БИБЛИОТЕКА
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА ПОВЕРХНОСТИ
ЗАГОТОВКИ ПРИ ШЛИФОВАНИИ ТВЕРДЫХ СПЛАВОВ
ПО УПРУГОЙ СХЕМЕ
Матюха П.Г., Стрелков В.Б., Габитов В.В.
ИНЖЕНЕР: студенческий научно-технический журнал / Донецк: ДонНТУ, 2007
A method of temperature determination on
the surface of the hard alloy sample while grinding by the resilient scheme has been propounded,
experimen-tal validation of the calculation data has been completed.
Введение
В условиях рыночных отношений обеспечение требуемого
качества является одним из условий выпуска конкурентоспособной продукции. При шлифовании твердых
сплавов качество обработки определяется парамет-рами шероховатости обработанной поверхности и отсутствием
дефектов в виде шлифовочных трещин.
В настоящее время определение температуры на шлифованной по-верхности выполняется экспериментально
[1]. Вместе с тем, предпочти-тельно прогнозировать показатели качества еще на стадии определения режимов
обработки, которые ограничены техническими условиями, нала-гаемыми инструментом и качеством обработанной
поверхности.
Основная часть
Целью работы является определение температуры на
поверхности за-готовки при шлифовании по упругой схеме твердого сплава ВК8 алмазным кругом
1А1 250x76x16x5 АС6 100/80-4-М2-01 при известной силе поджи-ма образца к рабочей поверхности
круга (РПК), найденной из условия от-сутствия окисления алмазных зерен.
Исходными данными для расчета температуры на поверхности
образца являются:
механические режимы шлифования;
физикомеханические свойства обрабатываемого материала и инструмента;
график изменения текущей лимитированной режущей способности круга, по которому находится глубина резания.
При шлифовании по упругой схеме (рис. 1) в зоне
контакта 3 образца 2 с кругом 1 выделится количество теплоты Q, которое распределяется между инструментом,
образцом, стружкой и рабочей средой.
Количество теплоты, выделившееся в зоне резания, равно:
Q=Pzk okV k
Доля количества теплоты, поступающего в заготовку,
определится по формуле:
Qз=Qaв
где aв – коэффициент, показывающий, какая доля теплоты,
выделившейся в зоне резания, поступает в заготовку.
Рисунок 1 - Схема плоского шлифования по упругой схеме
При шлифовании по упругой схеме глубина шлифования t
в процессе работы изменяет свое значение в соответствии с изменением текущей лимитированной
режущей способности круга (рис. 2).
Рисунок 1 - Изменение текущей лимитированной режущей способности круга при обработке твердого
сплава ВК8 кругом марки 1А1 250x76x16x5 АС6 100/80-4-М2-01 по упругой схеме (скорость круга Vк =
35 м/с; продольная скорость стола Vст = 6 м/мин, сила поджима заготовки к РПК Pп = 67 Н) [3]
Для расчета размерной полуширины зоны контакта
воспользуемся установившейся производительностью шлифования Wуст, найденной экспериментально,
при обработке на режимах, обеспечивающих отсутствие окисления алмаза. При этом глубина резания составит:
При плоском шлифовании с продольной скоростью стола
Vст = 0,1 м/с, шириной образца b = 15,7 мм установившаяся производительность шлифования
Wуст = 124 мм3/мин (соответственно t = 1,3x10–6 м); безразмерная полуширина зоны контакта Н = 0,6.
В этом случае
величина максимума температуры на поверхности заготовки и её положение на оси Z неизвестно,
что требует построения графика распределения температуры по поверхности заготовки (рис. 3).
Рисунок 3 - Распределение температуры по поверхности заготовки
из сплава ВК8, соответствующее режиму плоского шлифования
(t = 1,3x10– 6 м, Vд = 0,1 м/с)
Для проверки аналитических расчетов температуры
на поверхности заготовки были выполнены эксперименты на режимах, приведенных в исходных данных
примера расчета.
Измерение температуры осуществляли методом
полуискуственной термопары [1], состоящей из медной проволоки защемленной между частями
обрабатываемого образца из твердого сплава ВК8.
Рисунок 4 - Схема термоблока
Термоблок (рис. 4), состоит из двух половин 2 и 3
образца из твердого сплава ВК8, медной проволоки 4 диаметром 0,2 мм, изолированной
слюдяными прокладками 5 от половинок образца, скрепленных в минитисках 1. Половинки 2, 3
образца изолировались от корпуса минитисков диэлектрическими прокладками 6. Тиски закреплялись
на устройстве для осуществления плоского шлифования по упругой схеме, установленного на плите
станка 3Д711АФ11. Половины образца из твердого сплава и мед-ная проволочка через провода
7 включались в цепь двулучевого электрон-ного осциллографа мод. С8-17, который использовали
для измерения термо-ЭДС, возникающей при шлифовании термоблока. Термоблок изготовлен таким
образом, что плоскость соединения двух половин совпадает с адиабатической поверхностью
температурного поля, которая, в нашем случае, расположена вдоль вектора скорости стола.
Чтобы не было заклинивания в термоблоке холодного спая медной проволоки 4, в нижнюю часть
термоблока устанавливали диэлектрическую прокладку 8. В процессе шлифования медная
проволока наволакивалась на материал термоблока, обеспечивая надежный контакт горячего спая.
Температуру определяли с использованием
тарировочного графика (Рис. 5 а, б), полученного следующим образом. На предварительно
прошлифованную поверхность термоблока в результате чего обеспечивался надежный контакт
медной проволоки с твердым сплавом, устанавливался нагреватель 1 площадь поверхности
контакта которого равнялась средней площади контакта шлифовального круга с образцом.
Температура нагревателя определялась контрольной хромель-копелевой термопарой 2 по
миливольмилиамертметру 3 типа М11-09. Термо-ЭДС полуискуственной термопары «медная
проволока – твердый сплав ВК8» регистрировалась с помощью электронного двулучевого
осциллографа 4 мод. С8-17. Длина проводов, экранированных от наводок, при тарировании и
измерении температуры при шлифовании была одинаковой.
Рисунок 4 - Схема тарирования термопары «твердый сплав ВК8 – медь» (а) и её тарировочный график (б).
При определении температуры на поверхности образца
удобно пользоваться зависимостью:
Т=89Uтб + 104,9,град.
Температуру на поверхности образца из сплава
ВК8 на режимах, приведенных выше, определяли при шлифовании кругом с рельефом,
сформированным электроэрозионной правкой, после двух минут шлифования и после пяти
минут шлифования. Среднюю величину температуры на обработанной поверхности находили по
результатам 5 измерений. Со-ответственно, температура равнялась 479 K, 449 K, 424 K. Как отмечалось выше,
температура на поверхности образца, рассчитанная тео-ретически, равна 495 K и меньше
температуры образования дефектов при шлифовании твердого сплава ВК8. Расхождение теоретически рассчитанной
температуры с экспериментальными значениями находится в пределах 3,2 – 14,3%, что вполне допустимо
для инженерных расчетов.
Выводы
Предложена методика определения температуры на поверхности заготовки при шлифовании по упругой схеме,
когда в процессе обработки глубина резания является переменной.
Расхождения между значениями, найденными экспериментально и теоретическими,
составляют 3,2 – 14,3%, что вполне допустимо для инже-нерных расчетов.
СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ
1. Ящерицын П.И., Цокур А.К., Еременко М.Л. Тепловые явления при шлифовании и
свойства обработанных поверхностей. – Минск: Наука и техника, 1973. – 184с.
2. Сипайлов В.А. Тепловые процессы при шлифовании и управление
качеством поверхности. – М.:Машиностроение, 1978. – 167 с.
3. Стрелков В.Б., Полтавец В.В., Цокур В.П. Влияние времени обработки на
производительность алмазного шлифования по упругой схеме твердых сплавов группы ВК
/Наукові праці Донецького національного технічного універсітету. Серія: Машинобудування
і машинознавство. Вип.71. – Донецьк: ДонНТУ, 2004. – С. 56-62.
4. Матюха П.Г. Научные основы стабилизации выходных показателей алмазного
шлифования с помощью управляющих воздействий на ра-бочую поверхность круга: Автореф.
дис…. докт. техн. наук: 05.03.01 / ХГПУ – Харьков 1996. – 48с.
5. Гриньов А.О. Підвищення ефективності алмазного шліфування важкооброблюваних
інструментальних сталей при обробленні зі збільшеними дугами контакту круга із заготовкою:
Автореф. дис…канд. техн. наук: 05.03.01/ДонНТУ. – Донецьк, 2005. – 18с.
6. Технология шлифования и заточки режущего инструмента/ М.М. Палей, Л.Г.Дибнер,
М.Д. Флид. – М.: Машиностроение, 1988. – 288 с.