close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

18228

код для вставкиСкачать
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Известия высших учебных заведений. Поволжский регион
УДК 621.923
В. О. Соколов, Н. В. Сорокина
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК
ПРОФИЛЬНОГО АЛМАЗНОГО ШЛИФОВАНИЯ
В статье рассматривается новый формализованный подход к определению основных технологических характеристик профильного врезного алмазного шлифования. Это дает возможность существенно упростить назначение
наиболее рациональных режимов обработки.
При изготовлении деталей сложной конфигурации, твердых сплавов, керамики, магнитных сплавов, титановых сплавов и других труднообрабатываемых материалов широко применяют профильное врезное алмазное шлифование. Оно позволяет многократно увеличить производительность обработки,
обеспечить высокое качество обработанной поверхности и хорошую повторяемость размеров изделий в партии. Операции профильного шлифования не требуют применения сложного и дорогостоящего технологического оборудования
и могут быть легко интегрированы в состав технологических процессов, выполняемых на автоматизированных производственных системах. При внедрении профильного шлифования большое значение имеет вопрос экономичности
выбранных режимов обработки и, следовательно, актуальной является задача,
связанная с объективным определением основных технологических характеристик профильного врезного алмазного шлифования.
Работа профильного алмазного шлифовального круга во многом специфична. Вследствие сложности геометрии образующей профиля круга, существенно различаются условия его взаимодействия с изделием на отдельных участках профиля. В первую очередь это касается фактической глубины
шлифования, которая при обработке фасонным кругом может меняться от
нуля до максимального значения, равного врезной подаче. Для произвольного участка профиля она может быть найдена по формуле
tγ = t cos γ,
где γ – угол наклона местной нормали к направлению подачи (рис. 1).
y
dPн
γ
dl
H
a
b
Рис. 1 Схема к определению силы резания
при шлифовании кругом фасонного профиля
116
x
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
№ 2, 2007
Технические науки. Машиностроение и машиноведение
Будем полагать, что образующая профиля алмазного шлифовального
круга представляет собой кривую, не имеющую особых точек, и описывается
уравнением y = f (x) при a ≤ x ≤ b . Выделим на образующей элементарный
участок dl:
dl = 1 +
( f ' ( x )) dx .
2
Известно, что на производительность процесса шлифования определяющее влияние оказывают условия силового нагружения. В общем случае
нормальная составляющая силы резания Py при врезном плоском шлифовании может быть рассчитана по формуле
y
z
P = CP t xP υИP υKP H ,
где CP – коэффициент, зависящий от обрабатываемого материала и условий
обработки; t – глубина шлифования; υИ – скорость продольной подачи изделия; υK – скорость шлифовального круга; B – ширина круга; xP , yP , z P –
показатели степени.
С учетом этого для элементарного участка dl образующей профиля
нормальная составляющая силы резания dPn может быть выражена следующим образом:
dPn = CP ( t cos γ )
xP
y
z
υИP υKP dl .
Проекция силы dPn, возникающей на элементарном участке, на ось OY
определяется следующим образом:
y
z
dPy = dPn cos γ = CP t xP υИP υKP ( cos γ )
xP
dl .
1
Принимая во внимание, что cos γ =
1 +
( f ( x ))
'
, найдем сумму про-
2
екций элементарных нормальных сил dPn на ось OY по всему профилю:
b
y
∫
dx
z
Pyф = CP t xP υИP υKP
a
⎛
⎜ 1 +
⎜
⎝
y
( f ' ( x ))
2
⎞
⎟
⎟
⎠
xP
.
(1)
z
Поскольку значения C P , t xP , υИP , υKP не зависят от формы профиля,
выражение (1) можно переписать в виде
y z
Pyф = CP t xP υИP υKP
b
dx
∫
a⎛
⎜ 1 +
⎜
⎝
( f ' ( x ))
2
⎞
⎟
⎟
⎠
xP
.
(2)
117
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Известия высших учебных заведений. Поволжский регион
Оптимальное выполнение процесса профильного врезного алмазного
шлифования невозможно без высокой степени его формализации на базе теоретического или экспериментального моделирования. Для решения указанной задачи заменим криволинейный профиль алмазного круга наклонным
прямолинейным профилем, образующая которого Lпр имеет длину, равную
длине образующей Lф фасонного профиля (рис. 2). При этом ширина профиля H остается неизменной, и таким образом абсциссы a и b граничных точек
сохраняют свои значения.
Рис. 2 Замена фасонного профиля алмазного шлифовального круга
эквивалентным приведенным профилем
Косинус угла наклона прямолинейного профиля находится из соотношения
cos γ пр =
H
.
Lпр
(3)
Поскольку длина образующей Lф фасонного и прямолинейного профиля Lпр одинаковы, имеем
b
Lф = Lпр = L =
∫
1 +
a
( f ' ( x )) dx .
2
(4)
Подставляя (4) в (3), получим
cos γ пр =
H
b
∫
a
1 +
( f ' ( x )) dx
2
.
(5)
В то же время шлифование кругом с прямолинейным наклонным профилем эквивалентно шлифованию кругом прямого профиля, имеющим ширину L, с врезной подачей, равной
tпр = t cos γ пр .
(6)
Такой профиль алмазного шлифовального круга будем называть приведенным. При шлифовании кругом приведенного профиля радиальная составляющая силы резания будет равна
y
z
Pyпр = CP t xP υИP υKP L .
118
(7)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
№ 2, 2007
Технические науки. Машиностроение и машиноведение
С учетом выражения (4) соотношение (7) можно записать в виде
Pyпр =
y z
C P t xP υИP υKP
b
∫
1 +
a
( f ' ( x )) dx ( cos γ )x
2
P
.
(8)
Принимая во внимание выражения (4) и (5), после очевидных преобразований получим
Pyпр =
y z
CP t xP υИP υKP
⎛b
⎜ 1 +
⎜
⎝a
∫
( f ( x ))
'
2
1− xP
⎞
dx ⎟
⎟
⎠
H
xP
.
(9)
Для проверки эквивалентности условий силового нагружения при
шлифовании фасонным кругом и кругом приведенного профиля проведены
экспериментальные исследования. Фасонный алмазный круг имел профиль,
описанный дугой окружности радиусом 6 мм. Длина образующей круга приведенного профиля при этом составила L = 18,84 мм. Характеристика круга
АС6 100/80 – 100% – М1. Фасонным алмазным кругом и кругом приведенного профиля шлифовались образцы из твердого сплава ВК20. Результаты экспериментов приведены в таблице 1.
Таблица 1
Врезная подача
t, мм/ход
0,001
0,002
0,005
0,010
0,015
Составляющая силы резания Py, Н
Шлифование кругом
Шлифование фасонным кругом
приведенного профиля
5,9
7,2
10,3
11,9
24,0
22,8
39,2
37,3
52,8
49,8
Анализ показывает, что расхождение величин составляющей силы резания Py при шлифовании фасонным кругом и кругом приведенного профиля
не превышает 10%. Следовательно, при шлифовании алмазным кругом со
сложной геометрией рабочей поверхности и кругом приведенного профиля
имеют место одинаковые условия силового нагружения.
При алмазном шлифовании интенсивность удаления припуска при определенных технологических условиях обработки зависит от режущих
свойств шлифовального круга, обрабатываемого материала и заданного режима силового нагружения инструмента, которое можно осуществлять как
путем непосредственного приложения определенной силы, так и путем перемещения инструмента с заданными подачами. Не зависимо от конкретного
способа силового нагружения, между интенсивностью Q съема материала и
нормальной силой Py имеет место функциональная зависимость вида [1, 2]:
Q = kPyn ,
(10)
где k, n – постоянные, зависящие от режущих свойств шлифовального круга,
его характеристики, метода правки, обрабатываемого материала и т.д.
119
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Известия высших учебных заведений. Поволжский регион
Поскольку условия силового нагружения при шлифовании фасонным
алмазным кругом и кругом приведенного профиля одинаковы, с достаточным
основанием можно утверждать, что производительность съема материала в
обоих случаях также будет одинаковой.
Принимая во внимание зависимость (10), интенсивность съема материала при шлифовании кругом приведенного профиля можно выразить следующим образом:
(
y
z
Qпр = kPynпр = k CP tпр xP υИP υKP L
).
n
(11)
Подставляя (6) в (11), имеем:
(
y
z
Qпр = k CP t xP υИP υKP Lпр [cos γ пр ]xP
)
n
(
y
z
= k CP t xP υИP υKP L
y
) ([cos γ
n
пр ]
)
xP n
.
z
В полученном выражении произведение C P t xP υИP υKP L представляет
собой нормальную составляющую силы резания Pyпр, возникающую при обработке кругом прямого профиля, геометрические характеристики которого
идентичны геометрическим характеристикам круга фасонного профиля. С
учетом этого можно записать, что
(
⎡
Qф = Qпр = Qпп ⎢ cos γ пр
⎣
)
n
xP ⎤
⎡⎛
H ⎞ ⎥
⎢
= Qпп ⎜
.
⎟
⎢⎜ Lф ⎟ ⎥
⎦⎥
⎠ ⎥⎦
⎢⎣⎝
xP ⎤ n
(12)
Обозначая
n
x
x
⎡⎛
⎞ P⎤
⎛
⎞Q
⎢⎜ H ⎟ ⎥ = ⎜ H ⎟ = K Q ,
пр
⎜ Lф ⎟
⎢⎜ Lф ⎟ ⎥
⎠ ⎥⎦
⎝
⎠
⎢⎣⎝
(13)
Q
Qф = Qпп K пр
.
(14)
получим
Таким образом, производительность профильного врезного шлифования может быть найдена строго формальным путем как произведение производительности шлифования кругом прямого профиля с длиной образующей,
равной длине образующей фасонного профиля и режимами, в точности соответствующими режимам шлифования фасонным кругом, на коэффициент
Q
приведения K пр
.
При алмазном шлифовании износ круга характеризуется удельным
расходом алмазов, который определяется массой алмазных зерен, израсходованных на снятие определенного количества обрабатываемого материала.
Экспериментальные исследования, результаты которых приведены в таблице 2,
показали, что величина удельного расхода алмазов при шлифовании фасонным кругом и кругом приведенного профиля примерно одинакова. Таким
образом, появляется возможность использования формализованного подхода
120
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
№ 2, 2007
Технические науки. Машиностроение и машиноведение
для оценки величины удельного расхода алмазов при профильном врезном
алмазном шлифовании.
Таблица 2
Зернистость
алмазного порошка,
мкм
50/40
100/80
160/125
200/160
Удельный расход алмазов
Круг фасонного профиля
Круг приведенного профиля
0,87
0,45
0,37
0,31
0,75
0,49
0,31
0,26
Удельный расход алмазов при профильном врезном шлифовании может быть найден как
q
qф = qпп K пр
,
где qпп – удельный расход алмазов при шлифовании кругом прямого профиq
ля шириной, равной длине образующей фасонного профиля; K пр
– коэффициент приведения, учитывающий геометрические параметры фасонного профиля, определяемый по формуле
q
K пр
⎛H ⎞
=⎜
⎟
⎜ Lф ⎟
⎝
⎠
xq
,
где H – ширина алмазного круга фасонного профиля; Lф – длина образующей
фасонного профиля; xq – показатель степени.
Таким образом, предложенный формализованный подход, основанный
на замене фасонного профиля эквивалентным приведенным прямолинейным
профилем, длина которого равна длине образующей реального профиля, позволяет объективно определять основные технологические показатели профильного врезного алмазного шлифования и дает возможность существенно
упростить назначение наиболее рациональных режимов обработки.
Список литературы
1. М а с л о в , Е . Н . Теория шлифования материалов / Е. Н. Маслов. – М. : Машиностроение, 1974. – 320 с.
2. П о п о в , С . А . Алмазно-абразивная обработка металлов и твердых сплавов /
С. А. Попов, Н. П. Малевский, Л. М. Терещенко. – М. : Машиностроение, 1977. –
261 с.
121
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
4
Размер файла
284 Кб
Теги
18228
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа