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

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:

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=P_{zk ok}V _k

Доля количества теплоты, поступающего в заготовку, определится по формуле:

Q_з=Qa_в

где a_в – 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 W_уст, 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.