INVESTIGATION OF THE INFLUENCE OF THE GRINDING WHEEL EDITING PROCESS ON THE PROCESS PERFORMANCE

Full Text

Научный этап развития технологии машиностроения связан с совершенствованием процесса шлифования поверхностей деталей с заданной точностью и качеством поверхности [1]. В настоящее время большое внимание уделяется повышению производительности процессов окончательной обработки деталей, которая во многом зависит от состояния микропрофиля режущей поверхности абразивного круга [2]. Наиболее распространенным методом определения характеристик микропрофиля круга является снятие профилограмм по принципу ощупывания исследуемой поверхности иглой. Для реализации этого метода была использована специальная установка, которая позволяла записывать микропрофиль при установке кругов на инструментальном микроскопе в направлении перпендикулярном оси круга . Профиль кругов записывался в четырех диаметральных и осевых сечениях. Увеличение профилограмм по вертикали составляло 1000 или 500, а по горизонтали - 60. Для профилирования абразивных кругов радиус округления иглы выбирался в зависимости от зернистости кругов в пределах от 0,02 до 0,2 мм. Полученная при записи профилограмма представляет собой траекторию движения центра сферы радиусом rи . На рис. 1 показан фрагмент профиля 1, имеющего увеличение по вертикали - Кв, по горизонтали - Кг (Кв >Кг). Увеличением размера по горизонтали в Кв/Кг раз получен равноувеличенный профиль 2, характеризующий истинную траекторию движения центра сферы радиусом rи . Восстанавливая перпендикуляры к касательным в каждой точке профиля и откладывая на них значение rи , находим огибающий профиль 3. Отличие профиля 3 от реального 4 состоит в том, что на нем отсутствуют участки с большой кривизной. Однако при расчете геометрических параметров профиля указанным отличием можно пренебречь и профиль 3 рассматривать как реальный. На записанном профиле выбрана произвольная точка К с координатами (bз; hз ). Касательная к профилю в этой точке составляет с вертикалью угол . На профиле равного увеличения точке К соответствует точка В с углом наклона касательной . Касательные к точкам К и В пересекутся на оси координат в точке F с ординатой , где - производная функции, описывающей записанный профиль. Сказанное вытекает из решения системы уравнений для касательных к профилям 1 и 2 в точках пересечения с линией, параллельной оси х. При профилировании, когда центр сферы совпадает с точкой В, измерительная игла контакт с огибающим профилем 3 осуществляет в точке С(Х; Y). Учитывая, что соотношение между углами наклона касательных к точкам К и В с вертикалью выражается как , то зависимость, связывающая соответствующие высоты реального профиля (hр) с записанным (hз ), имеет вид . (1) Аналогично определяется общая ширина реального симметричного выступа в расчетном сечении: . (2) Здесь и - функции, характеризующие погрешность записи соответственно по высоте и ширине профиля. Как следует из зависимостей (1) и (2), погрешности записи прямо пропорциональны радиусу закругления измерительной иглы и в значительной степени зависят от заостренности выступов микропрофиля. Например, даже при столь малом радиусе, как rи=0,005 мм, когда Кв=1000, Кг=60, hз=3 мм и =5°, погрешности по высоте и ширине профиля составляют соответственно: =33 % и =146 %. Следовательно, при обработке профилограмм, как правило, в большинстве случаев необходимо вносить уточнения. Расчет ширины несимметричного реального выступа представляет некоторую сложность. Как видно из рис. 1, сечение реального профиля 3 на высоте вызывает необходимость измерения на профилограмме левой части ширины выступа b3л на высоте h3л , а правой части ширины b3п на высоте h3п. Зависимости между значениями h3п и h3л неизвестны. Ширину реального выступа определяют графоаналитическим методом в следующей последовательности: - задаваясь значением h3л, по формуле (1) определяют hp; - пользуясь профилограммой, по формуле (2) определяют такое значение h3п(h3л), при котором обеспечивается уже известная hр; - определяют b3л и b3п на соответствующих высотах; - пользуясь формулой (2), определяют bрл и bрп. Их сумма равна ширине выступа на глубине hр. Реальный контур профиля можно построить графически, как это показано на рис. 1 б. Рассматривались следующие параметры записанного микропрофиля: средняя высота неровностей профиля; средний шаг неровностей профиля по вершинам, попадающим в заданный интервал между двумя диаметральными сечениями; наибольшая высота неровностей профиля, hmax; относительная опорная длина профиля, которая определялась по общепринятой методике. Относительные характеристики микропрофилей оценивались методом сравнения профилограмм, разработанным [ 3, 4]. Используя дивергенцию Кульбака, они предложили критерий сравнительной оценки шероховатой поверхности . Суть метода поясняется рис. 2. Выбирается базовая профилограмма, которая ограничивается сверху уровнем х(е), а снизу - y(е). Высота ее профиля должна быть меньше, чем на сравниваемой профилограмме. Затем уровни х(е) и у(е) наносятся на сравниваемую профилограмму так, чтобы средние линии их совпадали. Исходя из теории выбросов область B, расположенная между х(е) и у(е), называется разрешенной, а области А и С - запрещенными. Задача сводится к определению вероятности нахождения процесса в одном из трех состояний. Если Р(а), Р(b), Р(с) - вероятность того, что исследуемый процесс будет находиться в областях A , B и С . Значение изменяется от 0, когда исследуемый процесс не выходит за граничные уровни базового, до 1, когда исследуемый процесс полностью выходит за эти уровни. Если необходимо определить только отклонение реального профиля от базового, достаточно рассчитать значение Р(b). Рассмотренная методика нами применена для сравнения микропрофилей кругов после правки. При анализе профилограмм микропрофиля круга увеличение Р(а) характеризует большую заостренность зерен, а увеличение Р(с) - больший объем для размещения стружки. Шаг квантования профилограммы выбирался равным четверти шага тех высокочастотных неровностей, которые нужно учитывать [5, 6]. При выбранном масштабе записи (1000×60) и радиусе измерительной иглы 0,02-0,04 мм шаг квантования составлял одно деление сетки на термостатической бумаге. Длины профилограмм определяли по рекомендациям работ [7, 8]. Профилограммы для сравнения по критерию снимались с одного и того же круга при различных его состояниях. Исходя из принятой методики за базовый принимался профиль, снятый с самой неблагоприятной микрогеометрии круга в данной серии. Поэтому большее значение критерия характеризует большую режущую способность круга. Для примера рассмотрим использование критериальной оценки условий правки эльборовых кругов Л10-СТ1-100 на керамической связке при внутреннем шлифовании закаленных сталей 30ХГСН2А (HRC 48-52) и 8Х4В9Ф2А (HRC 64-66). При шлифовании стали 30ХГСН2А на щадящих режимах, например с малой поперечной подачей, исходные микропрофили круга постепенно «прирабатываются» к квазистабильному, который работает в режиме самозатачивания, обеспечивая постоянную производительность. Правка методом шлифования, в отличие от других рассматриваемых методов, обеспечивает неполноценный микропрофиль, который, работая в условиях самозатачивания, может приобрести параметры квазиустановившегося или может стать неработоспособным. Линейный износ его в период приработки может быть в какой-то момент даже меньше, чем в установившемся режиме. Фактически износ происходит за счет увеличения межзернового пространства, о чем свидетельствует увеличение в первую очередь за счет увеличения вероятности Р(с). Саморазвитие профиля обеспечивает сливная стружка, которая, врезаясь в круг, разрушает связку, а также выкрашивание больших фрагментов микропрофиля . При этом объем зазора в контакте инструмент - изделие должен быть достаточным для осуществления процесса резания. Увеличение объема срезаемой стружки может привести к засаливанию «недоразвитого» профиля. На рис. 3 б кривая 3 показывает, что заполнение межзернового пространства стружкой начинается на второй - третьей минуте процесса. Микропрофили круга, полученные правкой алмазным карандашом или методом обкатки, осуществляют устойчивый процесс шлифования стали 30ХГСН2А. Несколько иной механизм развития процесса наблюдается при шлифовании стали 8Х4В9Ф2А, закаленной до 64-66 НRС. При работе с малыми поперечными подачами самозатачивания микропрофиля не происходит (рис. 3 а), производительность процесса со временем падает (рис. 3, б). Более интенсивное ухудшение микропрофиля наблюдается с увеличением поперечной подачи . Он постепенно сглаживается, во впадинах его виден металлический блеск от застрявшей там весьма короткой и порошкообразной стружки. Таким образом усилие шлифования со временем быстро возрастают, увеличивается температура, появляются автоколебания, круг теряет свою работоспособность. Рис. 1. Расчетная схема для определения размеров огибающего профиля (а) и построение реального несимметричного профиля (б): 1 - записанный профиль; 2 - профиль равноувеличенный (хКв); 3 - огибающий профиль; 4 - реальный профиль Рис. 2. Наложение границ базовой профилограммы на сравниваемую Рис. 3. Изменение критерия (а) и производительность процесса шлифования (б) при работе после правки круга различными методами: 1, 4 - обкаткой кругами 14А-12-СТ1-К7; 2 - точение алмазным карандашом С3; 3, 5 - шлифование кругами 14А-12-СТ1-К7

About the authors

Roman Georgievich Grishin

Samara State Technical University

Email: nosov.nv@samgtu.ru
Candidate of Technical Sciences, Head of the Department «Technology of Mechanical Engineering, Machine Tools and Tools»

Dina Petrovna Salova

Chuvash State University named after I.N. Ulyanov

Candidate of Technical Sciences Cheboksary

Petr Mikhaylovich Salov

Chuvash State University named after I.N. Ulyanov

Email: msfkafedratm@yandex.ru
Doctor of Technical Sciences, Professor Cheboksary

References

Supplementary files