Тепловые процессы при алмазном шлифовании Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

вошипа производилось изменение величина хода ползуна. Частота двойных ходов ползуна изменялась бес-ступенчато дросселем в магистрали питания гидро-мотора задающего устройства. Гидромотор обеспечивал вращение кривошипа с той же частотой.

В результа те испытаний установлено, ч то привод отраба тывает характеристики, сравнимые с характеристиками приводов ползуна станков, имеющих кри-вошинно-кулисный механизм. Так, например, при ходе ползуна 25 мм была достигнута частота двойных ходов 290 двойных ходов в минуту, а при ходе ползуна 100 мм достигнута частота 60 двойных ходов в минуту. При этом гидромотор задающего устройства (без перемещения ползуна) позволял обеспечивать частоту задающего движения добОО двойных ходов в минуту.

Отмечается, что при ходе ползуна 100 мм, наблюдается неравенство скоростей прямого и обратного хода, которое может быть устранено соответствующей регулировкой клапанов давления питающих насосов.

При испытаниях системы управления гидропривода ползуна при ходах 25, 40 и 100 мм была достигнута частота 260, 160 и 60 двойных ходов в минуту, которая при тех же ходах у станка мод. 5А841 выражается величинами 280, 140 и 50 двойных ходов в минуту (по паспортным данным). При превышении полученных на гидроприводе ползуна частот наблюдается стук при реверсе.

В ходе испытаний проведено шлифование зубчатого колеса т = 4 мм и 7. = 32 на режимах: скорость шпинделя шлифовального круга 2500 мин— 1, частота двойных ходов ползуна 120 двойных ходов в минуту, подача обката 120 мм в минуту, круг 24А25НМз76К.

При этом отмечено, что:

— при испытаниях система управления гидропривода ползуна стабильно работает в общем цикле зубошлифовального станка;

— ввод ползуна в зону обработки осуществляется со стуком, что не является принципиальным недостатком самой системы управления и может быть устра-

нен соответствующей регулировкой. При использовании системы управления гидропривода ползуна в зубошлифовальном станке с отскоком стола такая проблема не существует;

— вывод ползуна из зоны обработки осуществляется плавно и без стука;

— в результате дросселирования масла в системе гидропривода температура масла за два часа повысилась до 65 *С. Бак емкостью 250л охлаждения не имел.

На основании результатов испытаний системы управления гидроприводом ползуна зубошлифовального станка можно сделать следующие выводы:

1. Считать работоспособным гидропривод ползуна зубошлифовального станка.

2. Несмотря на соответствие частот двойных ходов экспериментального гидропривода ползуна частотам ходов ползуна станка модели 5А841, при работе системы управления гидропривода ползуна на максимальных частотах наблюдается удар при реверсе и шум насосной станции.

3. Чтобы гидропривод ползуна не уступал существующему приводу станка мод. 5Л841 но диапазону частот двойных ходов ползуна, по безударности и равномерности хода и шуму, необходимо предусмотреть устранение следующих недоста тков:

— устранить удар при реверсе на больших частотах;

— устранить удар ползуна при вводе в зону обработки, не зависящий от гидропривода;

— устранить неравномерность скорости прямого и обратного хода ползуна при значении хода 100 мм;

— ограничиті» и стабилизировать тепловыделение гидравлической системы.

ПОПОВ Петр Евгеньевич, кандидат технических наук, доцент кафедры «Металлорежущие станки и инструменты» машиностроительного инсти тута.

Статья поступила в редакцию 04.07.07 г.

© П. Е. Попов

уДк 411 ” Е. В. ВАСИЛЬЕВ

Омский государственный технический университет

ТЕПЛОВЫЕ ПРОЦЕССЫ ПРИ АЛМАЗНОМ ШЛИФОВАНИИ

Приведены результаты исследований влияния фактической длины контакта алмазного зерна с обрабатываемой поверхностью на стойкость алмазных кругов и температуру на поверхности зерна. Это позволяет выбрать оптимальное значение зернистости алмазных кругов и скорости резания.

Большое влияние на ресурс алмазного круга ока-зываеттемнература в зоне шлифования. С точки зрения теплофизики имеют место две главных особенности процесса шлифования. Первая из них состоит в том, что зерна на поверхностях подавляющего большинства алмазных инструментов расположены стохастически, т.е. не упорядоченно, а случайно, по вероятностным законам. Вместе соприкосновения каж-

дого из зерен с материалом заготовки выделяется теплота, возникающая в результате процесса срезания отдельной стружки. Расположение этих локальных источников тепловыделения на поверхности контакта между заготовкой и шлифующим инструментом непрерывно меняется во времени. Это содействует выравниванию температур на всей контактной поверхности заготовки. Выравниванию температур

МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ

содействует также самозатачивание, свойственное большинству алмазных инструментов при правильно организованном процессе обработки. Самозатачивание состоит в том, что зерна, которые в процессе шлифования затупились, покидают рабочую поверхность круга, а вместо них в работу вступают острые режущие элементы, расположенные в более глубоких слоях связки.

Термический процесс в поверхностном слое детали характеризуется высокой скоростью и мгновенной температурой нагрева, кратковременностью выдержки при такой температуре и высокой скоростью охлаждения (особенно при работе с охлаждением).

При шлифовании вся механическая мощность микрорезания преобразуется в тепловую, так как лишь незначи тельная часть мощности (десятые доли процента) переходит в скрытую энергию изменений кристаллической решетки обрабатываемого материала^!].

Для определения оптимальных скоростей резания и зернистости круга относительно критической температуры на поверхности алмазного зерна, которая составляет 800 "С, используется следующая зависимость:

0(0.у)

(1)

где Су— теплоемкость, МДж/м2К; ц,.— касательное напряжение, МПа: V — скорость резания, м/с; у-фактическая длина кон такта алмазного зерна с обрабатываемой поверхностью, мм; м — коэффициент температуропроводности, мм2/с.

Из данной зависимости видно, что увеличение скорости резания и фактической длины контакта алмазного зерна с обрабатываемой поверхностью приводит к повышен ню температуры на поверхности алмазного зерна, которая ограничивается 750 - 800 *С. Полученные графические зависимости влияния данных параметров, позволяют определить фактическую длину контакта алмазного зерна с обрабатываемой поверхностью относительно скорости резания (рис. 1 и 2).

Во время проведения эксперимента по влиянию фактической длины контакта алмазного зерна с обрабатываемой поверхностью натемпературу была выявлена нестабильная стойкость идентичных алмазных кругов (одинаковой характеристики, одного и того же завода). При изучении рабочей поверхности алмазного круга с помощью металлографического микроскопа МИМ 7, было выявлено, что у алмазных кругов имеющих на рабочей поверхности зерна, размеры которых значительно превышают размеры основной фракции (100 мкм), стойкость значительно выше. Повышение стойкости алмазных кругов происходит до момента достижение размера алмазного зерна 160 - 200 мкм. Полученные результаты можно объяснить прочностью заделки алмазного зерна в связке, которая характеризуется глубиной заделки, а также фактической миной контакта (12) алмазного зерна с обрабатываемой поверхностью (рис. 3).

Относительная критическая глубина заделки:

е = Л/хг

(2)

где А— средневероятная глубина заделки зерна в связке в момент, когда вследствие затупления оно выкрашивается и покидает круг (рис.4, а), значение с зависит главным образом от свойств связки круга и зерен, в среднем с = 0,7...0,8.

Рис. 1. Зависимость температуры на поверхности алмазного зерна от фактической длины контакта алмазного зерна с обрабатываемой поверхностью

V, ч1е

Рис. 2. Зависимость фактической длины контакта алмазного зерна от скорости резания

Рис. 3. Влияние фактической д\ины контакта на стойкость алмазных кругов

В процессе исследования было выявлено влияние ориентации алмазного зерна в алмазоносном слое на стойкость кругов. При изучении рабочей поверхности алмазного круга были отчетливо видны лунки, оставшиеся после вырывания из них алмазных зерен. Измерение параметров лунок показали, что зерна ориентированные по вдоль поверхности круга (рис. 46) вырываются из связки гораздо быстрее, чем зерна ориентированные поперек.

При абразивной обработке, когда снимаются тонкие стружки с большими передними отрицательными углами, температура в зоне стружкообразования может достигать больших значений.

Рис. 5. Схема контактои алмазного зерна с обрабатываемой поверхностью: а - сплошного; б - точечного

Разогрев контактных слоев стружки, очевидно, должен оказывать влияние на характер контакта между алмазным зерном и обрабатываемым материалом.

Исследование характера контакта показало, что при шлифовании твердых сплавов имеет место образование «стружки надлома» по аналогии с обработкой чугуна. Разрушение твердого сплава происходит в основном по мостикам связки, т.е. происходит вырывание твердых карбидов из связки. Таким образом, фактическая площадь ко1 ггакта алмазногозер! 1а с обра-батываемой поверхностью будет гораздо меньше, гак как между обрабатываемым материалом и задней поверхностью режущего инструмента образуются поры, и поэтому контакт не является сплошным (рис. 56). Наличие точечного контакта при обработке твердых сплавов создает условия для проникновения газов и жидкостей в зону трения и тем самым способствует сохранению и возобновлению адсорбированных пленок на поверхности инструмента.

При обработке сталей характер контакта резко меняется. Металлографическое исследование корней

стружек показывает, что при высоких скоростях резания, когда вследствие нагрева твердость контактных слоев снижается, на определенной части площади соприкосновения под действием нормальных давлений, происходит заполнение микронеровностей поверхности инструмента, размягченным обрабатываем материалом, т. е. устанавливается так называемый сплошной контакт (рис.5, а). Этотак же объясняет повышение удельного расхода алмазов при шлифовании твердого сплава со сталыо.

В условиях, когда на большей части номинальной площади соприкосновения стружки с передней поверхностью инструмента устанавливается сплошной контакт, процесс резания характеризуется целым рядом специфических особенностей. Проникновение жидкостей и газов в зону трения становится невозможным, поэтому адсорбированные на поверхности защитные пленки окислов и газов отсутствуют, трение происходит свежеобнаженными поверхностями и условия трения в контакте в определенной степени соответствуют условиям трения в вакууме.

Таким образом, наличие на рабочей поверхности круга алмазных зерен, имеющих достаточно большую площадку контакта, в связи с увеличенной фактической длиной контакта, приводит к возникновению повышенной температуры на поверхности алмазного зерна. Также вследствие малого коэффициента заделки зерна в связке зернов конечном итоге покидает рабочую поверхность алмазного круга, не отработав свой ресурс.

Библиографический список

!. Васин, С.Л. Резание материалов: Термодинамический подход к системе взаимосвязи мри резании / С.А. Васин. А .С. Верещака, B.C. Кушнер: учеб. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2001. --148 с.

ВАСИЛЬЕВ Евгений Владимирович, кандидат технических наук, доцент кафедры «Металлорежущие станки и инструменты».

Статья поступила в редакцию 04.04.07 г.

© Е.В.Васильев

Книжная полка

Баранов, Ю. В.

Эффект А. Ф. Иоффе на металлах: монография / Ю. В. Баранов. - М.: МГИУ, 2006. - 140 с. - ISBN 5-276-00765-9.

Показана роль поверхностных слоев в развитии процессов деформации и разрушения металлов и сплавов. Рассмотрены структурные особенности образования и развития дефектов в поверхностных и объемных слоях монокристаллов вольфрама различных кристаллографических ориентаций.

Экспериментально и теоретически доказано существование эффекта А. Ф. Иоффе на металлах — в повышении их пластичности при деформации в полирующей среде.

Для студентов вузов, научных сотрудников и инженеров металлообрабатывающих специальностей.

ОМСГИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК * 2 <М> J007 МЛШИНОСТРОІНИІИМАШИНОМДСНИЇ