CC BY
52
Влияние технологических факторов на формирование
шероховатости при обработке винтовых поверхностей деталей уплотненным шлифовальным материалом
А.И. Долотин
Пензенский государственный университет, г. Пенза
КАМЕРНЫЙ СПОСОБ ОБРАБОТКИ ВИНТОВЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ УПЛОТНЕННЫМ ШЛИФОВАЛЬНЫМ МАТЕРИАЛОМ, ШЕРОХОВАТОСТЬ ОБРАБОТАННОЙ ПОВЕРХНОСТИ, ЗАВИСИМОСТЬ ШЕРОХОВАТОСТИ ОТ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ ПРОЦЕССА ОБРАБОТКИ
В статье приведены уравнения регрессии, описывающие влияние технологических факторов на шероховатость винтовой поверхности обработанной в камере уплотненным шлифовальным материалом, полученные в результате экспериментальных исследований. Анализ полученных уравнений регрессии, позволил определить характер влияния отдельных технологических факторов на значение шероховатости обработанной поверхности.
Influence of technology factors on roughness formation at processing of screw surfaces of details by the condensed grinding material
A.I.Dolotin
The Penza state university, Penza
CHAMBER WAY OF PROCESSING OF SCREW SURFACES OF
DETAILS THE CONDENSED GRINDING MATERIAL, THE ROUGHNESS OF THE PROCESSED SURFACE, DEPENDENCE OF THE ROUGHNESS ON TECHNOLOGICAL MODES OF PROCESS OF PROCESSING
In article the equations of the regress describing influence of technology factors on a roughness of a screw surface processed in chamber condensed grinding material, received as a result of experimental researches are resulted. The analysis of the received equations of regress, has allowed to define character of influence of separate technology factors on value of a roughness of the processed surface.
На данный момент актуальной задачей является финишная обработка винтовых поверхностей деталей. Долговечность и работоспособность винтовых и червячных передач в значительной мере определяются шероховатостью винтовой поверхности. Повышенная шероховатость приводит к ускорению износа рабочих поверхностей сопрягаемых деталей и снижению эксплуатационных характеристик передачи.
Требуемая техническими условиями шероховатость винтовых поверхностей червяка или ходового винта в пределах Ra = 0,4 ^ 0,2 мкм достигается шлифованием с последующим полированием. При этом не всегда обеспечивается стабильное качество по сложному профилю винтовой поверхности. Предложенный способ камерной обработки статически уплотненным шлифовальным материалом [1] позволяет обеспечить требуемое качество винтовых поверхностей деталей по всей глубине профиля без смены зернистости шлифовального материала.
Качество поверхности принято оценивать геометрическими параметрами и состоянием поверхностного слоя, которое определяется физико-механическими свойствами и структурой.
Характеристика геометрических свойств поверхности включает макро-и микрогеометрические параметры. Под макрогеометрией понимают неровности больших участков поверхности, которые определяют погрешность геометрической формы деталей (волнистость, огранка, овальность и др.). К параметрам микрогеометрии относят отклонения профиля поверхности на ограниченной (базовой) длине, которые образуют рельеф поверхности (шероховатость).
При обработке поверхности детали, сопровождаемой съемом металла, происходит разрушение или деформирование поверхностных слоев металла вследствие контактного взаимодействия с инструментом, в результате чего в поверхностных слоях металла и на поверхности детали могут происходить изменения физико-механических свойств и структуры.
Установлено, что эксплуатационные свойства поверхности главным образом формируются на финишных операциях, с учетом технологической наследственности после предшествующих операций технологического процесса. Характер влияния на геометрические параметры и физикомеханические свойства поверхности в значительной мере зависит от вида финишной обработки.
Следует учитывать, что технология камерной обработки деталей статически уплотненным шлифовальным материалом значительно отличается от других видов финишной обработки. Поэтому для прогнозирования геометрических и физико-механических параметров поверхности необходимы исследования влияния технологических факторов процесса обработки на формируемые параметры поверхностного слоя.
Одним из определяющих факторов, характеризующих качество поверхности, является шероховатость, оказывающая большое влияние на эксплуатационные свойства деталей.
Экспериментальные исследования влияния технологических режимов на формирование шероховатости поверхности выполнялись по методике многофакторного планирования. Количественно шероховатость оценивалась по параметру Ra. Шероховатость измерялась до и после обработки на трех участках контролируемого профиля поверхности при перемещении алмазной иглы вдоль образующей винтового профиля. Шероховатость поверхности определялась на профилографе - профилометре мод. 201 завода «Калибр» с установкой на датчик специальной опоры, позволяющей исключить влияние кривизны поверхности детали за счет параллельного перемещения алмазной иглы прибора и опоры. Значение шероховатости определялось как средний результат измерений.
В результате обработки данных экспериментов были получены уравнения регрессии для закаленной и незакаленной стали, которые описываются выражениями
Ra = 2,964-0,448• t + 0,0345• t2 -0,05• р -0,003732• ¥Д + 2,48х 10-6 -Уд2 (1)
Ra = 3,412 - 0,396 • t + 0,00417 • t2 - 0,0378 • р - 0,0152 р2 - 0,00438 • ¥Д + 3,12 х 10-6 • Уд 2, (2)
где t - время обработки, мин; p - величина внешнего давления сжатого воздуха на эластичные стенки камеры, МПа; Уд - скорость резания, м/мин.
Анализ графических зависимостей, построенных по полученным уравнения регрессии показал, что при возрастании внешнего давления р происходит интенсивное снижение исходной шероховатости поверхности. При этом с увеличением длительности обработки формируется поверхность с меньшей шероховатостью. Это может быть объяснено, тем, что при высоком контактном давлении быстро удаляются неровности исходной поверхности, а также происходит округление и скалывание выступов и вершин абразивных
частиц. Поэтому к концу цикла обработки съем металла осуществляется, преимущественно микро- и субмикрорельефом абразивных зерен, что позволяет получить низкую шероховатость с параметрами Ra=0,16...0,12 мкм для закаленной стали и Ra=0,32...0,25 мкм для незакаленной стали. При этом дальнейшего снижения шероховатости не наблюдается, поскольку параметры микро- и субмикрорельефа абразивных частиц зависят не от размера частиц, а от вида абразивного материала и особенностей его кристаллического строения. Поэтому повышение величины давления сжатого воздуха на эластичные стенки камеры выше 0,12...0,15 МПа нецелесообразно, так как может привести к увеличению шероховатости поверхности вследствие появления отдельных глубоких рисок и кратеров на поверхности металла, за счет глубокого проникновения микрорельефа абразивных зерен в обрабатываемую поверхность.
Исследования влияния длительности цикла обработки на шероховатость поверхности показали, что в пределах исследованного диапазона снижение шероховатости носит практически линейный характер и с увеличением давления на эластичные стенки камеры приближается к значению 0,1 мкм для закаленной стали и 0,2 мкм для деталей, изготовленных из проката. Дополнительные эксперименты позволили установить, что дальнейшее увеличение длительности обработки не приводит к существенному снижению шероховатости поверхности. Это объясняется тем, что за цикл длительностью 4.6 минут полностью удаляется технологический припуск на обработку и формируется новый микрорельеф поверхности, не имеющий следов предшествующей обработки. Поэтому параметры шероховатости поверхности будут определяться размерами микро- и субмикровыступов абразивных зерен. Дальнейшее снижение шероховатости при неизменных режимах и условиях обработки невозможно.
Значительное влияние на снижение шероховатости поверхности оказывает скорость движения детали в плотной абразивной среде.
Установлено, что с увеличением скорости детали шероховатость поверхности снижается, так как возрастает интенсивность абразивного воздействия на обрабатываемую поверхность при неизменной величине внешнего давления.
С увеличением внешнего давления до р = 0,12 МПа шероховатость поверхности приближается к Ra=0,16 мкм для закаленной стали и к ^а=0,25мкм для незакаленной стали, но дальнейшего снижения шероховатости не происходит. Поэтому увеличение скорости детали свыше 1,8...2,0 м/с нецелесообразно, так как при практически неизменной шероховатости потребляемая мощность значительно возрастает, что сопровождается, кроме того, интенсивным тепловыделением.
Выполненные исследования показали, что при обработке винтовых поверхностей деталей, изготовленных из закаленной и незакаленной стали стабильно достигается требуемая шероховатость поверхности в пределах Ra = 0,4 ^ 0,2 мкм.
ЛИТЕРАТУРА
Пат. № 2218262 Российская Федерация, МПК В24В 31/10. Способ камерной абразивной обработки и устройство для его осуществления / Зверовщиков А. В., Мартынов А. Н., Зверовщиков В. З., Долотин А. И.; заявитель и патентообладатель Пенз. гос. ун-т. - Заявл. 18.03.2002; опубл. 10.12.2003. Бюл. № 34. - 2003.
