Обеспечение геометрической точности при шлифовании нежестких валов

Введение.

К нежестким валам относятся валы, у которых отношение длины к диаметру более 10. Нежесткие валы широко используются в гидроцилиндрах привода подач станков, в гидроподъемниках авиационных, строительных, дорожных и других машин. Точность обработки таких валов соответствует 6...8 квалитетам, шероховатость поверхности Ra=0,63…1,6 мкм. Такие показатели точности и качества поверхности обычно достигаются шлифованием.

Вследствие низкой жесткости данных деталей при их обработке под действием радиальной составляющей силы резания происходит искривление оси заготовки, вследствие чего вместо цилиндрического формируется бочкообразный профиль – диаметры увеличиваются от краев к середине сечения. Для получения заданной геометрической точности при обработке подобных деталей необходимо проводить несколько проходов, что ведет к снижению производительности обработки. Поэтому разработка технологических способов обеспечения геометрической точности нежестких валов при круглом шлифовании является актуальной научной задачей, имеющей большое практическое значение.

Основное содержание работы.

Причиной появления бочкообразности при обработке нежестких валов является прогиб заготовки под действием преимущественно радиальной составляющий силы резания. Решение задачи обеспечения геометрической точности (цилиндричности) детали имеет два направления: 1) снижение сил резания; 2) повышение жесткости технологической системы, обеспечивающей меньшую деформацию заготовки.

Второе направление решается в основном применением подвижных или неподвижных люнетов, которые, создавая дополнительную опору, уменьшают прогиб заготовки.

Снижение сил резания решается следующими способами: применением схемы обработки, способствующей изменению направления вектора действия обобщенной силы резания; использованием шлифовальных кругов с соответствующими характеристиками, обеспечением высокой режущей способности круга, назначением рациональных режимов резания.

При шлифовании действуют такие же силы, как и при других видах обработки резанием, но их величина значительно меньше, так как размеры среза небольшие, а резание происходит при высоких скоростях Равнодействующая сил резания R разлагается на три составляющие: Рz, Ру, Рх и каждая из них является суммой элементарных сил, возникающих в результате резания отдельных абразивных зерен. Наибольшей является радиальная сила Ру, она в 1,5…3 раза больше силы Рz. Объясняется это тем, что зерна имеют отрицательный угол а в таких случаях Ру сильно возрастает.

При шлифовании валов обычно применяют три основные схемы обработки: шлифование с продольной подачей, шлифование методом врезания, глубинное шлифование (рис. 1).

Шлифование с продольной подачей осуществляется возвратнопоступательным перемещением детали относительно шлифовального круга. На каждый двойной ход стола с деталью круг перемещается к центру заготовки на 0,005 – 0,02 мм. Схема шлифования с продольной подачей представлена на рис 1 а). [1].

Шлифование методом врезания производится кругом, ширина которого больше длины обрабатываемого участка (рис. 2 б). В данном случае круг имеет только поперечную подачу. Данный метод более производителен, чем шлифование с продольной подачей, поэтому его применяют в массовом и крупносерийном производстве [1].

Глубинным шлифованием (рис. 2 в) за один проход снимают слой материала на всю необходимую глубину. На шлифовальном круге формируют конический участок длиной 8 – 12 мм. В ходе шлифования конический участок удаляет основную часть срезаемого слоя, а цилиндрический участок зачищает обработанную поверхность. Поперечная подача отсутствует.

По данным [3]. при глубинном шлифовании силы Py и Pz снижаются в 1,95…2,12 раза, а сила Px увеличивается. Эксперименты показали, что при шлифовании с продольной и поперечной подачами при одинаковом съеме материала в единицу времени тангенциальная сила примерно одинаковая. Соотношение между радиальной и тангенциальной силами шлифования при работе с продольной подачей выше, чем при врезном шлифовании.

Характеристики абразивного инструмента оказывают существенное влияние на величину сил резания при шлифовании.

С увеличением размера абразивного зерна возрастает величина его выступания из связки, соответственно, сечение среза единичным зерном, что ведет к возрастанию силы резания. Применяют обычно следующие номера зернистости: F10…F12 (200 – …100) – грубых работ; F24…F46 (80…40) – для предварительного, F54…F120 (32…10) – для чистового; F150…F220 (8…5) – для тонкого шлифования и доводки.

Твердость круга характеризуется прочностью связки, способностью ее удерживать зерна на поверхности круга. У твердых кругов R, S (Т1, Т2) и весьма твердых T, V (ВТ1, ВТ2) зерна удерживается прочно. Поэтому при затуплении абразивных зерен образовании на них площадок износа силы резания увеличиваются. У мягких кругов – F, G, H, I, J (М1, М2, МЗ) и среднемягкие K, L (СМ1, СМ2) зерна удерживаются слабо и они сравнительно легко выкрашиваются. В процессе шлифования происходит самозатачивание круга. Затупившиеся зерна под влиянием действующих на них сил вырываются из поверхности круга (связки) или разрушаются и в работу вступают рядом расположенные острые зерна или обнаженные острые режущие грани. Чем быстрее и полнее самозатачивается круг, тем меньше силы резания, но при этом наблюдается большой расход шлифовальных кругов [2].. В общем случае, с повышением твердости круга силы шлифования увеличиваются.

Структура круга практически не оказывает влияние на силы резания [3]..

Режущая способность круга зависит от условий обработки (режима резания и правки, характеристики круга, свойств обрабатываемого металла и др.). Режущая способность изменяется за период стойкости круга [2]. При затуплении зерен их способность к внедрению в обрабатываемую поверхность снижается. Снижение режущей способности замедляется с повышением режима, с увеличением диаметра круга и детали, с увеличением размера абразивных зерен и ударной вязкости абразива, с уменьшением продольной подачи при правке. Снижение режущей способности шлифовального круга ведет к увеличению сил резания.

Существенное влияние на силы резания при шлифовании оказывают режимы обработки. На основании экспериментальных данных получена эмпирическая зависимость [2].:

где Vд – скорость детали при наружном круглом шлифовании, м/мин;

cр – коэффициент, зависящий от материала детали, термообработки, шлифовального круга;

t – глубина резания, мм;

s – продольная подача в долях ширины круга;

х, у, z – показатели степени; значения х, у, z приводятся в справочниках.

Показатели степени в данной формуле показывают, что сила Рz возрастает с увеличением Vд, t, s и уменьшается с увеличением Vкр.

На величину прогиба детали при круглом наружном шлифовании определяющее влияние оказывает радиальная составляющая силы резания. Соотношение между радиальной и тангенциальной силами шлифования колеблется в диапазоне 1,6…3 [3].

Соотношение между составляющими сил резания зависит от режимов шлифования [3]:

Это соотношение также увеличивается с увеличением твердости круга и уменьшением его зернистости.

Заключение.

Для обеспечения геометрической точности при шлифовании нежестких валов необходимо обеспечить рациональное сочетание условий обработки. Абразивные круги необходимо применять мягкие и среднемягкие, зернистость максимально большой, допускаемой требованиями к качеству обработанной поверхности. При шлифовании необходимо снижать величину скорости детали, подачу и глубину резания и увеличивать скорость круга.

Список использованной литературы

1. Маталин А.А. Технология машиностроения / А.А. Маталин. – Л.: Машиностроение, Ленинград. отд – ние, 1985. – 496 с., ил.
2. Маслов Е.Н. Теория шлифования материалов / Е.Н. Маслов. – М.: Машиностроение, 1974. – 320 с.
3. Лурье Г.Б. Шлифование металлов / Г.Б. Лурье. – М.: Машиностроение, 1969. – 172с.