Исследование параметров стружки при плоском алмазном шлифовании
Автор:Азарова Н.В., Матюха П.Г., Цокур В.П.
Источник: Наукові праці Донецького національного технічного університету.
Введение
Сведения о размерах единичных срезов, образующихся при шлифовании, необходимы для расчетов нагрузки на единичном зерне, параметров шероховатости обработанной поверхности, температур в зоне обработки, в связи с чем исследуемый вопрос является весьма актуальным для теории шлифования. В силу особенностей рабочей поверхности круга (РПК), заключающихся в отличии геометрических параметров отдельных зерен, их размеров и ориентации, с обрабатываемой поверхности удаляются срезы самых различных конфигураций и размеров. Соответственно при шлифовании образуются и различные виды стружек. В основе их классификации используется форма стружек (ленточная, запятообразная, сегментообразная, промежуточная [1]; волнистая и сферическая [2]), а также особенность их образования (сливная, скалывания, с оплавом, оплавленная, со спеком и спекшаяся [3]). Вместе с тем данные о сопоставлении параметров срезов и стружек в литературе отсутствуют.
Целью работы является оценка сопоставимости параметров среза и параметров стружки, образующейся при алмазном шлифовании.
Основное содержание работы
Поскольку размеры стружек в результате пластических деформаций, происходящих в процессе резания, отличаются от размеров срезов на коэффициент продольной усадки стружки, при сопоставлении статистических характеристик размеров срезов и стружек будем учитывать значение коэффициента усадки
Исследованию подвергали стружки, полученные при плоском шлифовании образца из стали Р6М5Ф3 периферией круга 1А1 250*16*75*5 АС6 160/125-4-М2-01 на модернизированном станке модели 3Д711АФ11. Перед экспериментом шлифовальный круг подвергали электроэрозионной правке, а затем прирабатывали в течение 30 минут. Правящий электрод представлял собой брусок из меди М1, обеспечивающий длину контакта с РПК 30 мм. Режимы правки: скорость круга 30 м/с, вертикальная подача (0,005…0,007) мм/ход, что обеспечивало силу тока (7…8) А, поперечная подача – ручная.
Режимы шлифования: скорость круга 30 м/с, скорость детали 6 м/мин, поперечная подача 2,5 мм/ход, глубина шлифования 0,015 мм. Охлаждающей жидкостью являлся 0,3 %-ный водный раствор кальцинированной соды. Обрабатываемый образец размерами 60*40 мм был установлен на магнитной плите стола.
Динамика процесса шлифования характеризовалась частотой радиальных колебаний 37 Гц с амплитудой 0,9 мкм. Колебания с более высокой частотой в силу низкой амплитуды (менее 0,5 мкм), значительно меньшей параметров шероховатости обработанной поверхности, не учитывали.
Сбор стружки осуществляли в специально изготовленную ёмкость, которую устанавливали на магнитную плиту вплотную к шлифуемому образцу. Собранную стружку извлекали из емкости, просушивали, размагничивали и укладывали на поверхность подложки. Подложку с исследуемыми стружками устанавливали на предметном столике 1 микротвердомера ПМТ-3 (рис. 1, а, б).
![pic1](images/article8_img1.png)
Цена деления лимбов на винтах продольного 2 и поперечного 3 перемещений предметного столика составляла 0,01 мм. Информация о координатах расположения подложки со стружками на предметном столике позволяла, при необходимости, повторно найти стружки для исследования и фотографирования.
Измерение толщины, ширины и длины стружек проводили с помощью оптического устройства микротвердомера ПМТ-3 при увеличении 520 раз, которое обеспечивается объективом 4 (F = 6,2; A = 0,65).
Ширину стружек измеряли с помощью микрометрического винта перемещения тубуса 6 с ценой деления 0,002 мм (рис. 1, а). Для повышения точности измерений на стойке 7 микротвердомера ПМТ-3 закрепляли площадку, на которую устанавливали магнитную стойку 8 с микрометром 9 с ценой деления 0,001 мм (рис.1, б)
Для измерения длины прямолинейных коротких стружек использовали лимбы микрометрических винтов координатного перемещения предметного столика с ценой деления 0,01 мм. Для измерения длины криволинейных стружек в окуляр микроскопа 10 устанавливали сетку (размер клетки 0,5*0,5 мм), закрывающую 50% поля окуляра(рис. 2). При аттестации прибора с увеличением в 520 раз параметры ячейки составили 0,015*0,015 мм.
Измерение параметров стружек осуществляли следующим образом
![pic8](images/article8_img2.png)
При измерении толщины стружки находили контуры стружки справа и слева в том же сечении, в котором измеряли и ширину, и по разности показаний лимба окулярного микрометра определяли толщину стружки.
При измерении ширины стружки фокусировку оптической системы производили вначале на подложку, а затем на наивысшую точку стружки в данном сечении. Раз- ность двух отсчетов, снятых с лимба винта микрометрического движения тубуса при фокусировке на подложку и наивысшую точку сечения стружки, принимали за ширину стружки.
Длину криволинейных стружек измеряли путем перемещения их в поле окуляра с сеткой и по количеству ячеек, занимаемых изображением стружки, определяли ее длину. Погрешность измерения длины стружки не превышала половины цены деления сетки, что составляло 5-10 % от длины стружек.
Исследовали выборку из 300 стружек, которую впоследствии подвергали статистическому анализу с целью определения законов распределения исследуемых параметров.
Как показали исследования, по форме образовавшиеся стружки можно отнести к ленточным, запятообразным, сегментообразным и дробленым (рис. 3, а, б, в, г).
![pic8](images/article8_img3.png)
Запятообразные стружки имеют вид запятой с утолщением на одном конце. Они образуются запятообразными срезами, а также промежуточными. Сегментообразные стружки имеют утолщение посередине и образуются сегментообразными срезами. Ленточные стружки также образуются сегментообразными срезами. Дробленые по длине стружки имеют приблизительно одинаковую ширину по всей длине. Они могут быть образованы запятообразными, сегментообразными и промежуточными срезами.
Результаты, полученные при измерении стружки, обработаны методами математической статистики. Построены гистограммы распределений толщины и длины стружки (рис. 4). Анализ гистограмм распределений геометрических параметров стружки показывает, что имеет место относительно большой диапазон изменения исследуемых параметров, преобладание мелких стружек.
![pic8](images/article8_img4.png)
Средние значения исследуемых параметров стружки, определенные экспериментально, составили: длина 52,59±3,42 мкм, ширина 11,89±0,49 мкм, толщина 4,93±0,21 мкм.
Приведенные данные показывают значительное расхождение сопоставляемых рассчитанных по срезам и экспериментально полученных длин стружек (практически в 12 раз), что объясняется, по нашему мнению, дроблением стружек по длине.
В расчётах выходных показателей процесса шлифования основное влияние оказывает толщина среза, которая, как показывает сравнение, попадает в 95%-ный доверительный интервал, что говорит об отсутствии влияния сравниваемых способов определения параметров стружки на их величину
Таким образом, параметры единичного среза, определенные с помощью математической модели шлифования, можно использовать для расчета сил резания, параметров шероховатости обработанной поверхности
Выводы
- Средняя толщина стружек, определенная экспериментально, составляет 4,93±0,21 мкм, что сопоставимо со средней толщиной стружек, равной 4,88±2,85 мкм, которая рассчитана по толщине среза на базе математической модели шлифования.
- Параметры срезов, определенные с помощью математической модели, можно использовать для расчетов параметров шероховатости обработанной поверхности, сил резания и т.п
Список использованной литературы
1. Маслов Е.Н. Теория шлифования материалов. – М.: Машиностроение, 1974. – 316 с.
2. Huges F.H. Talking diamond grinding. Pat 5. Tooling, 1978, Feb.3-21.
3. Лурье Г.Б., Комиссаржевская В.Н. Устройство шлифовальных станков. – М.: Высшая школа, 1983. – 215 с
4. Азарова Н.В. Математическая модель плоского врезного шлифования с вибрациями // Вестник двигателестроения. – Запорожье: ОАО «МоторСич», 2005. – № 1. – С. 119-123.
5. Байкалов А.К., Волкова Т.М., Вал Е.И. Геометрические параметры стружки при шлифовании и притирке ЭВМ // Синтетические алмазы. – 1972. – № 4. – С. 17-19.