Жулин И.С.

Автореферат магистерской работы
"Определение режимов внутреннего шлифования труднообрабатываемых материалов с учетом изменения режущей способности круга"

|Автобиография |Библиотека |Ссылки |Отчет о поиске |Индивидуальное задание|

Введение

Развитие современного машиностроения неизбежно приводит к использованию все более прочных и надежных материалов для производства ответственных деталей, к которым предъявляются жесткие требования как по точности, так по прочности и надежности. Всю эту гамму свойств обеспечивают высокопрочные материалы: жаропрочные и коррозионно-стойкие стали и сплавы, конструкционные стали высокой твердости, твердые сплавы. Однако обработка таких материалов – трудоемкий процесс, что, прежде всего, связано с их высокой твердостью. Поэтому шлифование  таких материалов наиболее оправдано алмазными кругами.

Именно поэтому в настоящий момент стоит задача максимально оптимизировать процесс шлифования таких материалов с целью улучшения качества обработки при снижении себестоимости.

Актуальность

Укоряющееся развитие машиностроения требует применения в наиболее ответственных узлах деталей из высокопрочных материалов для обеспечения надежности машин. Однако жесткая конкурентная борьба заставляет искать пути снижения себестоимости машины или узла, и победителем в этой борьбе станет тот, кто предложит надежную машину за сравнительно небольшие  деньги.

Основным путем повышения надежности деталей является их изготовление из высокопрочных материалов, что кроме высокой цены материалов, сдерживается еще и высокой стоимостью обработки.

Ранее для обеспечения требуемого уровня качества поверхности приходилось назначать режимы резания исходя из усредненных данных о режущей способности круга.

Появление шлифовальных станков с ЧПУ нового поколения помогает решить эту проблему путем назначения глубины шлифования на каждый проход, а для этого необходимо всесторонне исследовать режущую способность круга. При этом назначение глубины резания на каждый проход позволит соблюсти  ограничения по качеству поверхности детали и в то же время в полной мере использовать режущую способность круга. Это в свою очередь, приведет к значительной экономии времени и средств. Именно поэтому определение режимов резания для внутреннего шлифования труднообрабатываемых материалов является актуальной задачей.

Цели:

Целью работы является получение методики определения максимально эффективных режимов резания при внутреннем шлифовании труднообрабатываемых материалов исходя из двух главных критериев: минимальной себестоимости и максимального качества обработанной поверхности. Для этого необходимо:

1 Разработать устройство для упругого внутреннего шлифования

2 Определить необходимую силу поджима образца к кругу

3 Определить режимы электроэрозионных  управляющих воздействий

Научная новизна

Научная новизна работы заключается в разработке методики определения режимов внутреннего шлифования с точки зрения качества обработанной поверхности и тем самым в оптимизации процесса внутреннего шлифования.

Практическая ценность

Проблема высококачественной обработки алмазными кругами на металлических связках в полной мере на практике не решена. Это обусловлено, в первую очередь, низкой стойкостью алмазных кругов на металлической связке при высокопроизводительной обработке из-за их быстрого затупления, засаливания и, как следствие, снижения во время шлифования эффективности работы круга.

внутреннее шлифование (47.3 Кб; 19 кадров; 10 циклов)

Знание закономерностей изменения режущей способности круга позволит устанавливать соответствующие потенциалу круга режимы резания и кроме того, с помощью электроэрозионных управляющих воздействий на рабочую поверхность круга корректировать режущую способность круга.

На практике это позволит оптимизировать процесс внутреннего шлифования таким образом, чтобы снизить долю брака, связанную с некачественной поверхностью (прижоги, термические напряжения) и использовать режущую способность круга в полной мере.

Суть проблемы

Одной из основных областей применения алмазных шлифовальных кругов является обработка высокопрочных труднообрабатываемых инструментальных материалов: быстрорежущих сталей повышенной производительности и твердых сплавов, а также жаропрочных и коррозионно-стойких сталей и сплавов, конструкционных сталей высокой твердости .

На операциях шлифования деталей из этих материалов широко применяются алмазные шлифовальные круги на металлических связках, обеспечивающие снижение расхода дорогостоящих алмазов и высокую производительность обработки за счёт интенсификации силовых параметров процесса.

Однако алмазные круги на металлической связке быстро изнашиваются и засаливаются, так как практически не самозатачиваются. Затупление зерен и засаливание пор приводит к интенсификации силовых характеристик процесса, которые влекут за собой и повышение тепловыделения в процессе шлифования.

Практика показывает, что вследствие весьма интенсивных тепловых процессов в тонких поверхностных слоях заготовки возможно появление так называемых прижогов. Прижоги представляют собой участки в виде пятен или штрихов с измененной структурой металла.

Прижоги в виде штрихов являются следствием высоких локальных температур, возникающих на площадках контакта рабочих зерен круга с заготовкой. Прижоги в виде пятен, как правило, возникают в результате действия высоких температур на всей контактной поверхности инструмента с заготовкой.

Поэтому необходимым является снижение локальных температур, так как наличие прижогов существенно снижает надежность и долговечность деталей машин. Так, наличие прижогов на  боковых поверхностях зубьев шестерен снижает их долговечность в 5-8 раз, а прижоги на беговых дорожках колец подшипников качения снижают долговечность подшипника в 2-3 раза.

Также недопустимым дефектом деталей машин является сетка мелких трещин на шлифованных поверхностях. Эти  трещины возникают в процессе обработки заготовки  или при остывании. Они являются  результатом  напряжений, возникающих в процессе резания, или остаточных напряжений в поверхностном слое заготовки.

Уменьшение тепловыделения при шлифовании возможно следующими путями:

1-  Придание режущим выступам зерен оптимальной  формы при возможно меньшем разбросе геометрических параметров во всей их совокупности.

2-  Поддержание режущих свойств круга в течение возможно более длительного периода времени.

3-  Введение в зону резания дополнительных видов энергии, способствующих снижению прочности срезаемого материала.

Как показывает анализ тенденций развития технологии механической обработки за ближайшие 15-20 лет, одним из направлений совершенствования механической обработки труднообрабатываемых материалов является использование электрофизических методов обработки и ввод дополнительных видов энергии в зону обработки, осуществляемой традиционным методом.

Так, для снижения прочности обрабатываемого материала, используется элетроалмазное шлифование круг на металлической связке и заготовку включают в цепь электрического тока низкого напряжения и высокой плотности.

Эффективность работы шлифовального круга в настоящее время наиболее часто характеризуется коэффициентом шлифования, либо коэффициентом режущей способности. Однако  ни коэффициент шлифования, ни коэффициент режущей способности не позволяют определить условия обработки, которые удовлетворяли бы техническим ограничениям по качеству обработанной поверхности и обеспечивали бы максимальную производительность процесса, и, соответственно, являются косвенными показателями, характеризующими режущие свойства круга для заданной совокупности факторов процесса шлифования. Вследствие этого в настоящее время ведется поиск показателей, которые бы непосредственно характеризовали режущую способность абразивно-алмазного инструмента с учётом динамики её изменения.

Предложено описание процесса алмазного шлифования труднообрабатываемых материалов с использованием нового понятия «текущая лимитированная режущая способность круга».

Текущая лимитированная режущая способность алмазного круга – это объем обрабатываемого материала, удаляемый с заготовки рабочей поверхностью круга (РПК) за единицу времени при условии, что все требования, налагаемые на режим обработки техническими ограничениями, удовлетворены.

Изменение текущей режущей способности круга явным образом проявляется при упругой схеме обработки в виде изменения в ходе процесса фактической глубины резания при условии постоянства остальных элементов режима.

Поэтому для исследования данного показателя при внутреннем шлифовании необходима разработка устройства для обеспечения внутреннего шлифования по упругой схеме.

Получение требуемых параметров качества обработанной заготовки при упругой схеме обработки возможно соблюдением нескольких параметров:

а)  радиальной силы Ру

б)  тангенциальной силы Рz

в)  температуры поверхности заготовки Т

Так как температура поверхности заготовки зависит от силовых факторов, возникающих при шлифовании, то логичным было бы определение сил шлифования, при которых обеспечивается заданное качество заготовки, исходя из температуры в зоне обработки.

Шлифование по упругой схеме характеризуется изменением глубины резания при изменении режущей способности круга. Пользуясь этим, возможно  установить глубину резания, соответствующую режущей способности круга в конкретный момент времени при постоянстве сил резания, а значит, и качестве обработанной поверхности.

Выводы

Таким образом, пользуясь текущей лимитированной режущей способностью круга возможно назначать режимы резания исходя из качества обработанной поверхности и определять момент, когда инструмент необходимо править.

Все это позволит увеличить эффективность использования алмазного круга и тем самым экономить как на времени обработки, так и на инструменте.

Литература:

1. Матюха П.Г., Стрелков В.Б., Полтавец В.В. Определение режимов плоского шлифования твердых сплавов с использованием нового критерия о текущей лимитированной режущей способности круга/ Сверхтвердые материалы. Научно-теоретич. журнал. – Киев: 2004. – № 3. – С. 67-73.

2. Резников А.Н., Резников Л.А. Тепловые процессы в технологических системах: Учебник для вузов по специальности "Технология машиностроения" и "Металлорежущие станки и инструменты". М.: Машиностроение, 1990. - 288 с.: ил.

Английская верcия