М. Г. Подзолков, аспирант
Орловский государственный технический университет


TEMPERATURE AREA ESTIMATION OF THERMAL SOURCE AT LONGITUDINALLY–INTERRUPTED DISCS GRINDING WITH AXIALLY-SHIFTED CUTTING LAYER

M. G. Podzolkov, post-graduate student
Oryol State Tecchnical University


The author presented calculation techniques for thermal area at grinding with longitudinally – interrupted discs with axially – shifted cutting layer.

В металлообработке все больший удельный вес занимает шлифование труднообрабатываемых материалов, при котором серьезную опасность представляют прижоги и другие дефекты в поверхностном слое деталей.

Проблема улучшения качества поверхностного слоя деталей (с точки зрения его физико-механических свойств) в основном решается созданием определенных температурных условий съема припуска за счет оптимального выбора режимов шлифования, соответствующих характеристик инструмента и смазочно-охлаждающих технологических средств.

Однако существующие технологии шлифования не позволяют полностью исключить появление в деталях прижогов, микротрещин и вредных растягивающих напряжений, возникающих в поверхностном слое обработанных деталей. Температуру в зоне обработки можно понизить, если шлифование производить с определенными интервалами, а продолжительность резания между этими интервалами сделать меньше времени теплового насыщения металла и за время смещения зоны резания охладить поверхность детали. Под тепловым насыщением понимается такое состояние поверхности, когда ее температура достигает максимума и сохраняется определенное время. При этом состоянии возможно образование дефектов, ухудшающих эксплуатационные свойства деталей. За счет интервалов смещения зоны резания удается заметно снизить температуру процесса и избежать появления дефектов шлифования.

Поэтому предлагается новый подход к построению тепловой модели от продольно-прерывистого шлифовального круга с аксиально-смещенным режущим слоем, базирующийся на решении трех основных задач:

1. Решение задачи в общем виде, для произвольной трехмерной области в случае движения точечного источника по произвольной траектории. Уравнение решается методом разделения переменных (методом Фурье). Решение уравнения получено в виде собственных функций и коэффициентов модели, позволяющих оценить теплофизическую модель процесса шлифования в случае детали произвольной формы обрабатываемой продольно–прерывистым шлифовальным кругом с аксиально-смещенным режущим слоем.

2. Вторая задача сводится к рассмотрению нагревания цилиндрической детали в случае произвольного движения точечного теплового источника по ее поверхности. Решение данной задачи получается в виде степенного ряда в цилиндрической системе координат, подобно ряду, являющимся решением первой задачи и определяющего движение источника по поверхности цилиндрической детали.

3. Рассматривается третья задача нагревания цилиндрической детали при движении точечного теплового источника, движущегося по гармоническому закону.

Коэффициенты модели определяются методами операционного анализа. При перемещении продольно-прерывистого шлифовального круга с аксиально-смещенным режущим слоем на периоде вращения T_s = 2·p/w_s существует продолжительность теплового контакта t_h, а продолжительность отсутствия нагрева равна: t_c = T_s - t_h.

Численные расчеты показывают, что установившаяся температура зависит от величин t_h и T_s и приближенно равна согласно следующим расчетам:

       (1)

           

Из приведенных ниже формул:

       (2)

       (3)

       (4)

следует, что процесс прерывания контакта шлифовального устройства с деталью приводит к охлаждению детали благодаря теплообмену с внешней средой, т.к. интегралы в формулах (3-4) обращаются в ноль при отсутствии контакта, а функция j_m,n.p (t - t_o) – убывающая функция времени. Следовательно, увеличение расстояния между абразивными дисками способствует меньшему нагреванию детали в процессе шлифования, т.к. при этом увеличивается время прерывания контакта с деталью. Однако при определенном диаметре шлифовального круга увеличение расстояния Dl между центрами абразивных дисков приводит к увеличению величины cosb (т.е. увеличению угла между осью вращения шлифовального круга и плоскостью этого круга). Это приводит к увеличению изгибающего момента, действующего на шлифовальный круг, а так же к увеличению напряжений, действующих на режущие кромки абразивных дисков. Поэтому расстояния между центрами абразивных дисков ограничено вопросами прочности и длительностью эксплуатации шлифовальных устройств.

Рассмотренная методика расчета теплового поля при шлифовании кругами с аксиально - смещенным режущим слоем основана на решении задачи для непрерывно действующего источника тепла при допущении, что за период прерывания процесса температура снижается. В зависимости от угла наклона шлифовального круга температура понижается на 10...40 %, но никогда не достигает исходной. Также нельзя не учитывать частоту вращения круга и температуропроводность материала обрабатываемой детали. Для различных материалов коэффициент температуропроводности различен, следовательно, нужно применять продольно-прерывистые круги с аксиально-смещенным режущим слоем с различными углами наклона.

источник: www.ostu.ru/conf/tech2001/podzolkov

e-mail: admin@ostu.ru

<< вернуться...