Разработка операции круглого наружного шлифования

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА КРУГЛОГО НАРУЖНОГО ШЛИФОВАНИЯ

Пособие к практическому занятию но дисциплине «Процессы и операции формообразования»

 

 

Разработал Промптов А.И.

 

 

Иркутск 2014

 

 

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА КРУГЛОГО НАРУЖНОГО ШЛИФОВАНИЯ

Основные положении

Шлифование представляет обработку с использованием инструмента, ре­жущими элементами которого являются кристаллические зерна, обладающие высокой твердостью и теплостойкостью. Зерна, находящиеся на рабочей по­верхности инструмента, при движении резания путем одновременного царапа­ния и истирания удаляют с обрабатываемой поверхности слой металла в виде мелкой стружки. Указанные выше эксплуатационные свойства абразивных ма­териалов позволяют нести ими обработку с высокими скоростями резания прак­тически любых конструкционных материалов.

В сопоставлении с лезвийной обработкой абразивная обработка имеет ряд особенностей. Режущие лезвия имеют малую протяженность, что определяется размерами абразивных зерен. Абразивные зерна представляют собой непра­вильные многогранники, которые имеют хаотичную ориентацию. Как следст­вие для них характерны большие отрицательные передние углы. В работе одно­временно участвует большое число режущих элементов. Все это в совокупно­сти приводит к тому, что процесс резания сопровождается возникновением вы­сокой температуры, а большая степень измельчения срезаемою материала при­водит к большой энергоемкости процесса (примерно на порядок превосходящей энергоемкость лезвийной обработки).

К особенностям процесса шлифования относится и способность инстру­мента самозатачиваться, то есть самостоятельно восстанавливать свою режу­щую способность. В идеале, когда абразивное зерно полностью затупилось и действующие на нею силы превзойдут сопротивление связки, оно выкрашива­ется и в работу вступает новое острое зерно. Однако добиться такого уравно­вешивания трудно. Поэтому на практике наблюдается или «осыпание» шлифо­вального круга, или его «засаливание». В первом случае прочность святки не­достаточна и абразивные зерна, еще не затупившись, выкрашиваются. В ре­зультате инструмент быстро теряет свои размеры, сокращается срок его служ­бы. Во втором случае прочность связки слишком большая. Зерна полностью за­тупились, пространство между зернами забито стружкой, силы и температура резания становятся недопустимо большими, что требует остановки процесса шлифования. Рабочая поверхность шлифовального круга, забитая частицами стружки, при этом приобретает металлический блеск, откуда и появился термин «засаливание».

С целью более экономною расходования абразивного инструмента при оп­ределении параметров шлифования характеристику шлифовального круча и режим резания принимают такими, чтобы работа шла в режиме засаливания, но возможно менее интенсивном. В связи с этим периодически с поверхности шлифовального круга срезают поверхностный слой, потерявший режущую спо­собность. Эта операция получила название «правка шлифовального круга».

Наиболее качественный результат получают при правке шлифовального круга однокристальным алмазом, который работает подобно решу (рис. 1а).

 

Однако, это и наиболее дорогой способ. Поэтому вместо него используют алмазные карандаши, в металлическом корпусе которых пеночкой или слоями закреплены мелкоразмерные алмазы путем их шишки легкоплавким сплавом. Правку шлифовальных кругов ведут также алмазными и твердосплавными ро­ликами, роликами или дисками из закаленной пали, абразивными кругами (рис. 1б) и брусками высокой твердости.

С целью снижения теплонапряженностиш процесса обработки, повышении качества обработанной поверхности шлифование и большинстве случаев ведут с применением смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ). Кроме того, смазочно-охлаждающие жидкости удаляют отходы, образующиеся при шлифовании, и предотвращают пылеобразование. В дополнение к выполнен ню основных задач смазочно-охлаждающие жидкости должны обладать стабильностью свойств. быть безвредными для обслуживающею персонала, устойчивы к инициацию и пожаробезопасны.

Подвод смазочно-охлаждающей жидкости в зону резания с расходом в 10...15 л/мин обеспечивает встроенная в шлифовальный станок система, со­стоящая из резервуара, центробежного насоса с индивидуальным электропри­водом и подводящего трубопровода, кото­рый заканчивайся соплом (рис. 2).

В качестве смазочно-охлаждающих жид­костей используют составы, которые можно разделить на три группы: водные рас шоры неорганических соединении, водно-масляные эмульсии и масляные жидкости.

Водные растворы неорганических соеди­нений обладают наибольшей охлаждающей способностью вследствие большой теплоем­костью и теплопроводности волы при практи­чески отсутствую идем смазочном действии. Вводимые добавки призваны только исклю­чить коррозионное действие воды.

Водно-масляные эмульсии представляют 3... 5% раствор эмульсола в воде. Основу эмульсола составляет индустриальное масло, в которое вводят ингиби­тор коррозии, эмульгатор (вещество, обеспечивающее растворение масла в во­де) и активизирующие добавки, повышающие смазочное действие эмульсии.

Масляные жидкости состоят из индустриального масла и активизирующих добавок. Они обладают наибольшим смазывающим действием при низких ох­лаждающих свойствах.

В пределах каждой группы создано исключительно большое число соста­вов. Некоторые из них с учетом их использования при шлифовании приведены ниже.

Водные растворы неорганических веществ:

1) 3% кальцинированной соды + вода;

2) 1% кальцинированной соды + 0,15% нитрита натрия + вода;

3) 1%триэтанОламина + 0,3% нитрита натрия +вода.

Водно-масляные эмульсии- 3...10% водные растворы эмульсолов:

1) Аквод 2. Содержит индустриальное масло И-12А, гидрооксид калия, осерненное хлопковое масло, триэтаноламин, олеиновую кислоту, канифоль, формалин, сульфонаты натрия, серу, хлорпарафин.

2) РЗ СОЖ 8. Содержит индустриальное масло, масляный асидол, талловое масло, полигликоль, технический иод (0,3%).

3) НГЛ-2. Содержит сульфированное масло АС-6, каустическую соду и пассивирующие добавки.

Масляные жидкости:

1) Сульфофрезол. Содержит индустриальное масло И-12А, цилиндровое масло 2, асидол, активированные серой.

2) МР-ly. Содержит минеральное масло, активированное комплексом при­садок: природная сера, хлорпарафин, фосфоросодержащие вещества, полиизобутилен.

3) МР-6. Содержит минеральное масло, легированное хлорными и серными присадками.

Процесс круглого наружного шли­фования предусматривает осуществле­ние станком следующих четырех дви­жений (рис. 3): вращение круга и его радиальное перемещение (поперечная подача), вращение детали и её осевое перемещение (продольная подача).

Вращение круга является главным движением, как обеспечивающие сре­зание материала с поверхности заготов­ки. В связи с высокой теплостойкостью абразивных зерен всочетании с малыми сечениями срезаемых стружек, для шлифования характерны большие скорости резания, единицей измерения кото­рых становится метр в секунду.

 

где d_k - диаметр шлифовального круга, мм; n_k - частота вращения шлифоваль­ного круга, об/мин.

Все остальные движении представляют вспомогательные, которые обеспе­чивают формообразование путем подвода материала, подлежащего удалению, в зону резания.

Основным формообразующим движением является вращение «готовки, придающее детали форму тела вращения. Окружная скорость детали

 

 

где d _д -диаметр детали, мм; п _д- частота вращения детали, об/мин.

Поперечная подача определяет глубину резания t, мм. Из-за малой длины режущих кромок абразивных зерен глубина резания гоже имеет малую величи­ну, измеряемую сотыми долями миллиметра. Поэтому припуск приходится удалять за несколько рабочих ходов, осуществляя возвратно-поступательное продольное перемещение детали.

По своему характеру поперечная подача циклическая. Её выполняют или после окончания каждого рабочего хода (мм/ход), или после двойного рабочего хода (мм/дв. ход). В последнем случае при возвратном ходе съем материала с поверхности заготовки обусловлен снятием упругих деформаций, возникших в технологической системе в результате действия радиальных сил при первом рабочем ходе. Очевидно, что точность и качество обработки при этом повыша­ются.

Продольная подача обеспечивает шлифование поверхности, длина которой превосходит ширину шлифовального круга. Её величина должна быть такой, чтобы следы обработки последовательно перекрывались, то есть продольное перемещение детали за один её оборот s_х должно быть меньше ширины шли­фовального круга В_к. В зависимости от требуемой точности обработки и ка­чества поверхности

 

s_х=(0,2...0,8)В_к, мм/об.

 

Скорость продольною перемещения детали

 

v_х=s_хn _дмм/мин.

 

При решении задач о назначении оптимального режима шлифования не­определенность числа абразивных зерен, находящихся в контакте с заготовкой, исключает возможность использовать такие параметры процесса резания, как толщина и ширина среза. Вместо них приходится оперировать таким парамет­ром, как среднее мгновенное сечение среза f_м, которое рассматривают как се­чение среза, отнесенное к единице пути, пройденного рабочей поверхностью шлифовального круга. Находят его величину исходя из следующих соображе­ний. За один оборот детали с ее поверхности будет удален объем материала, имеющий форму кольца

 

Q=πd _д ts_x.

Этот объем удалит шлифовальный круг, пройдя путь

 

Следовательно, среднее мгновенное сечение среза

 

Как следует из представленной зависимости, чем больше скорость шлифо­вального круга, тем меньше среднее мгновенное сечение среза. Следовательно, будет меньше нагрузка на абразивные зерна, они будут менее интенсивно из­нашиваться, возрастает стойкость инструмента, повышается качество обрабо­танной поверхности. С увеличением скорости шлифования растет и производи­тельность процесса обработки. Поэтому в отличие от лезвийных методов обра­ботки, при назначении режима резания для шлифования следует в первую оче­редь устанавливать скорость шлифовального круга. Основным ограничиваю­щим фактором в этом случае выступает прочность инструмента, так как под действием центробежной силы, величина которой определяется частотой вра­щения круга, становится возможным его разрушение. Допустимую скорость указывают на шлифовальных кругах или в сопроводительной документации.

При выборе последовательности определения окружной скорости детали, глубины шлифования и продольной подачи в принципе допустимо использо­вать любую последовательность, так как эти параметры в равной мере влияют на производительность процесса и качество обработанной поверхности. Обос­нованным будет решение отдать предпочтение глубине шлифования. Устанав­ливал ее предельно допустимое значение с учетом зернистости шлифовального круга, обеспечивают минимально необходимое число рабочих ходов и время обработки. Далее, в зависимости от требуемого качества обработанной по­верхности, находят продольную подачу s_х и в заключение рассчитывают ско­рость вращения детали, обеспечивая необходимую стойкость шлифовального круга.

По результатам определения мощности, необходимой для осуществления процесса шлифования, осуществляют проверку её величины не только по мощ­ности электродвигателя привода шлифовального круга, но и но теплонапряженности принимаемого режима шлифования. При этом исходят из предпосыл­ки, что чем больше потребляемая мощность, тем больше будет и количество выделяющегося тепла. Оценку осуществляют, сопоставляя удельную мощность шлифования, то есть мощность, отнесенную к единице ширины шлифовально­го круга, с допустимой удельной мощностью, величину которой определяют по эмпирической формуле.

 

где К_r — коэффициент, зависящий от твердости шлифовального круга.

Особенность имеется и в определении машинного времени для шлифова­ния. В расчетное время дополнительно вводится время на «выхаживание», то есть на работу при выключенном движении поперечной подачи s_y. Съем мате­риала при этом происходит в результате постепенного снятия тех упругих де­формаций, которые были созданы в технологической системе под действием сил резания.

Если принять величину перебега детали равной ширине шлифовального круга, то имеем

 

 

где k_p - число рабочих кодов возвратно-поступательных движений); l _д - длина шлифуемой поверхности: τ - время, отводимое на «выхаживание».

Потребуется тем большее время на выхаживание, чем были больше силы резания на основном этапе шлифования, меньше жесткость технологической системы и чем выше требования к точности обрабатываемой детали.

 

Разработка операции круглого наружного шлифования

Выбор станка

В предположении, что обработка осуществляется на универсальном круглошлифовальном станке, в зависимости от размеров обрабатываемой заготовки определяют модель станка, используя табл. 1.

Таблица 1