Одним из основных требований, предъявляемых к технологическим процессам изготовления ответственных деталей машин, является обеспечение необходимого качества их рабочих поверхностей. Наиболее часто требуемое качество этих поверхностей обеспечивается шлифованием. Однако нестационарность состояния рабочей поверхности шлифовального круга вследствие его износа ведет к непрерывному изменению в процессе эксплуатации абразивного инструмента параметров качества обрабатываемой поверхности. В связи с этим возникает необходимость оценки стойкости шлифовальных кругов с учетом динамики изменения качества обрабатываемой поверхности с течением времени.

Требуемая совокупность параметров качества рабочих поверхностей ответственных деталей обусловливается их функциональным назначением. Если поверхность подвергается усталостному изнашиванию, то качество такой поверхности может быть регламентировано комплексным параметром [1]

, (1)

где Ra - среднее арифметическое отклонение неровностей профиля; Wz - высота волнистости поверхности по 10 точкам; Hmax - макроотклонение поверхности; tm - относительная опорная длина профиля по средней линии; Sm - средний шаг неровностей профиля по средней линии; k - степень упрочнения поверхностного слоя.

Если регламентируется величина контактных перемещений в соединении, то требуемое качество сопрягаемых поверхностей определяется комплексным параметром [1]

, (2)

где Rp, Wp, Hp - высота сглаживания профиля соответственно шероховатости, волнистости и макроотклонения поверхности.

Используя соотношения [2] между указанными параметрами качества шлифованной поверхности, формулу (2) можно преобразовать к виду

.(3)

Изменения комплексных параметров П и С_х и единичных параметров, входящих в эти комплексы, в процессе эксплуатации шлифовального круга после его правки оценивались на основе серии экспериментов. На плоскошлифовальном станке 3Г71 обрабатывались образцы призматической формы (45Ч45Ч210 мм) из стали 9ХС (HRC 58.60). Шлифовальный круг 1 - 200Ч76Ч40 24А40С1К перед обработкой подвергался алмазной правке и устанавливался относительно образца таким образом, чтобы определенная часть его рабочей поверхности не контактировала с металлом в процессе обработки. Далее обрабатывался образец при скорости стола станка 10.12 м/мин и вертикальной подаче шлифовальной бабки 8.10 мкм/дв. ход. При обработке образец периодически смещали относительно шлифовального круга. Каждое такое смещение уменьшало ширину обрабатываемого участка поверхности образца. В результате на его поверхности были сформированы участки, обработанные в различные моменты времени эксплуатации шлифовального круга после правки. Затем определялись единичные параметры качества каждого участка обработанной поверхности образца. Параметры Ra, tm, Sm, Wz определялись с помощью профилографа-профилометра мод.170311, параметр k - с помощью микротвердомера ПМТ-3М, величину Hmax оценивали на вертикальном оптиметре.

После статистической обработки полученных результатов по формулам (1) и (3) рассчитывались комплексные параметры качества П и С_х, значения которых представлены в таблице и на рисунке.

Рис. Изменение комплексных параметров качества П (а) и С_х (б) в процессе эксплуатации шлифовального круга

Таблица. Единичные и комплексные параметры качества шлифованной поверхности в различные моменты времени эксплуатации абразивного инструмента

Примечание. Значения параметра tm находились в пределах от 47 до 54 %.

Полученные данные свидетельствуют о значительном изменении параметров качества поверхности в процессе эксплуатации шлифовального круга. Изменения параметров качества составляют: 170 % (для Wz); 68 % (для Hmax); 55 % (для Sm); 30 % (для Ra); 22 % (для k); 53 % (для П); 25 % (для C_x). Следует отметить, что значения комплексных параметров качества непрерывно возрастают с течением времени.

Следующим этапом исследований была интерполяция экспериментальных данных с помощью метода наименьших квадратов. Наиболее часто функциональные зависимости параметров качества шлифованных поверхностей от различных факторов процесса обработки являются экспоненциальными функциями [3-5]. Поэтому был выбран следующий тип интерполяционной функции

, ,

где R - параметр качества поверхности; R_Н - начальное значение параметра качества поверхности (при Т = 0); Т - безразмерная величина, характеризующая время t () работы круга после правки, ; t_к - конечный момент времени эксплуатации шлифовального круга (в нашем случае t_к ? 45 мин); k, m - коэффициенты интерполяционной функции.

В конечном итоге были получены следующие значимые по F-критерию Фишера функции:

Приведенные зависимости позволяют назначить период стойкости шлифовального круга при обработке высокоуглеродистых закаленных сталей по критерию обеспечения заданного параметра качества. Например, если в ходе шлифования необходимо выполнить условие R ? R_З, где R_З - заданное предельное значение комплексного параметра качества R, то период стойкости круга равен

, R_H < R_З, 0 < t ? t_к.

При получении t_с > t_к шлифование происходит на режимах, которые гарантированно обеспечивают значения комплексного параметра R меньше заданного предельного значения R_З.

Период t_с стойкости круга должен быть меньше времени t_п работы шлифовального круга, по достижении которого на обрабатываемой поверхности образуются прижоги. Если t_с > t_п, то следует принять t_с = t_п. Значение t_п можно определить на основе результатов исследований [6, 7].

Полученное значение t_с должно быть больше нормы t_о основного времени на обработку заготовки. В противном случае следует выбрать новые режимы обработки или прибегнуть к непрерывной правке круга при шлифовании.

Если принято решение о выборе нового режима шлифования заготовки, то период стойкости шлифовального круга по критерию обеспечения комплексного параметра качества поверхности следует определять в соответствии с нижеприведенной методикой.

1. Провести правку круга на выбранных режимах.

2. Шлифовать заготовку на новых режимах не более 1 мин.

3. Определить начальные значения интересующих параметров качества поверхности.

4. Проверить выполнение условия R_H < R_З.

5. Рассчитать новое значение периода стойкости шлифовального круга при обработке заготовок на новых режимах:

, R_H < R_З, 0 < t ? t_к,

где Q_П - производительность шлифования, при которой период стойкости инструмента равен t_к; Q_Н - производительность на новых режимах шлифования; n - показатель степени в зависимости стойкости шлифовального круга от производительности процесса обработки [3].

6. Проверить выполнение условий: t_с ? t_о; .

7. Рассчитать период t_п стойкости шлифовального круга по критерию отсутствия прижогов на обработанной поверхности на новых режимах [3, 6, 7] и проверить выполнение условия t_с ? t_п.

8. При регламентировании значений отдельных единичных параметров качества необходимо проверить нахождение значений этих параметров в требуемых границах за период стойкости t_с.

Представленные результаты исследований позволяют назначать период стойкости абразивного инструмента и корректировать режимы шлифования, исходя из обеспечения комплексных параметров качества поверхности, регламентирующих эксплуатационные показатели деталей машин и их соединений.

шлифовальный круг параметр качество поверхность

Список литературы

1. Качество машин: cправочник: в 2 т. / А.Г. Суслов, Э.Д. Браун, Н.А. Виткевич [и др.]. - М.: Машиностроение, 1995. - Т.1. - 256 с.

2. Бишутин, С.Г. Обеспечение требуемой совокупности параметров качества поверхностных слоев деталей при шлифовании / С.Г. Бишутин. - М.: Машиностроение-1, 2004. - 144 с.

3. Филимонов, Л.Н. Стойкость шлифовальных кругов / Л.Н. Филимонов. - Л.: Машиностроение, 1973. - 136 с.

4. Ашкиназий, Я.М. Бесцентровые круглошлифовальные станки. Конструкции, обработка и правка / Я.М. Ашкиназий. - М.: Машиностроение, 2002. - 352 с.

5. Полянчиков, Ю.Н. Анализ и оптимизация операций шлифования / Ю.Н. Полянчиков, А.Н. Воронцова, Н.А. Чернышев [и др.]. - М.: Машиностроение, 2003. - 270 с.

6. Бишутин, С.Г. Прогнозирование тепловыделения в контактной зоне заготовки и шлифовального круга с учетом его изнашивания/ С.Г. Бишутин, Н.В. Тюльпинова // Вестн. БГТУ. - 2007. - №2. - С.4-9.

7. Бишутин, С.Г. Тепловыделение в зоне трения "абразивный инструмент - обрабатываемый материал" / С.Г. Бишутин, Н.В. Тюльпинова // Трение и смазка в машинах и механизмах. - 2007. - №10. - С.23-28.

Размещено на Allbest.ru