БИБЛИОТЕКА
ВИЗНАЧЕННЯ СИЛИ ПІДТИСКУ ТВЕРДОСПЛАВНОГО ЗРАЗКА ДО
ПОВЕРХНІ КРУГА ПРИ ШЛІФУВАННІ
ЗІ ЗБІЛЬШЕНОЮ ДУГОЮ КОНТАКТУ
Матюха П.Г., Стрєлков В.Б., Полтавець В.В.,
Кульгавий М.Є., Габітов В.В.
ИНЖЕНЕР: студенческий научно-технический журнал / Донецк: ДонНТУ, 2007
Збільшення продуктивності алмазного шліфування твердих сплавів є важливою задачею машинобудування.
Продуктивність процесу шліфування залежить від багатьох показників, однією з яких є ріжуча спроможність
алмазного круга. В даний час висока продуктивність шліфування твердих сплавів забезпечується за допомогою
алмазних кругів на металевій зв'язці. Це обумовлено тим, що алмаз має найвищу твердість і найбільший
модуль пружності із всіх відомих різальних матеріалів. Теплопровідність алмаза також значно вище ніж у
інших інструментальних матеріалів, а коефіцієнт лінійного розширення в 5-10 разів менше, що зумовлює
високу стійкість алмаза при теплових навантаженнях до 800 - 1200 градусів. Перевищення цих температур приводить
до графітізації [1], і до подальшого руйнування алмаза [2]. Існують також рекомендації [3], згідно яким
алмазний інструмент при температурі понад 700 С° застосовувати недоцільно, унаслідок початку окислення
алмазних зерен.
Температура на зерні визначається схемою обробки, фізикомеханічними і теплофізичними властивостями
оброблюємого матеріалу і силами різання.
Разом з тим шліфування твердих сплавів має особливості, що не дозволяють теоретично вести розрахунок
сил різання. До них відносяться:
- неоднорідність матеріалу, яка обумовлена тим, що тверді сплави складаються з порошків карбідів
тугоплавких матеріалів і кобальтової зв'язки, причому розміри порошків карбідів близькі за розмірами з
товщиною зрізу одиничним зерном;
- відсутність прямопропорційного зростання
величини дотичного напруження із збільшенням величини мікротвердості HV твердого сплаву, як це
має місце при обробці пластичних матеріалів, навпаки, сили різання збільшуються із збільшенням
процентного змісту Со, коли мікротвердість твердого сплаву зменшується;
- утворення стружки надлому, що
зменшує внесок геометричного фактору у формування параметрів шорсткості обробленої поверхні.
Як наслідок, при обробці твердих сплавів, визначити,
використовуючи мікротвердість твердого сплаву не можливо, а відповідно, і виконати аналітичний розрахунок
сил різання за відомими методиками. Саме цим, на нашу думку, пояснюється широке застосування сьогодні
багатофакторних експериментів для пошуку оптимальних режимів шліфування твердих сплавів.
Метою статті є розробка аналітично експериментальної
методики пошуку режимів, які задовольняють технічним обмеженням по температурі в зоні різання,
наприклад температурою окислення алмазних зерен, а також температури на обробленій поверхні,
яка обмежена утворенням тріщин.
Визначимо максимальну силу на одиничному зерні,
при якій окислення алмаза буде відсутнє. При визначенні допустимої сили різання, скористаємося методикою
[4], що дозволяє визначити температуру на контактній поверхні алмазних зерен, трансформував її в
розмірності системи СІ, для врізного алмазного шліфування периферією круга із збільшеною дугою контакту
(рис. 1).
Рисунок 1 - Схема врізного шліфування по пружній схемі із збільшеною дугою контакту.
При теплофізичному аналізі обмежимося розрахунком, виконаним стосовно зерен найвірогіднішого розміру,
представивши кожне з них моделлю у вигляді циліндра (рис. 2) з діаметром основи d, і висотою h. Висоту
циліндра h приймемо рівну діаметру основи.
Рисунок 2 - Теплова модель до розрахунку температури на алмазному зерні
Температура на зерні виникає унаслідок перетворення механічної роботи в теплоту, яка поступає в
зерно з боку площадки контакту його з поверхнею різання на заготовці і частково відводиться через
поверхню контакту зерна з металевою зв'язкою і рештою маси круга. Щоб визначити температуру на площадці
контакту зерна, застосуємо формулу для плоского теплового джерела інтенсивністю q, діючого протягом
часу T на торці стрижня обмеженої довжини h і довільної форми площини перетину [4].
Геометричні параметри циліндричної моделі зерна визначаються з умови рівності об’ємів шарової
моделі Vш і циліндричної Vц.Формула для визначення максимально допустимої сили Pz на одиничному зерні,
при якій окислення алмаза буде відсутнє (Tдоп=0,95Tок), отримана з використанням методики, що викладена
у роботі [4]:
Товщина одиничного зрізу, для схеми пружного шліфування
із збільшеними дугами контакту, дорівнює фактичній глибині різання tф (рис 3) [6].
При розрахунку фактичної глибини шліфування
скористаємося значенням максимальної висоти нерівності профілю обробленої поверхні визначеної
по методиці розробленої для пластичних матеріалів, з урахуванням коефіцієнта k, що відображає
відношення параметрів шорсткостей, сформованих при обробці твердих сплавів і пластичного матеріалу [7].
Максимальне значення висоти нерівностей профілю
Rmax при обробці твердого сплаву ВК8 приймаємо рівним параметру шорсткості Rz [6]. Значення
коефіцієнта k візьмемо з роботи [7] (табл. 1).
Рисунок 3 - Схема до визначення товщини зрізу
Експлуатаційні властивості деталей значною
мірою залежать від якості поверхневого шару. Одним з головних показників, що забезпечує якість
оброблюваної деталі, є відсутність фазово-структурних перетворень, припалів та тріщин в матеріалі
поверхневого шару, поява яких, найчастіше, обумовлена зростанням температури в зоні різання до
критичного значення - Ткр. Саме тому, потрібно визначити силу підтиску зразка до РПК по критичній
температурі на поверхні зразка, що оброблюється, використавши її критичне значення, яке обмежене
відсутністю тріщин у оброблюваному шарі.
Температуру на поверхні зразка розрахуємо з використанням методу джерел тепла [8, 9]. Згідно з нею,
класифікуємо зразок, як напівобмежений стрижень з джерелом тепла постійної дії. Для випадку, коли
визначається температура на торці стрижня, розрахункова формула має вигляд:
Висновки:
запропонована методика визначення сили підтиску зразка до РПК з умов відсутності окислення алмазів та
умов відсутності утворення дефектів на поверхні зразка із твердого сплаву ВК8 забезпечує максимальну
продуктивність оброблення по лімітуючому обмеженню, яке накладається вимогами до якості обробленої поверхні;
запропонована методика в подальшому буде використана для визначення режимів оброблення твердого
сплаву при шліфуванні за пружною схемою зі збільшеними дугами контакту круга із зразком.
СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ
1. Синтетические алмазы в машиностроении/ Под.ред. В.Н.Бакуля. – К.:Наукова думка, 1976. – 352с.
2. Киселева П.Н. Технические алмазы. - М.:Недра, 1964. – 156с.
3. Справочник по алмазной обработке металлорежущего інструмента. Бакуль В.Н.,
Захаренко И.П. и др. – М.:Техника, 1971. – 208с.
4. Рєзников А.Н. Теплофизика резания. – М.:Машиностроение, 1969. – 288с.
5. Матюха П.Г. Научные основы стабилизации выходных показателей алмазного
шлифования с помощью управляющих воздействий на рабочую поверхность круга. Автореф. дис….
докт. техн. наук: 050301/ Харьков: ХГПУ, 1996. – 45с.
6. Гриньов А.А. Повышение эффективности алмазного шлифования
труднообрабатываемых инструментальных сталей при обработке с увеличенными дугами
контакта круга с заготовкой. Дис…. канд. техн. наук: 050301 – Донецк: ДонНТУ, 2005. – 222с.
7. . Матюха П.Г., Цокур В.П., Стрелков В.Б. Исследование влияния марки обрабатываемого
материала на параметр шероховатости обработанной поверхности./ Прогрессивные технологии и системы
машиностроения. Междунар. сб. науч. трудов. – Донецк: ДонНТУ, 2003. Вып. 24. – С.98-102.
8. Резников А.Н., Резников Л.А. Основы расчета тепловых процессов в
технологических системах. Учебное пособие. – Куйбышев: КуАИ, 1986. – 153с.
9. Резников А.Н. Теплофизика процессов механической обработки материалов. –
М.:Машиностроение, 1981. – 279с.
10. Сипайлов В.А. Тепловые процессы при шлифовании и управлении качеством поверхности.
– М.: Машиностроение, 1978. – 167с.