"ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДА ПРАВКИ ШЛИФОВАЛЬНЫХ КРУГОВ СВОБОДНЫМ АБРАЗИВОМ"
Студента группы МС-01а Савельева В.В.
Донецк, ДонНТУ 2006
Способ правки абразивных инструментов
свободным абразивом был разработан на кафедре «Металлорежущие станки и инструменты»
Донецкого национального технического университета в 1981 году группой ученых
под руководством В.В. Бурмистрова.
В дальнейшем на базе ДонНТУ был разработан
испытательный стенд, устройство для правки шлифовальных кругов свободным
абразивом, проводились исследования различного характера по данной теме. К
сожалению, данный способ воздействия на РПК не был внедрен в производство, в
силу недостаточной изученности и сложности технического оснащения.
Правка - это процесс воздействия на рабочую поверхность
шлифовальных кругов с целью
восстановления его режущих способностей и требуемой геометрии режущих
поверхностей.
Процесс шлифования сопровождается рядом других
процессов, как благоприятствующих получению высокого качества обрабатываемой
поверхности, так и наоборот, ухудшающих ее свойства.
Для лучшего понимания физической природы шлифования
и необходимости правки шлифовальных кругов необходимо иметь полную информацию
об особенностях процесса резания при шлифовании, представленную в следующих
разделах.
Особенности процесса
резания при шлифовании
Шлифование обеспечивает получение высокой чистоты
обработанной поверхности и высокой точности размеров обрабатываемых деталей.
Шлифование выполняется абразивными инструментами. Абразивный инструмент
представляет собой твердое тело, состоящее из зерен абразивного (шлифовального)
материала, скрепленных между собой связкой. Значительную часть объема
абразивного инструмента занимают воздушные поры. Абразивные инструменты в
подавляющем большинстве используются в виде шлифовальных кругов разнообразной
формы. Кроме того, они могут использоваться в виде брусков, шкурок, паст и
порошков.
Рис.1 Схема резания и расположения абразивных зерен, пор и связки в
абразивном инструменте при шлифовании.
Процесс резания при шлифовании можно рассматривать
как фрезерование многозубой фрезой с высокой скоростью. Каждое единичное
абразивное зерно представляет собой режущее лезвие со случайными
геометрическими параметрами, которые зависят не только от формы зерна, но и от
положения его в абразивном инструменте.
Каждое единичное зерно срезает стружку очень малого
переменного сечения. Обработанная поверхность образуется в результате
совокупного действия большого числа абразивных зерен, расположенных на режущей
поверхности абразивного инструмента. Срезаемая в процессе работы круга стружка
располагается в порах между зернами. Разогревшаяся до высокой температуры,
близкой к температуре плавления обрабатываемого материала, и размягчившаяся
стружка забивает поры и налипает на поверхность круга, происходит так
называемое «засаливание» его. При этом режущая способность шлифовального круга
резко падает, ухудшается чистота и качество обработанной поверхности. Для
восстановления режущей способности круга производится его правка, при которой с
помощью правочных роликов или алмазных «карандашей» с режущей части круга
удаляется поверхностный слой затупившихся и засалившихся зерен.
Обоснование необходимости
правки шлифовальных кругов
Хорошо известно, что шлифовальный круг является
режущим инструментом,
который в процессе шлифования самозатачивается в той или иной степени путем частичного или полного
выпадения
затупившихся абразивных зерен, соединенных между собой относительно более мягким
материалом - связкой. При шлифовании режущие ребра абразивных зерен, участвующих в процессе резания, начинают постепенно
затупляться; при этом силы резания, действующие на эти зерна,
увеличиваются; ребра абразивных зерен начинают ломаться
по частям или зерна выпадают целиком. В большинстве случаев происходит процесс
дробления зерна, и
раскалывания его на более мелкие части.
Свойства шлифовального круга
затупляться или самозатачиваться зависят от твердости связующего материала круга, физических свойств материала шлифуемой
детали и абразивных зерен, а также режимов шлифования.
В практике наблюдается, что в процессе шлифования
самозатачивание
шлифовального круга не обеспечивает сохранения геометрических размеров, микропрофиля и режущих свойств
его рабочей поверхности.
Существуют две возможные
причины, которые вызывают необходимость
правки шлифовального круга. Первая заключается в том, что у шлифовального круга изменяются геометрические
размеры и микропрофиль рабочей поверхности вследствие неравномерного удаления из связки абразивных зерен, вызываемого
неравномерным их
расположением, неодинаковой остротой их режущих ребер и различной прочностью соединения отдельных
зерен со связкой
и т. д. Вторая причина заключается в том, что шлифовальный круг теряет режущую
способность вследствие затупления режущих ребер абразивных зерен и заполнения пор круга мельчайшими
частицами шлифуемого материала и абразивной пылью, в результате чего шлифовальный круг
перестает эффективно резать. Дальнейшая
работа таким кругом требует увеличения давления шлифовального круга на шлифуемую
деталь, что опасно не только для детали,
но и для круга, так как последний вследствие увеличивающегося трения скольжения,
вызывающего большое выделение тепла, перегревается и может разрушиться даже при незначительном
охлаждении. Так, например, такое явление наблюдается при переходе от сухого
шлифования к шлифованию с охлаждением, при воздействии на шлифовальный круг
струи холодного воздуха при его остановке.
Наблюдения за износом абразивных зерен, начиная с
момента правки
круга до его полного затупления, показали, что износ рабочей поверхности круга
характеризуется двумя периодами. В первый период, т. е. в самом начале шлифования, происходит
откалывание, и даже вырывание из связки
отдельных непрочно закрепленных абразивных зерен. Указанный процесс создает сравнительно
интенсивный износ
круга в этот период его работы.
Второй период шлифования сопровождается
стабилизацией процесса износа рабочей поверхности круга. В этот период откалывания и вырывания
целых зерен, как
правило, не наблюдается, а происходит постепенное затупление первоначально острых зерен. После
определенного времени
работы круга происходит окончательное «сглаживание» его рабочей поверхности, в
результате чего между кругом и шлифуемой деталью происходит трение скольжения.
Обычно затупление шлифовального
круга на операциях чистового
шлифования деталей с продольной подачей начинается с его
рабочей кромки и
является основной причиной образования прижогов на шлифуемой поверхности
детали.
Таким образом, шлифовальный круг, как и другие
режущие, инструменты,
всегда необходимо поддерживать в работоспособном состоянии с правильной геометрической формой и
соответствующим микропрофилем рабочей
поверхности, обладающей высокой режущей способностью, что достигается посредством периодической
правки их
инструментами, выбор которых определяется, условиями работы и особенностями
различных правящих инструментов.
В связи с тем, что наибольшая
часть шлифовального круга расходуется в процессе правки,
величина слоя абразива, снимаемого правящим инструментом, должна быть минимальной. В
производственных условиях величина
этого слоя определяется в большинстве случаев не условиями технической необходимости, а
квалификацией рабочего
шлифовальщика. Обычно толщина снимаемого при правке слоя устанавливается в несколько раз большей, чем
это необходимо для
восстановления рабочей поверхности круга.
Исследованиями, проведенными Всесоюзным
научно-исследовательским институтом абразивов и шлифования (ВНИИАШ), установлено, что режущая способность шлифовального
круга полностью
восстанавливается при съеме с затупившейся рабочей поверхности круга слоя
абразива величиной 0,08 мм. При этом восстанавливается не только режущая способность,
но и форма круга.
Увеличение снимаемого слоя при правке не дает повышения
стойкости шлифовального круга, а лишь увеличивает непроизводительный его расход, вследствие чего
на ряде
предприятий коэффициент использования шлифовальных кругов непосредственно на процесс
шлифования составляет около 7%. остальная же часть круга расходуется на правку.
Сущность процесса правки
шлифовальных кругов свободным абразивом
Среди различных способов правки абразивных
инструментов можно выделить правку шлифовального круга свободным абразивом, который заключается в следующем:
Рисунок 2 – Схема правки шлифовальных кругов свободным абразивом
К
вращающемуся на рабочей скорости кругу (инструменту) 1 подводят до касания притир 2, продольная ось
которого наклонена под углом a в пределах от 20 до 60° к вектору
скорости круга 1 в точке касания его с притиром. Притиру задают возвратно-поступательное движение вдоль
образующей инструмента.
В
зону контакта инструмента и притира подают свободный абразив, который путем шаржирования
в притире и перекатывания по поверхности контакта в направлении вектора
скорости вышлифовывает материал притира и связки инструмента. Интенсивность
шлифования связки инструмента и материала притира определяется
размером, подаваемых абразивных частиц и величиной
зазора между инструментом и притиром. В свою очередь зазор в процессе правки
формируется автоматически путем правильного назначения подачи притира
и условий захвата свободного абразива.
Таким
образом, подача притира к инструменту с заданными скоростью и направлением
необходима для компенсации износа притира во время правки и для
обеспечения требуемого
зазора в зоне контакта инструмента и притира.
Свободный абразив
берут размером, равным 0.6-0.9 размера зерен абразивного инструмента, и
подают его в виде суспензии, которая содержит в себе глину и воду в следующем отношении компонентов масс: абразив
46,0-50,0%; глина 23,0-27,0%; вода – остальное.
Цели и задачи работы, предполагаемая научная новизна, планируемый
результат и перечень решаемых задач.
Цели и задачи предполагаемой работы заключаются в исследовании
процессов, происходящих во время правки алмазных шлифовальных кругов свободным
абразивом и установлении зависимостей между параметрами и режимами правки и
устойчивостью и режущей способностью алмазного зерна с целью выбора наиболее
рациональных режимов по критерию наилучшей производительности и наименьшей
себестоимости обработки.
Предполагаемая научная новизна состоит в получении
зависимостей и разработке рекомендаций по применению метода правки шлифовальных
кругов свободным абразивом.
В результате опытов и теоретических
исследований предполагается получить такие режимы (частота вращения круга,
скорость подачи свободного абразива, частота осцилляции притира, зернистость
свободного абразива и др.) правки, которые позволят увеличить период стойкости
алмаза в связке, повысить его режущую способность, что приведет к значительной
экономии времени обработки, повышению качества обрабатываемой поверхности, и
как следствие – снижение материальных затрат на процесс обработки шлифованием.
Основными задачами, решаемыми в данной
работе, являются:
-
определение наиболее рациональной частоты
вращения шлифовального круга в процессе правки;
-
определение наиболее рациональной скорости
подачи абразивной смеси;
-
определение наиболее рациональной частоты
осцилляции притира относительно шлифовального круга.
Среди второстепенных решаемых задач можно
выделить:
-
изучение и усовершенствование испытательного
стенда для правки шлифовальных кругов свободным абразивом;
-
внесение изменений в методику правки, т.е. исследование
состава абразивной смеси с возможной заменой ее компонентов с целью упрощения
системы подачи свободного абразива;
На данной стадии изучения вышеизложенных
проблем идет подготовка испытательного стенда к проведению экспериментов, его
настройка и частичное внесение изменений в конструкцию.
Анализ найденных источников и ресурсов
Интернет по теме магистерской диссертации
Как уже было упомянуто ранее, способ правки
шлифовальных кругов свободным абразивом был разработан на кафедре
«Металлорежущие станки» ДонНТУ и оформлен в виде патента или авторского
свидетельства.
В данном авторском свидетельстве [1]
представлено описание метода правки шлифовальных кругов свободным абразивом,
описание технического оснащения, приведены данные по эффективности его
применения.
Следующая
работа "Способ правки абразивного инструмента" [2] посвящена вопросам обоснования экономической эффективности способа
правки шлифовальных кругов свободным абразивом, а также исследованиям по
разработке рационального состава абразивной смеси, применяемой при правке. В
работе представлен перечень требований, предъявляемых к абразивной смеси,
описано влияние процентного соотношения различных ее компонентов на
эффективность правки шлифовальных кругов на металлической связке. Применение приведенного в
работе состава суспензии разрешило при незначительных затратах времени на
правку и минимальную затрату алмазоносного пласта в процессе правки увеличить
количество пластин, которые выпускаются между правками, на 50% при улучшении
качества обрабатываемой поверхности в 1,5 раза.
«Знакомство
с основными возможностями шлифования, особенностями подготовки инструмента и
повышения его эффективности во время работы»
[3].
Данная статья содержит общую информацию о процессе
шлифования, применяемых инструментах, их особенностях его выбора в конкретной
ситуации.
Уделено
внимание типам применяемых абразивных материалов таким как оксид алюминия,
карбид кремния, нитрид бора, природные и синтетические алмазы. Для облегчения
выбора того или иного абразивного материала для различных целей приведена
таблица, показывающая возможность их эффективного применения.
Далее
рассмотрены возможные виды связки шлифовальных кругов, особенности выбора типа
связки для обработки различных материалов в зависимости от точности
оборудования и прочих условий.
Что
касается правки, то в данной статье дана самая общая информация об этом
процессе: дано определение правки,
цели, возможности и возможные результаты.
«Правящий
инструмент нового поколения «Алтекс» [4].
Эта статья носит рекламный характер, но тем
не менее она интересна с точки зрения представленных в ней новшеств.
Благодаря сочетанию оптимальных свойств используемых материалов, оригинальных запатентованых конструкции и технологии изготовления правящие карандаши, оснащенные "АЛТЕКСом", в 2-2,5 раза превосходят по экономической эффективности карандаши, оснащенные крупными природными алмазами, практически не уступая им по износостойкости и удельной производительности, при этом повышают чистоту обработки, а также стабильность правки и размерную стойкость благодаря постоянству сечения поликристалла. Форма и размеры рабочих элементов из "АЛТЕКСа" позволяют изготавливать карандаши в исполнении "Ц" - цепочка, "ГР" - гребенка, "С" - слоистые.
В документе
представлены эскизы и фотографии разработанных правящих карандашей, типоразмеры
и маркировка.
«Правка
роликами с применением ЧПУ» [5].
Статья
посвящена реализации процесса правки шлифовальных кругов на станках с числовым
программным управлением (ЧПУ). Проиллюстрированы инструменты, которые
применяются при данном способе правки, варианты расположения алмазов и др.
Правка
шлифовальных кругов по циклам ЧПУ с применением обтачивающих алмазных роликов
позволяет использовать один и тот же вариант ролика на операциях фасонного
шлифования при обработке деталей различной формы. При этом точная настройка
процесса правки значительно ускорена и упрощена благодаря возможности ввода
рабочих параметров процесса через систему ЧПУ.
«Ролики
алмазные правящие типа АПР» [6].
Сайт посвящен продукции и разработкам
института порошковой металлургии республики Беларусь. В частности, по
интересующей нас теме представлена разработка правящего алмазного ролика для
высокоскоростной правки при изготовлении деталей методом врезного шлифования.
Представлены технико-экономические
показатели, область применения, достоинства и недостатки изобретения.
«Харьковский
станкостроительный завод им. С.В. Косиора» [7].
Сайт
содержит описание выпускаемой продукции, в том числе и шлифовальных станков.
Данная информация интересна в том плане, что на новых моделях шлифовальных
станков, представленных на сайте завода, предусматривается возможность
установки устройств правки различной конфигурации.
«Лекция 18. Шлифование» [8].
В данной статье представлена информация об
особенностях процесса резания при шлифовании, работе единичного зерна, о типах
абразивного инструмента и их маркировке, представлены основные расчеты
параметров режимов резания при шлифовании.
В разделе «особенности процесса резания»
представлена интересная информация по строению шлифовального круга,
расположению пор, абразивных зерен, связки и продуктов обработки при
засаливании рабочей поверхности круга.
В разделе «работа единичного зерна»
рассмотрены вопросы устойчивости абразивных зерен, зависимости качества
обработанной поверхности от параметров зернистости, расчет сил резания,
приходящихся на зерно и т.д.
Следующие учебники по правке шлифовальных
кругов [9, 10, 11, 12] содержат
наиболее приближенную информацию к теме
«правка шлифовальных кругов свободным абразивом». В
данной литературе хорошо описаны методы правки шлифовальных кругов, такие
как: правка шлифованием, метод обточки, метод обкатки и др. Однако нигде
ничего не сказано о методе правки шлифовальных кругов свободным абразивом. Тем
не менее, на основе представленной информации можно делать какие-то выводы
применительно к упомянутой теме работы.
В литературе приведены сравнительные
данные по эффективности правки
шлифовальных кругов различными методами и инструментами, описан механизм износа
и стойкость шлифовального круга при правке различными методами, даны общие
рекомендации по выбору правящих инструментов, обоснована необходимость правки и
актуальность темы.
Исходя из анализа материалов, найденных в
Интернет, кроме исследований, проводимых в стенах ДонНТУ, вопросом правки
шлифовальных кругов свободным абразивом нигде не занимались.
Основное внимание научных исследований по правке шлифовальных
кругов на территории СНГ направлено на правку алмазными карандашами, еще менее
на правку твердосплавными дисками.
Было найдено достаточно много справочной
информации по типам шлифовальных кругов, применяемых на производстве, описаны
возможные комбинации связки и абразивного материала, их свойства.
Заключение
Метод правки шлифовальных кругов свободным абразивом на сегодняшний день является перспективным процессом воздействия на рабочую поверхность шлифовальных кругов. Для возможности его внедрения в производство и привлечения внимания к этой разработке необходимы дополнительные исследования и усовершенствования процесса, которые помогут повысить производительность алмазной обработки, уменьшить ее себестоимость и увеличить качество продукции, получаемой шлифованием. Для этого необходимо решить ряд задач практического и теоретического плана, которым и посвящена данная работа.
Список использованной
литературы
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.