Теоретичні і практичні основи високопродуктивного торцевого шліфування важкооброблюваних матеріалів

В першому розділі розглянуто сучасний стан досліджень процесів абразивного і алмазного торцешліфування деталей з важкооброблюваних матеріалів – магнітотвердих матеріалів твердих сплавів, кераміки. Проведено системний аналіз існуючих схем шліфування заготовок торцем шліфувального круга з переходом від процесу одностороннього шліфування до двостороннього.

Зроблено аналіз основних способів, які підвищують продуктивність та точність і покращують якість обробки плоских поверхонь: розглянуто вплив динамічних характеристик на основні показники плоского торцевого шліфування, розглянуто переривчасте шліфування, використання систем адаптивного керування для підвищення якості обробки поверхонь, розглянуто керування різальної здатності ділянок робочої поверхні шліфувальних кругів, розглянуто шліфування імпрегнованими шліфувальними кругами магнітотвердих матеріалів.

Аналіз літературних даних і досвіду промисловості допоміг встановити:

1.Алмазне торцеве шліфування є найбільш прогресивним методом обробки виробів із важкооброблюваних матеріалів.

2.Особливості обробки торців заготовок із важкооброблюваних матеріалів (магнітів, твердих сплавів, кераміки) на відміну від решти, пов*язані з їх більшою крихкістю і порушенням геометричної форми виробів після спечення.

3.Аналіз існуючих схем шліфування показав, що метод двостороннього торцевого шліфування площин заготовок із важкооброблюваних матеріалів є найбільш прогресивним, а існуючі його схеми не ефективні при обробці заготовок із важкооброблюваних матеріалів.

4.Аналіз основних способів, які підвищують ефективність алмазного шліфування при обробці важкооброблюваних матеріалів, допоміг встановити основні з них: переривчасте шліфування, балансування заготовок у зоні різання, шліфування з керуванням різальної поверхні шліфувальних кругів, імпрегнування шліфувальних кругів, використання пружнодемпфірних елементів у процесі тонкого чистового шліфування крихких матеріалів, оптимізація основних характеристик шліфувальних кругів, змащувально-охолоджуючого технологічного середовища (ЗОТС) та режимів шліфування.

У другому розділі проведено теоретичне дослідження кінематики процесу алмазно-абразивного шліфування з метою встановлення довжини стружки, яка знімається з заготовки, для різноманітних схем торцевого шліфування.

Об*єм матеріалу, що знімається одиничним зерном із заготовки:

 

 , (1)

 

де L – довжина контакту різального зерна з оброблюваною деталлю; аz – товщина шару, що знімається одним зерном; b – ширина зрізу одного зерна.

Розрахунок розміру L здійснюється ще все ж таки приблизно.

На випадок прямолінійного руху заготовки параметричні рівняння, що характеризують траєкторію руху різального зерна А на зовнішньому діаметрі шліфувального круга (рис. 1) в координатах XOY з початком в центрі обертання круга, коли заготовка рухається прямолінійно, запишуться:

 

  (2)

 

де R1 – зовнішній діаметр шліфувального круга; кр – частота обертання круга; t – поточна змінна часу; V – поступальний прямолінійний рух заготовки.

Довжина траєкторії, що описується одиничним абразивним зерном буде визначатися:

 

  (3)

де    ;  ;  ;

 

де t1 – момент входу різальної кромки у виріб; t2 – момент виходу різальної кромки з виробу; Н – ширина заготовки; d – зміщення заготовки.

На випадок кругового (попутного і зустрічного) шліфування (рис. 2) рівняння траєкторії різальної точки:

 

  (4)

 

де   зовнішній радіус шліфувального круга;   зовнішній радіус заготовки;   частота обертання шліфувального круга; t – поточна змінна часу.

Рівняння довжини дуги контакту для зустрічного і попутного шліфування:

 

  (5)

де     – для зустрічного шліфування;     – для попутного шліфування;        ;  .

 

На рис. 1 і рис. 2 представлені графіки залежності (5) довжин дуг контактів від основних кінематичних характеристик. Їх аналіз дозволяє вибрати бажані області їх змінення. Установлено, що довжина дуги контакту одиничного зерна при умові, що заготовка рухається прямолінійно, в значній мірі залежить від

У третьому розділі проведена розробка переривчастих збірних шліфувальних кругів із стабілізованою різальною здатністю робочої поверхні. Зношений профіль торцевого шліфувального круга визначається складною нелінійною поверхнею. Робота та зношення в кожній точці круга:

 

 , (6)

 

де   – сумарна осьова жорсткість точки (керуючий параметр) ; jшл. кр. i – жорсткість зв*язки шліфувального круга; jос – осьова жорсткість шпиндельного вузла.

Розроблений шліфувальний круг (рис. 3) з керуючим робочим профілем найбільш ефективний для сумісного шліфування твердого сплаву і сталі (напайних різців) і складається із алмазних сегментів 1, корпуса 2, пружних елементів 3. Напайний різець може рухатися по прямолінійній або круговій траєкторії.

Алмазні сегменти, які здійснюють процес переривчастого шліфування на шліфувальній головці, розташовані по 3-х концентричних колах і мають різну осьову жорсткість – максимальну в центрі і жорсткість, що зменшується до периферії круга.

Жорсткість для кожного ряду пружних елементів, розташованих по концентричному колі, визначається згідно залежності:

 

 , (7)

 

де Jyш – жорсткість шпиндельного вузла в осьовому напрямку; R – радіус концентричної поверхні, на якій розташований пружній і шліфуючий сегменти; a, b, n – коефіцієнти, що враховують механічні характеристики шліфувального круга і оброблюваного матеріалу.

Наприклад, при алмазній обробці групи твердих сплавів на заточувальних верстатах, коефіцієнт а змінюється в межах 185, 5... 1, 51943105, b в межах 0, 58... 2, 47, n в межах 1... 3, осьова жорсткість шпиндельного вузла Jyш=7... 9107Н/м.

Для запобігання удару при врізанні шліфувальних сегментів у заготовку останні розташовані під кутом  до горизонтальної