. Данные для проверки однородности дисперсий.

Проведем проверку однородности результатов параллельных опытов. С этой целью при уровне значимости a =0,05 находим доверительный интервал для каждой пар точек графиков. Расчеты проводим по формулам:

(3.5)

(3.6)

Результаты расчетов приведены в таблице 3.6.

Таблица 3.6. Данные для проверки однородности экспериментальных значений величин контактных площадок.

Так как в соответствии с таблицей 3.6. результаты измерения попадают в доверительные интервалы то средние величины площадок износа можно считать однородными.

Определим разность средних значений величин площадок износа в каждый момент времени обработки по формуле:

(3.7)

Вычисленные значения разностей приведены в табл. 3.7.

Таблица 3.7. Данные для проверки значимости различий размеров площадок износа зерна.

В соответствии с таблицей 3.7 доверительный интервал Z включает различия между средними значениями величины площадок износа зерна.

Следовательно, с вероятностью 0,95 можно считать различие величины контактных площадок несущественными и полагать, что величина контактной площадки алмазного зерна при шлифовании по упругой схеме не зависит от силы поджима круга.

4. Исследование изменения площадок износа алмазных зерен для кругов различной зернистости.

На указанных режимах был проведен эксперимент по обработке материала Р6М5Ф3 кругами АС6 250/200 А1-4-М2-01, АС6 160/125 А1-4-М2-01, АС6 100/80 А1-4-М2-01 при постоянной силе поджима круга равной 80Н, при котором измеряли контактные площадки алмазных зерен через 10,15,30,45,60 минут шлифования.

Результаты измерений контактных площадок износа зерен круга АС6 100/80 А1-4-М2-01 приведены в табл.4.1.

Таблица 4.1. Влияние времени шлифования на среднюю величину площадки износа зерен круга при обработке стали Р6М5Ф3

Проверим однородность дисперсий. Определим расчетное значение критерия Фишера(3.5).

Табличное значение F-критерия при уровне значимости a =0,05 и f₁ = f₂ =8 составляет 8,05[6].

Результаты расчетов по формулам (3.1) и (3.4) сводим в таблицу 4.2.

Таблица 4.2. Расчетное и табличное значение критерия Фишера.

Так как расчетное значение F – критерия меньше табличного ( F_расч < 8,05 ), то дисперсии однородны.

Определяем доверительный интервал (3.2).

S_z , S_св определяем по формуле (3.3),(3.4) соответственно.

Результаты расчетов по формулам (3.1) и (3.4) сводим в таблицу 4.3.

Таблица 4.3. Данные для проверки однородности дисперсий.

Проведем проверку однородности результатов параллельных опытов. С этой целью при уровне значимости a =0,05 находим доверительный интервал для каждой пар точек графиков. Расчеты проводим по формулам(3.5, 3.6).

Результаты расчетов приведены в таблице 4.4.

Таблица 4.4. Данные для проверки однородности экспериментальных значений величин контактных площадок.

Так как в соответствии с таблицей 4.4. результаты измерения попадают в доверительные интервалы то средние величины площадок износа можно считать однородными.

Определим разность средних значений величин площадок износа в каждый момент времени обработки по формуле(3.7).

Вычисленные значения разностей приведены в табл. 4.5.

Таблица 4.5. Данные для проверки значимости различий размеров площадок износа зерна.

В соответствии с таблицей 4.5 доверительный интервал Z включает различия между средними значениями величины площадок износа зерна.

Следовательно, с вероятностью 0,95 можно считать различие величины контактных площадок несущественными и полагать, что величина контактной площадки алмазного зерна при шлифовании по упругой схеме не зависит от зернистости круга.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведения эксперимента – шлифование быстрорежущей стали Р6М5Ф3, установлено, что величина контактной площадки алмазного зерна при шлифовании по упругой схеме не зависит от зернистости круга.

Также установлено, что величина контактной площадки алмазного зерна при шлифовании по упругой схеме кругом одной зернистости не зависит от силы поджима круга.

Перечень ссылок.

1. Дьяченко П.Е. Шлифовальный круг и его режущая способность. - М.: Оборонгиз, 1939.- 325 с.
2. Глейзер Л.А. О сущности процесса круглого шлифования// Вопросы точности в технологии машиностроения. - М.: Машгиз, 1959.- с.5-24.
3. Палей М.М. и др. Технология шлифования и заточки режущего инструмента. - М.: Машиностроение, 1988.- 288 с.
4. Основы алмазного шлифования/ М.Ф.Семко, А.И.Грабченко, Раб А.Ф. и др. - К.: Технiка, 1978.- 192 с.
5. Высокопроизводительное электроалмазное шлифование инструментальных материалов/ М.Ф.Семко, Ю.Н.Внуков, А.И.Грабченко и др. - К.: Вища школа, Гол. изд-во, 1979.- 232 с.
6. Теория инженерного эксперимента: Учеб. Пособие / Г.М. Тимошенко, П.Ф. Зима. – К.:УМК ВО, 1991. – 124с.
7. Математический анализ точности механической обработки деталей. Колкер Я.Д. “Техника”, 1976.- 200с.