 |
Рост темпов производства конкурентоспособной продукции высокого качества в сфере машиностроения невозможен без опережающего развития инструментальной промышленности. В настоящее время для изготовления инструментов все шире используются новые инструментальные материалы и прогрессивные процессы их обработки, обеспечивающие, низкую себестоимость обработки и высокий уровень технологичности производства. Широкое распространение при изготовлении режущей части инструмента получили твердые сплавы. Механическая обработка твердого сплава достаточно трудоемкий процесс, что, прежде всего, связано с высокой твердостью материалов, сопоставимой с твердостью абразивных зерен заточного инструмента для заточки.
Операции затачивания режущих поверхностей инструмента несколько отличается от традиционных схем шлифования периферией круга, а именно увеличением зоны контакта круга и обрабатываемой детали в 10-20 раз. Большие дуги контакта изменяют условия удаления стружки и тепловые взаимодействия между абразивным инструментом и деталью, что негативно сказывается на режущей способности круга.
В настоящее время оптимизация режимов заточки инструментов осуществляется преимущественно экспериментальными методами, что требует проведения ряда экспериментов и дает лишь частные решения, не раскрывая природу причин ухудшения режущей способности круга. В этой связи работа, направленная на повышение производительности и снижение себестоимости алмазного шлифования твердого сплава, за счет учета изменения режущей способности РПК, является актуальной.
Цель исследования – повышение производительности и снижения себестоимости алмазного шлифования твердого сплава с увеличенными дугами контакта за счет учета изменения режущей способности круга.
- Определить силы поджима образца из твердого сплава к алмазному кругу, при шлифовании с увеличенной дугой контакта, по температуре в зоне резания, ограниченной температурой окисления алмазных зерен;
- По силе Pz, удовлетворяющей отсутствию окисления алмазных зерен, найти время обработки, удовлетворяющее температуре на поверхности образца, когда отсутствуют температурные трещины на обрабатываемой поверхности;
- Спроектировать устройство для осуществления шлифования по упругой схеме с заданной длительностью;
- Провести эксперименты по влияния времени шлифования на режущую способность круга во времени;
- Определить режимы для жесткой схемы шлифования учитывающие изменение режущей способности круга во времени.
Научная новизна работы заключается в разработке методики расчета силы поджима твердосплавного образца к рабочей поверхности круга, по температуре окисления алмазных зерен, а так же методики расчета времени шлифования твердосплавного образца, исключающей образование температурных трещин.
Определение режимов шлифования для жесткой схемы с учетом изменения во времени режущей способности круга.
Как показывает анализ тенденций развития технологии механической обработки на ближайшие 15-20 лет, одним из направлений совершенствования механической обработки труднообрабатываемых материалов является использование электрофизических методов обработки и ввод дополнительных видов энергии в зону обработки, осуществляемой традиционным методом.
Удельный вес применения различных видов инструментальных материалов в мировом машиностроении и металлообработке следующий: быстрорежущие стали - 47%, твердые сплавы - 47%, минералокерамика - 5%, поликристаллы - 1%, при этом объем металла, удаляемый инструментами из твер¬дых сплавов, составляет 68%; из быстрорежущих сталей - 28% и минералокерамики - 4%.
Как видно из приведенных данных, имеются достаточно широкие перспективы использования инструментальных твердых сплавов для изготовления инструментов.
Операция заточки поверхностей инструмента или поверхностей многогранных неперетачиваемых пластин (МНП) обладает особенностью, отличающей ее от обычного многопроходного шлифования. Если при многопроходном шлифовании длина дуги контакта круга с деталью зависит от глубины шлифования и находится для различных глубин в пределах 0,5 - 3 мм, то при затачивании и шлифовании МНП (рис. 1) длина дуги контакта круга с деталью L определяется размером шлифуемой поверхности в направлении вектора скорости резания и в 10 - 20 раз превышает длину дуги контакта при многопроходном шлифовании.
В настоящее время для заточки задних поверхностей инструмента ис¬пользуется алмазное шлифование с электроэрозионными либо электро-физико-химическими воздействиями на РПК с целью поддержания режущих свойств рабочей поверхности круга на высоком уровне на протяжении всего времени обработки.
Рис. 1 - Схемы затачивания инструмента по задней поверхности торцом круга конической формы (а) и периферией круга формы 1А1 (б) с электроэрозионным воздействием на РПК:
1 - алмазный круг;
2 - инструмент;
3 - источник технологического тока.
Заточка инструмента и шлифование с увеличенными дугами контакта приводят к увеличенным площадям поверхности резания, и могут осуществляться по двум схемам: жесткой и упругой.
При жесткой схеме шлифования торцом чашечного круга производительность обработки определяется режимами: скоростью круга Vк, скоростью продольной подачи стола Vст величиной подачи на врезание Sв определяющей глубину шлифования. Если в соответствии с режимами к рабочей поверхности круга подводится объем материала, который РПК не в состоянии удалить, ухудшается качество обработанной поверхности, что проявляется в виде прижогов и шлифовочных трещин. Поэтому все чаще находит применение упругая схема обработки.
Шлифование по упругой схеме с увеличенными дугами контакта может быть выполнено периферией круга формы 1А1 либо торцом чашечного круга (Рис. 2 а, б)
Рис. 2 - Шлифование по упругой схеме неподвижного образца: а - периферией круга; б - торцом круга.
При шлифовании по упругой схеме шлифовальный круг 1 совершает вращательное движение со скоростью Vк. Обрабатываемая заготовка 2 поджимается к рабочей поверхности круга с постоянной силой Pн, которая уравновешивается радиальной составляющей силы резания Py и поступательно перемещается в направлении, перпендикулярном вектору скорости резания Vк, co скоростью W. Скорость погружения РПК в образец определяется толщинами единичных срезов, обеспечивающих условие Py = Pн.
Производительность обработки определяется площадью обработанной поверхности В х Н и скоростью погружения W
П = W • B • H, мм3/мин,
где В - ширина обрабатываемой поверхности образца, мм;
Н - длина обрабатываемой поверхности образца, мм;
W - скорость погружения РПК в поверхность образца, мм/мин.
Основным достоинством упругой схемы шлифования является наличие сильной корреляционной связи между производительностью обработки и параметрами рабочей поверхности круга, а также стабильность во времени показателей качества обработанной поверхности. Шлифование по упругой схеме с заданной силой поджима шлифовального круга Рн к заготовке позволяет исключить влияние на температуру шлифования непостоянства припуска, нестабильности физико-механических свойств материала изделия и изменение режущей способности шлифовального круга за период стойкости, что снижает опасность появления дефектов на шлифуемой поверхности.
Выбор режимов шлифования по жесткой схеме осуществляется с учетом выполнения нескольких условий:
- отсутствия прижогов на заготовке, во время обработки, при изменении режущей способности круга;
- критерия графитизации алмазного зерна;
- обеспечения максимальной интенсивности съема материала.
В настоящее время в работах выполненных на кафедре «Металлорежущих станков и инструментов» к.т.н. Греневым А.А. решены задачи определения режимов алмазного шлифования с увеличенными дугами контакта изделий из труднообрабатываемых ванадиевых сталей. Определены режимы электроэрозионных воздействий на РПК, обеспечивающие минимальную себестоимость обработки этих сталей.
В настоящее время выполнен обзор существующих способов шлифования с увеличенными дугами контакта. Установлено, что наиболее прогрессивным способом является алмазное шлифование с электроэрозионными воздействиями на РПК, обеспечивающие поддержание режущих свойств круга стабильными.
Решенные вопросы позволяют определить режимы шлифования, обеспечивающие исключение трещин, минимальный расход алмазов и получение поверхности без прижогов.
|
|
