Исследование процесса формирования качества протяженных цилиндрических поверхностей при лепестковом шлифовании

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Исследование процесса формирования качества протяженных цилиндрических поверхностей при лепестковом шлифовании

И.Л. Шупиков

Представлены результаты исследований формирования высотных и шаговых параметров шероховатости поверхностей деталей, обработанных лепестковыми кругами, при различных условиях шлифования.

Ключевые слова: лепестковое шлифование, шлифовальное оборудование, качество поверхности, факторный эксперимент, дисперсионный анализ, математическая модель.

Современный уровень развития науки и техники вызывает объективную необходимость расширения существующих границ качества деталей и металлообработки. Это может быть реализовано на основе создания новых высокоэффективных технологических процессов, нетрадиционного прогрессивного оборудования, оснастки и инструментов. Традиционные технологические процессы достигли высокого уровня развития, но следует отметить, что и последующие работы в этом направлении дают значительные улучшения технологических характеристик процессов и качества продукции [1].

На современном этапе интенсивного развития науки, техники и технологии актуальным стал вопрос повышения точности и качества поверхностей деталей машин, среди которых особую группу составляют грузонесущие цилиндрические штанги фрикционных подъемников и другого лифтового оборудования; цилиндрические элементы протяженных рельсовых направляющих; протяженные цилиндрические направляющие контрольно-измерительного оборудования и многие другие протяженные цилиндрические детали, используемые в станкостроении, робототехнике и измерительных машинах.

Анализ геометрической формы и требований по качеству деталей этой группы показал, что в качестве финишного этапа их обработки целесообразно использовать лепестковое шлифование. Для обработки протяженных (более 2 м) цилиндрических поверхностей деталей было изготовлено специальное оборудование для лепесткового шлифования (рис. 1) [2].

Технические характеристики шлифовального оборудования:

- габариты основания оборудования - 1500Ч1500 мм;

- габарит оборудования по высоте - 2500 … 3500 мм;

- мощность приводного электродвигателя - 1,1 кВт;

- диапазон частот вращения обрабатываемой детали - 180 … 420 мин-1;

- мощность двигателя шлифовального узла - 0,37 кВт;

- диапазон скоростей шлифовального круга - 1…50 м/с;

- диапазон длин обрабатываемых деталей - 2000 … 3000 мм;

- диапазон диаметров обрабатываемых деталей - 50 … 110 мм.

Данное оборудование позволяет шлифовать протяженные круглые наружные поверхности с продольной подачей. Через ременную передачу вращение от ведущего шкива передается к ведомому шкиву, установленному на нижней цапфе. Поскольку заготовка устанавливается в цапфах, то она начинает вращаться вокруг своей оси, а ролики каретки начинают обкатывать её поверхность по винтовой линии. Установленная на обрабатываемой заготовке каретка и жестко связанная с ней платформа начинают перемещаться вертикально вдоль оси детали. В это же время вращается и шлифовальный круг, лепестки которого контактируют с поверхностью заготовки.

При достижении верхнего положения происходит контакт конечного выключателя и платформы, в результате чего приводной электродвигатель переключается на реверсивное вращение, заготовка начинает вращаться в обратном направлении и платформа перемещается вниз. При этом лепестковый круг не меняет своей скорости и направления вращения.

При достижении платформой нижнего положения срабатывает нижний конечный выключатель, изменяется направление вращения заготовки, и платформа снова перемещается вверх. В крайних положениях платформы (в момент реверса электродвигателя) срабатывает электротормоз, который не позволяет обрабатываемой заготовке прийти в самопроизвольное вращение под действием сил тяжести шлифовального узла и противовеса.

Для обработки заготовок из стали 45 диаметром 76 мм применяли лепестковые шлифовальные круги Ш200Ч32Ч50 различной зернистости. Эксперименты проводились в два этапа. На первом этапе варьировалась зернистость круга, частота вращения круга n и его деформация д. Число рабочих ходов шлифовального круга в каждом эксперименте - 50. Были реализованы полные факторные эксперименты типа 22.

В проводимых исследованиях максимальные значения скорости и деформации шлифовального круга составляют 30 м/с и 1, 7 мм, а минимальные значения - 10 м/с и 0,6 мм соответственно.

Параметры качества измерялись с использованием переносного профилометра Marsurf PS1. Результаты экспериментов сохранялись в памяти измерительного прибора, а затем через USB-интерфейс переносились на ПК и обрабатывались.

После обработки результатов группы экспериментов с зернистостью круга 20-Н были получены следующие математические модели параметров качества поверхности (мкм):

(1)

где Ra - среднеарифметическое отклонение шероховатости; Rmax - максимальная глубина шероховатости; Rp - средняя высота выступов;Rz - средняя высота по выступам и впадинам; S - среднее пространство локальных выступов профиля.

Дисперсионный анализ рассматриваемого эксперимента показывает, что наибольшее влияние на параметры шероховатости Ra, Rp, Rz и S оказывает деформация лепесткового шлифовального круга.

Влияние частоты вращения лепесткового шлифовального круга на параметр шероховатости Ra меньше влияния деформации круга в 2,2 раза; для параметров шероховатости Rp и Rz влияние частоты вращения круга на 30% меньше влияния его деформации; для параметра S влияние частоты вращения шлифовального круга в 40 раз меньше влияния его деформации. Влияние взаимодействия частоты вращения и деформации лепесткового шлифовального круга на параметры шероховатости Ra, Rp и Rz составляет менее 1% от влияния деформации круга.

На параметр Rmax в наибольшей степени влияет частота вращения лепесткового шлифовального круга; влияние деформации и взаимодействия деформации и частоты вращения шлифовального круга признается одинаковым и составляет приблизительно 30% от величины влияния частоты вращения круга.

После обработки результатов второй группы экспериментов с зернистостью шлифовального круга 32-Н были получены следующие математические модели параметров качества поверхности (мкм):

(2)

Дисперсионный анализ рассматриваемого эксперимента показывает, что наибольшее влияние на параметры шероховатости Ra, Rmax, Rp и Rz оказывает деформация лепесткового шлифовального круга. Для параметров Ra, Rmax и Rz влияние частоты вращения шлифовального круга меньше влияния его деформации в четыре раза, а для параметра Rp- в семь раз.

На параметр шероховатости S наибольшее влияние оказывает частота вращения круга, а влияние деформации круга меньше влияния его частоты вращения на 30%.

Влияние взаимодействия частоты вращения и деформации лепесткового шлифовального круга на параметры шероховатости Ra, Rmax, Rp, Rz и S составляет 0,5 … 8% от величины влияния деформации круга.

После обработки результатов третьей группы экспериментов с зернистостью шлифовального круга 50-Н были получены следующие математические модели параметров качества поверхности (мкм):

(3)

Дисперсионный анализ рассматриваемого эксперимента показывает, что наибольшее влияние на параметры шероховатости Ra, Rmax, Rp и Rz оказывает частота вращения лепесткового шлифовального круга. Для параметров Ra, Rmax и Rp влияние деформации шлифовального круга меньше влияния его частоты вращения в три раза, а для параметра Rz - в четыре. лепестковый шлифование шероховатость погрешность

На параметр шероховатости S наибольшее влияние оказывает деформация круга, а влияние частоты вращения круга в три раза меньше влияния его деформации.

Влияние взаимодействия частоты вращения и деформации лепесткового шлифовального круга для параметров шероховатости Ra, Rp, Rz и S составляет 20% от величины влияния деформации круга, а для параметра Rmax - всего лишь 2,5%.

Погрешность представленных линейных моделей (1-3) составляет 2 … 28%, что можно считать приемлемым.

Анализируя результаты исследований, следует отметить, что наибольшее влияние на параметры шероховатости оказывает зернистость лепесткового шлифовального круга. Так, при увеличении зернистости с 20 до 50 параметр Ra увеличивается в 1,4 … 2 раза, Rmax - в 1,2 …1,6 раза, Rp - в 1,3 … 1,8 раза. Внутри каждой группы экспериментов с определенной зернистостью лепесткового шлифовального круга на исследуемые параметры качества поверхности в большей степени влияет деформация круга.

Разделение первого этапа эксперимента на группы обусловлено тем, что наблюдается неоднозначность влияния скорости вращения круга на рассматриваемые параметры качества поверхности. Так, увеличение скорости вращения круга с мелкой зернистостью приводит к уменьшению шероховатости поверхности, а при более крупной зернистости шлифовальных кругов наблюдается обратная картина.

На втором этапе эксперимента в качестве варьируемого фактора выступала скорость вращения шлифовального круга. По полученным данным были построены зависимости для исследуемых параметров качества (рис. 2, 3).

Рис. 2. Зависимости параметров шероховатости от скорости V вращения круга: 1 - Ra; 2 - Rp; 3 - Rz; 4 - Rmax

Визуально рассматривая полученные графические зависимости, можно заметить, что все кривые исследуемых параметров качества имеют экстремальный характер [3]. Это может быть объяснено изменением числа активных (образующих срезы) зерен круга и глубины их внедрения в обрабатываемую поверхность с ростом скорости вращения инструмента.

Как видно из рис. 2, минимальное значение (экстремум) функции параметров Ra, Rmax и Rz наблюдается при скорости лепесткового шлифовального круга 20 м/с. Наиболее ярко экстремум наблюдается на зависимостях Rmax и Rz. Экстремум функции параметра

Rp находится в диапазоне скоростей лепесткового шлифовального круга 10 … 15 м/с.

На рис. 3 тоже наблюдается экстремум функции параметра шероховатости S, причем минимальное значение функция имеет при скорости лепесткового шлифовального круга 15 м/с.

Данные эксперименты проводились при зернистости 32-Н и минимальной деформации шлифовального круга

Представленные результаты исследований позволяют технологически обеспечить требуемые высотные и шаговые параметры шероховатости наружных протяженных цилиндрических поверхностей.

Список литературы

Никифоров, А.Д. Современные проблемы науки в области технологии машиностроения / А.Д. Никифоров. - М.: Высш. шк., 2006. - 392 с.

Шупиков, И.Л. Оборудование для лепесткового шлифования протяженных цилиндрических поверхностей деталей / И.Л. Шупиков // Материалы 6-й Межрегион. науч.-техн. конф. cтудентов и аспирантов: в 3 т. - Смоленск: МЭИ(ТУ), 2009. - Т. 1. - С. 145-148.

Гдалевич, А.И. Финишная обработка лепестковыми кругами / А.И. Гдалевич. - М.: Машиностроение, 1990. - 112 с.

Размещено на Allbest.ru