АВТОРЕФЕРАТ ЗА ТЕМОЮ МАГІСТЕРСЬКОЇ РОБОТІ
"ДОСЛІДЖЕННЯ МЕТОДУ ВИПРАВЛЕННЯ ШЛІФУВАЛЬНІХ КРУГІВ ВІЛЬНИМ АБРАЗИВОМ"
Студента групи МВС-01а Савельєва В.В.
Донецьк, ДонНТУ 2006

---

Метод виправлення абразивних інструментів вільним абразивом був розроблений на кафедрі "Металорізальні верстати і інструменти" Донецького національного технічного університету в 1981 році групою вчених під керівництвом В.В. Бурмистрова.

Надалі  на базі ДонНТУ був розроблений іспитовий стенд, пристрій для виправлення шліфувальних кіл вільним абразивом, проводилися дослідження різного характеру по даній темі. На жаль, даний спосіб впливу на РПК не був впроваджений у виробництво, у силу недостатньої вивченості і складності технічного оснащення.

Виправлення - це процес впливу на робочу поверхню шліфувальних кіл  з метою відновлення його  здібностей різати і необхідної геометрії ріжучих  поверхонь.

Процес шліфування супроводжується безліччю інших процесів, як сприяючих одержанню високої якості оброблюваної поверхні, так і навпаки,  погіршуючих її властивості.

Для кращого розуміння фізичної природи шліфування і необхідності виправлення шліфувальних кіл необхідно мати повну інформацію про особливості процесу різання при шліфуванні, представлену в наступних розділах.

 

 Особливості процесу різання при шліфуванні

 

Шліфування забезпечує одержання високої чистоти обробленої поверхні і високої точності розмірів оброблюваних деталей. Шліфування виконується абразивними інструментами. Абразивний інструмент являє собою тверде тіло, що складається з зерен абразивного (шліфувального) матеріалу, скріплених між собою зв'язуванням. Значну частину обсягу абразивного інструмента займають повітряні пори. Абразивні інструменти в переважній більшості використовуються у виді шліфувальних кіл різноманітної форми. Крім того, вони можуть використовуватися у виді брусків, шкурок, паст і порошків.

 

Рис.1 Схема різання і розташування абразивних зерен, пір і зв'язування в абразивному  інструменті при шліфуванні.

 

Процес різання при шліфуванні можна розглядати як фрезування багатозубою фрезою з високою швидкістю. Кожне одиничне абразивне зерно являє собою  лезо, що ріже, з випадковими геометричними параметрами, що залежать не тільки від форми зерна, але і від положення його в абразивному інструменті. На рис.1 видно, що найбільший, негативний передній кут мається на зернах зі сферичною поверхнею.

Кожне одиничне зерно зрізує стружку дуже малого перемінного перетину. Оброблена поверхня утвориться в результаті сукупної дії великого числа абразивних зерен, розташованих на  поверхні абразивного інструмента, що ріже. Що зрізується в процесі роботи кола стружка розташовується в порах між зернами. Нагріта до високої температури, близької до температури плавлення оброблюваного матеріалу, і  стружка, що розм'якшилася, забиває пори і налипає на поверхню кола, відбувається так називане "засолювання" його. При цьому  здатність шліфувального кола різати різко падає, погіршується чистота і якість обробленої поверхні. Для відновлення  здатності кола різати виробляється його виправлення, при якій за допомогою правочных роликів або алмазних "олівців" з частини кола  віддаляється поверхневий шар що затупилися і засалилися зерен.

 

Обгрунтування необхідності виправлення шліфувальних кругів

 

Добре відомо, що шліфувальне коло є різальним інструментом, що у процесі шліфування самозагострюється в тім або іншому ступені шляхом часткового або повного випадання  абразивних зерен, що затупилися, з'єднаних між собою відносно більш м'яким матеріалом - зв'язкою. При шліфуванні  ребра абразивних зерен, що ріжуть, які беруть участь у процесі різання, починають поступово затуплюватися; при цьому сили різання, що діють на ці зерна, збільшуються; ребра абразивних зерен починають ламатися  вроздріб або зерна випадають цілком. У більшості випадків відбувається процес дроблення зерна, і розколювання його на більш дрібні частини.

Властивості шліфувального кола затуплюватися або самозагострюватися залежать від твердості сполучного матеріалу кола, фізичних властивостей матеріалу  деталі, що шліфується, і абразивних зерен, а також режимів шліфування.

У практиці спостерігається, що в процесі шліфування самозагострювання шліфувального кола не забезпечує збереження геометричних розмірів, мікропрофілю і  властивостей його робочої поверхні.

Існують дві можливі причини, що викликають необхідність виправлення шліфувального кола. Перша полягає в тім   що у шліфувального кола змінюються геометричні розміри і мікропрофіль робочої поверхні внаслідок нерівномірного видалення  зі зв'язки абразивних зерен, викликаного нерівномірним їхнім розташуванням, неоднаковою гостротою ребер, що ріжуть, і різною міцністю з'єднання окремих зерен зі зв'язкою і т.д.  Друга причина полягає в тім, що шліфувальне коло втрачає  здатність різати унаслідок затуплення ребер абразивних зерен, і заповнення порожнин кола дрібними частками матеріалу, що шліфується, і абразивним пилом, у результаті чого шліфувальний коло перестає ефективно різати. Подальша робота вимагає збільшення тиску шліфувального кола на  деталь, що небезпечно не тільки для деталі, але і для кола, тому що останній унаслідок тертя ковзання, що збільшується, викликає велике виділення тепла, перегрівається і може зруйнуватися навіть при незначному охолодженні. Так, наприклад, таке явище спостерігається при переході від сухого шліфування до шліфування з охолодженням, при впливі на шліфувальне коло струменя холодного повітря при його зупинці.

Спостереження  за зносом абразивних зерен, починаючи з моменту виправлення кола до його повного затуплення, показали, що знос робочої поверхні кола характеризується двома періодами. У перший період, тобто  на самому початку шліфування, відбувається відколювання, і навіть виривання зі зв'язки окремих неміцно закріплених абразивних зерен. Зазначений процес створює порівняно інтенсивний знос кола в цей період його роботи.

 

Другий період шліфування супроводжується стабілізацією процесу зносу робочої поверхні кола. У цей період відколювання і виривання цілих зерен, як правило, не спостерігається, а відбувається поступове затуплення первісне гострих зерен. Після визначеного часу роботи кола відбувається остаточне "згладжування" його робочої поверхні, у результаті чого між кругом і  деталлю, що шліфується, відбувається тертя ковзання.

Звичайне затуплення шліфувального кола на операціях чистового шліфування деталей з подовжньою подачею починається з його робочої крайки і є основною причиною утворення прижогов на  поверхні деталі.

 

Таким чином, шліфувальне коло, як і інші інструменти, завжди необхідно підтримувати в працездатному стані з правильною геометричною формою і відповідним мікропрофілем робочої поверхні, що володіє високою  здатністю, що ріже, що досягається за допомогою періодичного виправлення їхніми інструментами, вибір яких визначається, умовами роботи й особливостями різних правлячих інструментів.

У зв'язку з тим, що найбільша частина шліфувального кола витрачається в процесі виправлення,   величина шару абразива, що знімається правлячим інструментом, повинна бути мінімальної. У виробничих умовах величина цього шару визначається в більшості випадків не умовами технічної необхідності, а кваліфікацією робітника шлифовальщика. Звичайно товщина шару, що знімається, встановлюється в кілька разів більше, ніж це необхідно для відновлення робочої поверхні кола.

Дослідженнями,  проведеними Всесоюзним науково-дослідним інститутом абразивів і шліфування, установлено, що  здатність шліфувального кола, цілком відновлюється при зніманні з робочої поверхні кола, що затупилася, шару абразиву розмірами 0,08 мм. При цьому відновлюється не тільки  здатність різати, але і форма кола.

Збільшення  шару, що знімається, при виправленні не дає підвищення стійкості шліфувального кола, а лише збільшує непродуктивні його витрати, унаслідок чого на ряді підприємств коефіцієнт використання шліфувальних кіл безпосередньо на процес шліфування складає близько 7% інша ж частина кола витрачається на виправлення.

 

 

3. Сутність процесу виправлення шліфувальніх кругів вільним абразивом

 

Серед різних способів   виправлення  абразивних інструментів можна виділити  виправлення   шліфувального   кола   вільним   абразивом, що полягає в наступному:

 

Рисунок 2 - Схема виправлення шліфувальних кіл вільним абразивом

 

До шліфувального колу 1, яке обертається на робочій швидкості, підводять до торкання притир 2, подовжня вісь якого нахилена під кутом a у межах від 20 до 60° до вектора швидкості кола 1 у точці торкання його з притиром. Притиру задають зворотно-поступальний рух уздовж утворюючого інструмента.

У зону контакта інструмента і притира подають вільний абразив, що шляхом шаржування в притирі і перекочування по поверхні контакту в напрямку вектора швидкості вишліфовує матеріал притира і зв'язки інструмента. Інтенсивність шліфування зв'язки інструмента і матеріалу притира визначається розміром абразивних часток і величиною зазору між інструментом і притиранням. У свою чергу зазор у процесі виправлення формується автоматично шляхом правильного призначення подачі притира й умов захоплення вільного абразиву.

Таким чином, подача притира до інструмента з заданими швидкістю і напрямком необхідна для компенсації зносу притира під час виправлення і для забезпечення необхідного зазору в зоні контакта інструмента і притира.

Вільний   абразив  беруть розміром, рівним 0.6-0.9 розміру зерен абразивного інструмента, і подають його у виді суміші, що містить у собі глину і воду в наступному  відношенні компонентів мас:   абразив   46,0-50,0%; глина 23,0-27,0%; вода - інше.

 Задачі роботи, передбачувана наукова новизна, планований результат і перелік розв'язуваних задач.

 

Задачі передбачуваної роботи полягають у дослідженні процесів, що відбуваються під час виправлення алмазних шліфувальних кіл вільним абразивом і встановленні залежностей між параметрами і режимами виправлення і стійкістю і  здатністю алмазного зерна різати, з метою вибору найбільш раціональних режимів за критерієм найкращої продуктивності і найменшої собівартості обробки.

Передбачувана наукова новизна полягає в одержанні залежностей і розробці рекомендацій із застосування методу виправлення шліфувальних кіл вільним абразивом.

 

У результаті досліджень і теоретичних розрахунків передбачається одержати такі режими (частота обертання кола, швидкість подачі вільного абразиву, частота осцилляции притира, зернистість вільного абразиву та ін.) виправлення, що дозволять збільшити період стійкості алмаза в зв'язуванні, підвищити його  здатність різати, що приведе до значної економії часу обробки, підвищенню якості оброблюваної поверхні, і як наслідок - зниження матеріальних витрат на процес обробки шліфуванням.

 

Основними задачами, розв'язуваними в даній роботі, є:

-        визначення найбільш раціональної частоти обертання шліфувального кола в процесі виправлення;

-        визначення найбільш раціональної швидкості подачі абразивної суміші;

-        визначення найбільш раціональної частоти осцилляции притира щодо шліфувального кола.

 

Серед другорядних розв'язуваних задач можна виділити:

-        вивчення й удосконалення іспитового стенда для виправлення шліфувальних кіл вільним абразивом;

-        внесення змін у методику виправлення, тобто дослідження складу абразивної суміші з можливою заміною її компонентів з метою спрощення системи подачі вільного абразиву;

 

На даній стадії вивчення вищевикладених проблем йде підготовка іспитового стенда до проведення експериментів, його настроювання і часткове внесення змін у конструкцію.

 

 

4. Аналіз знайдених джерел і ресурсів Інтернет за  темою  магістерської дисертації

 

 Як уже було згадано раніше, спосіб виправлення шліфувальних кіл вільним абразивом був розроблений на кафедрі "Металорізальні верстати" ДонНТУ й оформлений у виді патента або авторського свідоцтва.

У даному авторському свідоцтві [1] представлений опис методу виправлення шліфувальних кіл вільним абразивом, опис технічного оснащення, приведені дані по ефективності його застосування.

 

Наступна робота "Способ правки абразивного инструмента" [2] присвячена питанням обґрунтування економічної ефективності способу виправлення шліфувальних кіл вільним абразивом, а також дослідженням з розробки раціонального складу абразивної суміші, застосовуваної при виправленні. У роботі представлений перелік вимог, пропонованих до абразивної суміші, описаний вплив процентного співвідношення різних її компонентів на ефективність виправлення шліфувальних кіл на металевому зв'язуванні. Застосування приведеного в роботі складу суспензії дозволило при незначних витратах часу на виправлення і мінімальну витрату алмазоносного шару в процесі виправлення збільшити кількість пластин, що випускаються між виправленнями, на 50% при поліпшенні якості оброблюваної поверхні в 1,5 рази.

 

"Знакомство с основными возможностями шлифования, особенностями подготовки инструмента и повышения его эффективности во время работы" [3].

Дана стаття містить загальну інформацію про процес шліфування, застосовуваних інструментах, особливостях його вибору в конкретній ситуації.

Приділено увагу типам застосовуваних абразивних матеріалів таким як оксид алюмінію, карбід кремнію, нітрид бора, природні і синтетичні алмази. Для полегшення вибору того або іншого абразивного матеріалу для різних цілей приведена таблиця, що показує можливість їхнього ефективного застосування.

Далі розглянуті можливі види зв'язування шліфувальних кіл, особливості вибору типу зв'язування для обробки різних матеріалів у залежності від точності устаткування й інших умов.

Що стосується виправлення, то в даній статті дана сама загальна інформація про цей процес: дане визначення виправлення, задачі, можливості і можливі результати.

 

«Правящий инструмент нового поколения «Алтекс» [4].

Ця стаття носить рекламний характер, але проте вона цікава з погляду  представлених у ній нововведень.

 Завдяки сполученню оптимальних властивостей використовуваних матеріалів, оригінальних запатентованых конструкції і технології виготовлення, правлячі олівці, оснащені "АЛТЕКСОМ", у 2-2,5 рази перевершують по економічній ефективності олівці, оснащені великими природними алмазами, практично не уступаючи їм по зносостійкості і питомій продуктивності, при цьому підвищують чистоту обробки, а також стабільність виправлення і розмірну стійкість завдяки сталості перетину полікристала. Форма і розміри робочих елементів з "Алтекса" дозволяють виготовляти олівці у виконанні "Ц" - ланцюжок, "ГР" - гребінка, "З" - шаровані.

У документі представлені ескізи і фотографії розроблених правлячих олівців, типорозміри і маркірування. 

 

"Правка роликами с применением ЧПУ" [5].

Стаття присвячена реалізації процесу виправлення шліфувальних кіл на верстатах з числовим програмним керуванням (ЧПК). Проілюстровано інструменти, що застосовуються при даному способі виправлення, варіанти розташування алмазів і ін.

Виправлення шліфувальних кіл по циклах ЧПК з застосуванням  алмазних роликів, що обточують, дозволяє використовувати той самий  варіант ролика на операціях фасонного шліфування при обробці деталей різної форми. При цьому точне настроювання процесу виправлення значно прискорене і спрощена завдяки можливості введення робочих параметрів процесу через систему ЧПК.

 

" Ролики алмазные правящие типа АПР " [6].

Сайт присвячений продукції і розробкам інституту порошкової металургії республіки Бєларусь. Зокрема, по цікавлячій нас темі представлена розробка правлячого алмазного ролика для високошвидкісного виправлення при виготовленні деталей методом врізного шліфування.

Представлено техніко-економічні показники, область застосування, переваги і недоліки винаходу.

 

" Харьковский станкостроительный завод им. С.В. Косиора " [7].

Сайт містить опис  продукції, що випускається, у тому числі і шліфувальних верстат. Дана інформація цікава в тіму плані, що на нових моделях шліфувальних верстатів, представлених на сайті заводу, передбачається можливість встановлення пристроїв виправлення різної конфігурації.

 

«Лекция 18. Шлифование» [8].

У даній статті представлена інформація про особливості процесу різання при шліфуванні, роботі одиничного зерна, про типи абразивного інструмента і їхньому маркіруванню, представлені основні розрахунки параметрів режимів різання при шліфуванні.

У розділі "особливості процесу різання" представлена цікава інформація з будівлі шліфувального кола, розташуванню пір, абразивних зерен, зв'язування і продуктів обробки при засолюванні робочої поверхні кола.

У розділі "робота одиничного зерна" розглянуті питання стійкості абразивних зерен, залежності якості обробленої поверхні від параметрів зернистості, розрахунок сил різання, що приходяться на зерно і т.д.

 

Наступні підручники по виправленню шліфувальних кіл  [9, 10, 11, 12] містять найбільш наближену інформацію до теми  "виправлення шліфувальних кіл вільним абразивом".  У  даній літературі добре описані методи виправлення шліфувальних кіл, такі як: виправлення шліфуванням, метод обточування, метод обкатування та ін. Однак ніде нічого не сказано про метод виправлення шліфувальних кіл вільним абразивом. Проте, на основі представленої інформації можна робити якісь висновки стосовно згаданої теми роботи.

У літературі приведені порівняльні дані  по ефективності виправлення шліфувальних кіл різними методами й інструментами, описаний механізм зносу і стійкість шліфувального кола при виправленні різними методами, дані загальні рекомендації з вибору правлячих інструментів, обґрунтована необхідність виправлення й актуальність теми.

 

Виходячи з аналізу матеріалів, знайдених в Інтернет, крім досліджень, проведених у стінах ДонНТУ, даним питанням ніде не займалися.

 Основна увага наукових досліджень по виправленню шліфувальних кіл на території СНД спрямована на виправлення алмазними олівцями, ще менш на виправлення твердосплавними дисками.

Було знайдено досить багато довідкової інформації з типів шліфувальних кіл, застосовуваних на виробництві, описані можливі комбінації зв'язування й абразивного матеріалу, їхні властивості.

 

 

Висновки

 

Метод виправлення шліфувальних кіл вільним абразивом на сьогоднішній день є перспективним процесом впливу на робочу поверхню шліфувальних кіл. Для можливості його впровадження у виробництво  і залучення уваги до цієї розробки необхідні додаткові дослідження й удосконалення процесу, що допоможуть підвищити продуктивність алмазної обробки, зменшити її собівартість і збільшити якість продукції, одержуваної шліфуванням. Для цього необхідно вирішити ряд задач практичного і теоретичного плану, яким і присвячена дана робота.

 

 

 

Перелік використаної літератури

 

1. В.В. Бурмистров, А.Д. Хроменко, В.М. Гомон, В.Н. Дубовик. Способ правки шлифовального инструмента свободным абразивом. Авторское свидетельство СССР №967784, кл. В 24 В53/013. Донецкий политехнический институт, 1981. – 6с.

 

2. Калафатова Л. П., Поезд С. А. Шевченко В. А. "Способ правки абразивного инструмента". Опубликована: Современные металлорежущие системы машиностроения / Материалы 5-й Всеукраинской студенческой конференции. Выпуск 5-й. - Донецк: ДонНТУ, 2004. - 179с.

 

3. «Знакомство с основными возможностями шлифования, особенностями подготовки инструмента и повышения его эффективности во время работы», Ростов На Дону. – 2003, (материалы электронной библиотеки).                              

 

4. «Правящий инструмент нового поколения «Алтекс». Киев. – 2004

http://www.ism.kiev.ua/site/tools/russ/pravka.html

 

5. «Правка роликами с применением ЧПУ» Dr. Kaiser Diamantwerkzeuge,

Москва – 2005.

http://www.drkaiser.de/ru/produkte/cnc-abrichter.htm

 

6. Звонарев Е.В. «Ролики алмазные правящие типа АПР». Национальная академия республики Беларусь. Белорусский государственный научно-производственный концерн порошковой металлургии. Минск - 2004.

http://www.pmi.basnet.by/produce/31.php

 

7. «Харьковский станкостроительный завод им. С.В. Косиора». Харьков - 2002

http://harverst.com.ua/about.html

 

8. Ивличев П.Л. «Лекция 18. Шлифование» МГТУ им. Баумана М.:1999 (материалы электронной библиотеки)

 

9. Безалмазная правка шлифовальных кругов. / С.Г. Берлин, Д.С. Девятов, П.П. Афанасьев и др. – М.: Машгиз, 1942. – 140с.

 

10. Романов В.Ф., Авакян В.В. Технология алмазной правки шлифовальных кругов. – М.: Машиностроение, 1980. – 119с.

 

11. Мишнаевский Л.Л. Износ шлифовальных кругов / Ответ. Ред. И.П. Захаренко – К.: Наукова думка, 1982. – 189с.

 

12. Правка шлифовальных кругов алмазными инструментами и заменителями алмазов. Под ред. канд. тех. наук А.Ф. Несмелова. М., Машгиз 1960. – 104с.