автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Физические и кинематические основы высокопроизводительного алмазного шлифования

1 о О'гД №5

МИНИСТЕРСТВО 0ЕРА303АШП УХРАНШ

ОДЕССКИЙ ШШТЮНРЕКШ'Й -УШБЗРО^ТЕТ

На правах рукописи

НОВИКОВ 32Д0? ВЛСИЛЬЗШЧ

- -шзичзские и кйяггагачбскиб оснош шсохопроизводительного алмазного ашбовагея

Специальность: 05.02.08 - Технология маакностроектгя Специальность: С5;03.01 - Процессы кехакггаеско:!-

обработки; стает:;: н инструмент

Автореферат диссертации ка соискание учено:: степе:-::: доктора технических наук

Одесса - 1995

Диссертация является рукописью.

'обота гь'яолнена в ХарькоЕСкои Нгучно-ПроазгодстЕешю:.: Объеди-

нении "Прогресс" и НТК "ЛбразиЕ".

Научкът" консультант - Заеду;: екну-"- деятель катки :*. технкки Украину, Лауреат Государственно"- преют Афазии-', доктор технических наук, профессор Якшсов Александр Расальегач.

Опшпальнуе оппоненту;

1. Доктор технических ката, профессор Лебедев Ч-та.лнг.г.р Георгиевич

2. Акадегл-ш Акадешп Инглекернгх нате Укралшг, доктор технических ката, профессор ПроголошуАлександр 5?докш;о?пч

3. Доктор те^лгическил. ката, профессор Рарезуб Рлатг.:л:р Николаевич

Ведудая органлзашя - КаУчко-производстЕеккое объединение "£ЭД", г. ХарькоЕ

Бащцта состоите? " ЬО" 1995 г.

в /4 часоЕ на заседании Спегпзлизированного Совета Д 05.06.06 при Одесском государствекког,: политехническое университете по адресу: 270044, г.Одесса, проспект ШэЕчекко,1

С диссерташеГ: шхно ознаког.'лться е библиотеке Одесского государственного политехнического университета.

Автореферат разослан "_"_13ЭРг.

Учекрт"' секретарь Специализированного Сове: доцент

>

3

ОБЩАЯ лАРАлТЕРЖТ:!^ РАБОТЫ

Актуальность работы. Создание и аирокое пришнениз алмазных 1Ф7Г02 .ил гатериаков с повшеннкш $изяко-м8хазетес-

кими свойствами / твердые сплавь?, высокопрочные стали, покрытия, наплавки, керамики, ферриты и т.н./ стало еэжнкм фактором ускорения научно-технического прогресса в машиностроении, поеьыюния производительности и качества обработки. В особой мере это относится к алмазным кругам на металлических связках, характеризующимся высоко?: износостойкостью и производительностью обработки, обеспечивающим эффективное использование наиболее прочных синтетических алмазов. Их пришнение позеолило на ряда операций шлифования исключить из технологического шкяа предварительную малоэффективную обработку кругами из обычных абразивов, поеесить производительность и улучлить качество обработанных поверхностей. Вместе с тем,как показывает практика шлифования, такие круги не склонны к самозатачиванию, работают нестабильно, быстро засаливаются, теряют режущую способность и требуют частых прагок. Известные метода механической правки алмазных крутое на шталли-ческих связках., как правило, малоэффективны, б особенности правки кругов на Енсокопрочннх металлических сеязкэх типа №-01. Гораздо большими технологическим! возможностями располагают методы электроэрозионной и электрохимической правки. Рведение в зону резания или агтономно дополнительно'" энергии в виде электрических разряд дое или электрохимии позволяет исключить засачиЕание круга, обеспечивает поддержание его еысоко? режуще? способности независимо от прочности металлической связки. На рабочей поверхности круга формируется развитый ревущий рельеф, характеризующийся значительным Еыступанием алмазных зерен над уровнем связки и большим объемом межзеренного пространства, достаточным для свободного размещения образующихся стружек и других продуктов обработки. По сути, е процессе правки формируется принципиально ноеый алмазный инструмент с хороло развитым /регулируемым/ ренущим рельефом, что создает объективные предпосылки шлифования с поЕыаеннп/Ш параметрами срезов /увеличение толщины, длины среза и, соответственно, производительности обработки/. Однако на практике потенциальные возможности инструмента используются ке полностью-, обработка производится с применением режимов резания, кинематических схем и спосо-

бов шлифования, а также ¡хпифовальнь'х станков, трацишоннкк. для обычного айразлЕНого и алмазного шлифования. Это пригонят к поваленному расходу алмаза п увеличения себестоимости обработки и не позволит добиться существенного увеличения производительности обработки, не обходимого для элективного применения алмазных кругов на операциях предварительного шлифования при съеме болкяих припусков, т.е. алмазные круги используется в основном при чистовом шлифовании и доводке. Предварительное илий^вание, по-прежнему, производится кругами из обьтчнкх абразиноЕ с относительно низким качеством обработки. Такое ограничение применения алмазных кругов связано прежде всего с отсутствием теоретических основ алмазного шлифования и значимых теоретических решений, определяющих условия существенного поешшшя производительности обработки с учетом обеспечения экономически обоснованного расхода алмаза и высокого качества обработки. Б сеязй с этим представляется важном и актуальным решение крупно? научной проблема создания теоретических - -осное ллифоЕания ашлазнша кругами с хорошо развитым рвкудим рельефом /сформированиям за счет введенао в зону резания или автономно дополнительной электрической энергии/ на базе разработки глубоких. математических моделей кинематики процесса шлифования на уровне микросрезов и физики резания с учетом износа зерен, их силовой кагруженности и прочностных свойств круга и обрабатываемого материала для виязленяя, обоснования и реалнзаши физических и кинематических условий существенного поведения производительности обработки при сьемэ больших припусков.

АВТОР ЗАЩИЩАЕТ:

1. Разработанные теоретические осноеы алифоЕания алмазными кругами на металлических: связках с использованием электрофизякохишче-сках штодов правки, включающие установленные аналитические зависимости основных Физических и технологических параглэтроЕ шлифования; новы" подход к расчету оптимальных механических и электрических параметров режима шлифования; результата исследований, раскрывающие физическую сущность алмазного шлифования с позишг переменности величины линейного износа зерна до момента его объемного разрушения и гыпацэния из связки круга к постоянства величины нагрузки, действующе* на отдельное зерно круга.

2. .Выявленное и обоснованные кинематические и Физические условия

существенного пошиекиг производительности обработки за счет применение ноеюс соотношений шкцу глубиной шгас^овани«* Ь и максимальной /вероятностной/ толщиной среза Нтлх /^Нтд*,! >НыАк / и оптимальных значений величины линейного износа зерна до момента его объемного разрудения и Еыцацения из связки круга, обусловленных прочностными свойствами круга и технологическими ограничениями- обработки.

3. Разработанные высокопроизводительные способы алмазного шли<|о-Еания на осноЕе применения кинематических схем глубинного, многопроходного и сверхскоростного шлифования, реализующие новые области эффективного сочетания параметров режимов злифования и дополнительные высокочастотные колебательные движения круга или заготовки с больаой амплитудо?.

4. Математическую модель высокопроизводительного глубинного алмазного иШифоЕания с относительно небольшой скоростью заготовки и продольной подачек, близко? к гксоте вруга; установленную макси-' мально возшкную производительность обработки, обусловленную прочностными свойствами рабочей поверхности круга и технологическими ограничения® обработки, и реализующие ее оптимальные режимы резания.

5. Внедренные е производство процессы плисгования трудно обрабатываемых глатериалов алмазными кругами на металлических связках с использованием электроашзикохпмнческих методов правки, позеолие-лие в 2___5 раз увеличить произгодительность обработки при экономически обоснованном расходе алмаза и высоком качестве обработки.

Цель работы. Разработка теоретических основ процесса алифэ-гания алмазными кругами на металлических связках с хорошо развитым режущим рельефом 1д?уга /сформированным за счет введения в зону резания или автономно дополнительной электрической энергии/ .для реления крупной научной и народнохозяйственной проблемы существенного поЕьшение производительности мисгоеэнйя труднообрабатываемых материалов при съеме больших припусков.

Общая методика исследований . Методически работа выполнялась в три этапа. На первом этапе разработана упрощенна- кпнематическая модель шлифования идеальным нэизнащираемым крутом с учетом вероятностного участия зерен е резании, что позволило определить общие закономерности съема материала и (Тормообразования поверхностей е пределах цуги контакта круга с заготовкой и установить загиси-

кости основных физических и технологических параметров обработки. На втором этапе разработана уточненная физическая модель алмазного ллифоганиг с учетом износа зерен и прочностных свойств рабочей поверхности круга и обрабатываемого материала, что позволило приблизить расчетную схему шлифование к реальной и уточнить реления, полученные в рамках разработанное кинематической модели. На третьем этапе определена максимально возможна" производительность обработки, обусловленная точностными свойствами рабочей поверхности круга и технологическими ограничениями обработки, и на ее основе выявлены и обоснованы физические и кинематические условие с уде ст венного повылеки^ производительности и реализующие ее ноные способы, схемы и условия ¡ллпфоЕания, что позволило разработать и Енецрить высокопроизводительные процессы алмазного шлифования. Теоретические исследования проводились на базе основ технологии машиностроение п теории резани с материалов с привлечением разделов математического анализа, теории рероятносте» и сопротивление материалов. Экспериментальная проверка теоретических результатов проводилась по основным параметрам длифовани^: произвостельности и шероховатости обработки, износу алмазного круга, силам и энергоемкости алифовання, остаточным напр<аени"м обработанной поверхности при глубинном и многопроходном круглом наружном и плоском шлифовании алмазными кругами на металлических СЕязках в режиме их электрофизикохимической правки ряда материалоЕ: тиердых спда-еое и сталей в диапазонах регимоввшлифования, установленных на основе теоретических исследоЕани"-. Измерительная аппарата и средства контроле применялись стандартные. В работе прецискенн новые методики иссле.довали"*, состоящие е расчетно-эксперимэнталь-ном определении ряда бизических параметров, которые оппеачы в основном содержания работы.

Научная новизна. Автором лично разработаны теоретические основы шлифования алмазными кругами на металлических связках с хороло развита режущим рельефом и на их базе выявлены, обоснованы и реализованы кинематические и ('изические условие существенного повышение производительности обрабопш.состотцие в применении новых соотношений глубины ллифовзни^ Ь и максимальной /веротностнок/ толщины среза Í>H / и ^травлении величи-

ной линейного износа зерна до момента его объемного разрушения и выпадения из связки с учетом прочности^ сео^стр рабочей поверх-

ностц круга к оснорных технологических ограничена"- обработка, что позволило разработать высокопроизводительные способы алмазного глубинного,многопроходного п снерхскоростного ШЛИфОЕЗНИЯ / реализующие новые области эсТгектиЕНого сочетание параметров режимов шлифования и дополнительные высокочастотные колебательные движения круга или зэготоеки с использованием методов элек-трофизикохимической правки круга/ и решить вакнуга научную и народнохозяйственную проблеет рационального применения алмазных кругов на металлических связках Езамен кругов из обычных абра-зиеов на операциях шлифования труднообрабатываемых материалов при съеме больших припусков.

Досторевность полученных результатов. Достоверность результатов и вееоцое, представленных в работе, следует из сравнения теоретических результатов с собственными и полученными другими авторами экспериментальном! данными; сопоставление решений с известными в литературе и полученными другими, методами.

Практическая ценность и реализации работы. Практическая ценность научных результатов состоит в том, что они определяют новые области эффективного сочетания режимов шлифования алмазны?.® крутами на металлических связках, позволяющие повысить производительность обработки при существующем оборудовании и алмазных, кругах в 2...5 раз и показывающие пути создания новых шлифовальных станков и алмазных кругов для повышения производительности обработки до Ю раз и более. Разработанные высокопроизводительные процессы алмазного шлифования внедрены на предприятиях тякелого малипостроения, автотракторсельхозмала, станкоинструментальной, электротехнической промышленности Украины и стран СНГ для обработки твердосплавных и быстрорежущих инструментов и ¡ц^яюе, детале« из высокопробных графитов и срерритоЕ, деталей двигателей из труднообрабатываемых сплавов. Разработанные мето.цики расчета оптимзльпнх ре:кимоЕ ¡¡ипкТования использованы татае при проектировании станков дл<т сверхскоростного шлифования со скоростью крута до ВДО м/с, .для автоматизи-. рованной подготовки управляющих программ дл^ станков с ЧПУ и т.д.

ОбщяР экономический эгфект от рнедрений результатов работы, подтвержденный нормативными документами, составил серше-1,0 млн.руб. в год /ыены 1391 года/.

Аптюбаыи ^ т-аботы. Основные палокею!^ и результаты, представленные с диссертации, цокладыгались на трех "ехдународкых конференциях /г.Киев, 1331; Уилкольи, Ренгриг, 1й2 и 1Э9$/, пяти Всесоюзных конференциях /Харьков, liSl и 1ЭТ4; Подольск, 1382; Пермь, 13S3; Краматорск, 1S82/ и Еосешадпати Всесоюзных и Республиканских. семинарах. /Москва, 1983; Одесса, Г987, 138 9, 1933; Киев, 1Э31, 1332, 13ВЭ; ХарькоЕ, 1S32, 1986, 1*ЭЗ; Барнаул,1369; Пенза, 1982; Краснодар 1383; Днепропетровск, 1SQ3; РолкскиРД¿81; Хмельницкий ДШЗ; Севастополь,1937; Курск,1934/. Диссертация полностью докладывалась на заседаниях кафедр "Технолотая маляшо-строения" Одесского политехнического института, Тульского политехнического института, Ульяновского политехнического института, Челябинского политехнического института, на заседании кафедры резания материалов Харьковского политехнического института, на заседании секши специализированного совета Института сверхтвердых материало им.В.Н.Бакуля.г.Киев.

Публикации. По теме диссерташи ош/бликоЕано SO печатных работ, получено 7 авторских свидетельств.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, девяти глаи, общих выводов, списка литературу и приложения. Работа изложена на 313 страницах машинописного текста, содержит 105 рисунков, 50 таблиц, список литературы из 195 наименований.

0СН0Ш0Е СОДЕРЖАНИЕ, РАБОТЫ.

Работа поСЕядена решению проблею повышения производительности алмазного ллифования труднообрабатываемых материалов при сьеме больших припусков. Отличается, что известные процессы алмазного ¡шшфования /включая глубинное и многопроходное/ не могут быть рационально использованы вследстиш относительно низкой производительности и высокого износа круга. Увеличить производительность шгифованиг mctího nvrew применение алмазных кругов на металлических связках с использованием электро^пз1Г"о:с::.11'"С".сс гегоцог их правки. Показано, что для элективного ведение процесса длифования указанными кругшла / за счет поддержание их "острого" режущего рельефа/ необходимо выполнение условия примерного равенства скоросте'" износа зерен и сг^зки. С Физической точки зрени" это означает равномерное во времени /периодическое/ выпа-

дение из срязкн наиболее гкступаодих зерен пои действием предельных нагрузок со стороны обрабатываемого материала. Очевидно, чем Екае прочность удержание зерна с связке, тем Еюе ресурс его работы. Следовательно, повысить эффективность зяасТования мо:кко за счет еыполнзш'г условия равенства "трех сил": силы, де^ствущей на зерно; силы, удерживающей зерно в сн^-зке и разрушающей зерно силы, т.е. необходимо чтобы моменту выпадения зерна из св^ки предшествовало его обьемное разрушение. Соблюдение этого услоеия Еозмоано т/тем регулирования величины линейного износа зерна до момента его выпадения из связки /степень затупления зерна/ за счет применения оптимальных электрические параметров электросси-зйкохншческях методов правки крута. Рыбор оптимального значения величины линейного износа зерна необходимо производить из усло-ви^ обеспечения максимально возможной производительности обработки с учетом прочностных свойств рабоче« поверхности круга и технологических ограничений обработки.. Из- этого следует, что решение проблемы существенного ШЕкаенир производительности шлифовали г алмазными кругами с хорошо развитым рехущим рельефом /сформированным за счет использование методов электрос/изикохимической правки/ сводатс" к определен!® оптимальных значений величины линейного износа зерна и реализующих их оптимальных значений электрических и механических параметров режима дяафоЕання, обеспечивающих. выполнение условп!" равенства "трех сил".

На рис.1 приведена блок-схема предлагаемого релени% согласно которой связь ме:?.ду входкгш и геходош /технологическими/ параметрами щлпФоггнпя осуществляете" посредством блока кинематических и блока гт;зят'ссп.х парамзтров,и так-се величины лине "него износа зерна X . Пзглзня^ пеличяну X с '/четом наличия обратно? св^зи мотаю в широких пределах изменить кинематические, Физнчес-кне и, соответственно, выходные /технологические/ параметры ала, наоборот, входные пэраштрк с гелыо постижения- требуемых выходных параметров. Предлагаемое решение тляетег новым, т.к. в теории шлифовалиг и на практике вопросы управления величиной с позиции выполнения условий равенства "трех сил" не решались. Известии решета^ по управлению высотой выступали^- зерен над уровнем связки круга, используя электрохимическую правот. Однако они не предусматривают выполнение услови1'равенства "трех сил"

р-:од?;гс ПАРАГ.'ЕТРН

х . о -Л"с.::т9г::стп:-а. круга и заготоягс^ Параметры ре:ллма* шлифования

1. о ^ • КЕЗ!.1АТ1'ГЕС1С-!Е ПАР-АГ.!2ТРЫ Таллина и площадь-поперечного сечения среза Дд-на и г?оггл среза

1 г

4 о * и • ЙЕЖСЖ ЕАРА.\Г7ГРЫ Условное напр яке ние "сеэания Нагрузка, цз^стрто-дая ка зерно Скорости износа зерен л связки

тзЕганА лесного НЗРОСА ЕРРА X

У

1. «о « з. ^ХОЛЗЧЗ РАГА'-РГГРУ Иг сп з в о лл те льк ос ть обр аб от ки Износ крута и себестоимость обработки Сляг :г гзкэгагура резания Чистота и точность обработки

Р::с.1. Рзапмосвязь пзсаметгов нрогесс?. атигования

Рис.2. Расчетная схема процесса ллис'огания 1- крут, 2- рет.удпе зв-на, З-" линия, огг.е"вл^одяя по/тохение условно" поверхности розалия, 4- цилиндрические ободочки, котортеи представлен снимав:."^ прапуск/б- заготовка

за счет регулирования величиной X .

Длгт реализации преплененного решения и. соответственно выявления и обоснования условия существенного повышения производительности алмазного шлифование, в работе разработаны кинематическая и Физическая модели процесса, которые в совокупности дают достаточно полное представление о физической сущности и основных закономерностях процесса и определяют теоретические основы алмазного шлифования.

Сущность кинематической модели состоит в установлении закономерностей скема материала и формообразования поверхностей едоль дуги контакта круга с заготовкой. Необходимость разработки такой модели связана с тем, что е известных расчетных схемах, например, предложенной 5.Н.Масловым, зона шлифования рассматривается е виде "пятна контакта" круга с заготовкой1, р пределах которого все зерна равнонагрукены и работают в одинаковых условиях. В действительности, в св^зн с криволинейным характером контакта круга с заготовкой, разновысотннм расположением зерен на рабочем-поверхности круга и их вероятностном участии в резании, процесс шлифования подчиняется более сложным закономерностям и, следовательно, не монет в полной мере быть описан усредненными параметрами, например, средней толщиной среза и т.д. Об этом свидетельствуют ватаге теоретические результаты, полученные е последние годы с использованием теоретико-вероятностного подхода в теории шлифования Д.Г.Евсеевым, С.К.Хорчаком, А.Е.Королевым, Ю.К.Новоселовым, В.И.Островским, А.Н.СальникоЕым, А.Н.Резниковым, Л.Н.йшшоновнм, Л.В.Худобяным, A.B. Якимовым, Н.Д.Азгрутинш, О.Б.Федосеевым и другими исследователям.

Основу разработанной кинематической модели шлифования составляет аналитическое решение об описании границы загериения диспергирования рекущими зернами материала, подводимого в зону реза-HI1", вдоль дуги контакта круга с заготовко"". Следуй рис.2, Гранина проведена по Еершизам шкронеровностей обрабатываемого материала, имеет слотатоо конфигурацию, соединяет обрабатываемую поверхность с обработан®)"- и, по аналогии с лезвийно* обработкой, определяет положение условной /вероятностной/ поверхности резания при шлифовании. Характерные точки вранипы являются основой для расчета физических и технологических параметров шлифования /максимальной толщины среза, параметров шероховатости обработки,

фактической длины цуги контакта круга с заготовкой и т.д./, что позеолчзт с единых позиций вполне однозначно аналитически описать закономерности процесса го реем /гозмсткном/ диапазоне изменения глубины шлифования, еключэя многопроходное и глубинное шлифование.

Расчета:.® установлено, что положение границы определится соотношением .двух параметров- максимальной /вероятностной/ толщины среза Нгкйд и глубины шлифование . в случае Ь< Нисад /многопроходное шлифование/ граница принимает примерно симметричную -форму относительно 'осевой плоскости шлифования, в случае "Ь ^Нйигх /глубинное шлифование/ - ассаметричную форму. Расчетам! установлено, что процент работающие зерен для случая 1:>Н|кй>сос-таЕЛяет приблизительно 50?, а ДЛ" случая-^ Ныл* - /т.е.

зерна проходят почти "след в след", что, как будет показано выше, (-тлеется га;шым фактором увеличение производительности обргботп;/.

В случае "^Ниищ зависимость для определения полакекия границы принимает простой еид:

а/

где "¿7 - координата текущей элементарной цилиндрической оболочки, которыми условно представлен в расчетной схег.в снимае мый припуск,м. Соответственно параатры границы Нтд* иХи^л.ч /параметр ¡лерохо-ватости обработки, м/ описьшаотс^ зависимостями

* 1

\ иг'У^р > '

/2/

/3/

где X - зернистость круга,м; И'- - объемная концентрация круга; Уз^г , - соответственно, скорости заготовки и круга, м/с; р= + ; Яэаг , £ вР " соответственно радиусы заготовки и круга,м.

Приведенные е табл.1 значения толщины среза, полученные по расчетным зависимостям ряда авторов, показывают на большое рас-

Таблица 1

Расчетные значения толщины среза, Нт»>-х /Езгг = 30 10~3м; ЦКр = 150 10"V, X = 0,225 10"*м; т = 100; \4р = 30м/с; Ь =0,1 10~3м;

Автор : . Автор : 1.Е. К. '.'[аслов! Г .Б .Лурье: А. Н. Резни- -1экспери-

работы ков | мент

14,7 0,007 1 0,12 ! 1Д ! 13,5 >

хождение расчетных и эксп-фикентальных данных. Например, для расчетной зависимости, предложенной Е.Н.!,!асловым, это расхакде-ние превышает 1030 раз. Наиболее правильны": результат получек с использованием зависимости /2/. Имеющиеся здесь расхождение расчетных и экспериментальных значений Нли* --0^/ связано с тем, что в кинематической модели не учитывало- износ зерен.

Полученньте результаты уточнены в раг.гках разработанной в работе физической модели шлифования. Установлены расчетные зависимости, которые содержат новый безразмерный паралвтр ^ = —, определяющий степень линейного износа зерен и изызняющийся в пределах 0...1 /для "острого" режущего рельефа круга ->-0 > да я затупленного ( /'■

н

¡ИйХ

т-кГ-Уы-?'5' 9е'5' (<_-».* Л0,33

Ии • \>ср ■ (1Я \ )

/V

Ю ■

(1+Ь)

ЗС- X*' У*ОТ' Рс'5

т ■ V,

/5/

С учетом параметра ^ (^ >о) значени- Нгпа* к снижаются,

следовательно, уменьшаете- /и да\е устранится/ расхождение ме;ж-ду расчетными и экспериментальными значениями Нмах > прпЕецен-ными в табл.1. Сравнение экспериментальных значений максимальной толщины струит с соответствующими расчетный значениями параметра Нж.а* показало их приблизительное совпадение при

ь — 0,2, табл.2. и

Таблица 2

Расчзгаь'з зл'Ленлг Имлу и акс горга-е нталыше значения максимальных толуин струкек в мм /исх. даннке: m- =100; X =0,2 10"3м; = 33 м/с; Икр =0,15 г.:; R3ar = 0,02 ?.:/

йп/п Редпм ллисования V/ Максимальная

i ,f".i (VW 1 w мин 0 0,2 |0,5 1 толщина стручки

1. 0,05 0,5 0 ,0150 0,010 0,0071 0,013

2. 0,05 0,8 0,0154 0,0124 0,003' 0,013

о о. 0,05 1,0 ■\1<-7 0,013г 0,0031 0,013

4. о пц \J , 2,0 0 ,021 0,0170 0,0115 0,013

5. 0,1 0,5 0,0143 0,0113 0,0031 0,014

6. од 1,0 0,0187 0,0151 0,0102 0,015

7. 0,1 2,0 0,0235 0,0191 0,0129 0,014

о. 0,2 0,5 0,0157 0,0135 0,0031 0,015

J. 1 2 1,0 0,0210 0 ,0170 0,0115 0,017

Из этого следует, что учет величины линейного износа зерен X /посредством параметра ^ / 2 расчетных зависимостях позволяет привести в соответствие теорию и практику ллифования.

'Аз всех входящих е зависимости /4/ и /о/ параметров наибольшее Елияние на Нисд» иТмиду оказывает £ . Это указывает на пре-обладаащую роль величины ^ в Формировании основных физических и технологических параметров длиооганни подтверждает выдвинутую гипотезу об эффективности упраЕЛени^ процессом шлироезния на основе регулирования величиной

Для установления значение у. , удовлетворяющего условию равенства "трех сил", е рамках раэработанко"- Физической модели 'ллл-сования получено новое аналитическое, определяющее условное напряжение гезанпе б и коэ<Т»?шглент резаная пг-и иигаФоБапии Кш :

6=

ICai

/6/ /7/

где _f - коэффициент тренпт;

предел прочности обрабатываемого материала на сматпе,

Следуя зависимости /б/, параметр <0 при обработке данного материала определяете г- ляль коэффициентом Кш • Чем он больше, тем меньше <о , т.е. добиться ешкекия б модно за счет поддержания на рабочей поверхности круга развитого реяущего рельефа; применения эффективных технологических сред, снижающих трение круга с обрабатываемым материалом; прерывистого штфоваки«, обеспечивающего работу круга в ре.-хкме самозатачивания н т.д. Пара\втры режима ¡шпигования и характеристики кр.тга непосредственно • влияния на б не оказывает, они связаны с б" посредством коэффициента • По сути, зависимости /?/ и /7/ определяют аизическую сущность процесса шлифования, что :гаэет важное теоретическое п практическое значение.

Достоверность, полученного решены." оценивалась эксперт/в нта-льно на основе сравнения значений ^ , полученных в соответствию, с зависимостью /7/ с учетом экспериментальных данных 1Сш и полученных по зависимости /о/ с учетом экспериментальных данныхНуца*, рпс.З. Расхождение значений % не превышает 20ч, что указывает на достоверность теоретического решения.

Мнаситель /1- ^ / в зависимостях /4/,/5/ макет быть вырат.ен через. Кш исходя из зависимости /7/

J то по-новому гскрняает гТизическта сущность шлифования, состоящую г том, что все основные параметры определяются не просто коэффициентом резания при 'шлифовании или коэ?-фншентом трения ра^ущих зерен с обрабатываемом материалом, как это принято считать б теории;! шлифования, а их разностью /Кш-,/ /, которая по мере затупление зерна Кш £ стремите- прянуть нулевое значение и приводит к прекращению сьема материала. Данная закономерность хорошо согласуется с экспериментальными данными Г;!.Д. Узуняна, согласно которым коэффициент КГц) при алмазно-искроЕом шлифовании твердых сплавов меньше, чем'£ш при обычном алмазном шлифовании на величину коэффициента трения обрабатываемого мате-

\

%

С, 3 0,2 ¿.1

мг/г 20

Ю 6

0,1 0,2 о.ъ

v» I i

7 i ( i

у-2

Рис..3. Зависимость ь, от глубин!' ШЛИфОВаНИя'

1 - по данным Кш

2 - по данным На

Обр.мат.- Т15К10, ксуг -1А1 300 :с 25 АСб 200/160 ГЛ. -10-4, Уц. =35м/с ,

Уиг^мЛта;, =0,0

Бис.4.Зависимость относи: льного расхода алмаза <\-от глубины ¡длисгования Ь Обр. мат.-Ш5, круг -1А1 300 х 25 АС5 250/200 М1 -02-4, \Л:п= 35м/с,

=0,э

1 1 =1м/мин,

2 - У\гг=3^мин,

е-

V«

.гг

=6м./мин

О ОД 0,к 0,6 с, й I им

хсо

и г. **

■с Си

негой

7:1С.п.Зависимость пропзводитель -пости шлифования и от глубипы ¡¡шикования Ь - -л

Исх.данныз: Иъ- =100, л =0,2x10 : р Ь'"' .

Б =22,5х10"°'М, р уч,=30м/с,

1 - 5 =400мкм2 ,

2-5 =300ькы2 ,

3 - 5 =1600мкм2 , <-.-•• 1

о о,с2 с,си с,се ми

риала со связкой круга, т.е. введение электрической энергии в зону резаниг позголлэт практически исключить трение обрабатываемого материала со связкой круга, а следовательно, разность /1Сш~$ / определяет коэсоишент "чистого" резания без учета трения обрабатываемого материала со связкой круга.

Используя зависимость /в/, установлена связь ьв-кду Ееличако" £ и нагрузкой, действующе? на максимально выступающее зерно Р

Следу« зависимости /9/, с увеличением £ , т.е. по мере затупления зерна, нагрузка Р возрастает. Следовательно, СУщеетЕуют такие значения ^ > нр-которых нагрузка Р принимает значения, соотгетствухи'де прочности зерна на раздавливание /разрула-ошвй нагрузке/ и прочности удержания зерна в ся-зке. Существует также значение £ , соответствующее условию одновременного равенства прочности зерна на раздавливание и прочности удержания зерна е СЕязке, т.е. обеспечиЕаэщего выполнение условия равенства "трех сил". Уто подтверждает основную предпосылку работы о сушестЕОЕании условия равенства "трех сил" и возможности его реализации на основе управления величиной линейного износа зерна /е данном случае определяемой ^ / за счет применения оптимальных электрических реяимоЕ электрофизикохимической прарки круга. Ochofo"' для выбора оптимальных электрических параметров кокет быть условие поддержания постоянной е процессе ллифовани^ заданной /расчетной/ силы резания Рх = (о ' Q/V^p или мощности резания Г\| = P^-V^p» /где Q. - производительность обработки,м3/с,

£______/ю/

т-<л-х3- Vw Iе'*-/'5 (2-[6Ы0'5

Расчетные значения Iz. и [\J соответствуют оптимальному значению

^ , установленному по зависимости /9/.

Предложенное решение положительно отличается от известного решения, связанного с управлением высотой выстуиания зерна над уровнем связки круга за счет использование электрохимической правки, ¿то обусловлено тем, что величина оказывает определяющее влияние на условия Формирования основных физических и тохнологических

параметров ллагогания, а Еысота Енстуяашк зерна нац уровнем ятлязтся своего рода "инструментом" для реализации заданного значения ^ , т.е. величина является первичным, а высота выступали я зерна над связко" - вторичным параметром управления процессом ллифования.

Учитывав то, что паражтрОэЛсж определен не для всех обрабатываемых материалов /в частности,, композиты" материалов/, г работе получено приближенное реление дл^ расчета основных пара-1.ЕТ-ООВ иишфоЕания

..- 1 А (С30.ДГ- X3■ Узог- Г' - о°'5-А2 \ г"1 Р V' ^-У^.р2 * )

н _ I Уз,г ■ рс'^А2 \

/и/

/12/

А, ( ^■Укр-Р*____) 2>;-1 /13/

где А - параувтр, определяющий прочностные свойства обрабатываемого материала; \ь - показатель энергоемкости процесса /и, = = 0,5...1,0/.

Р табл.З приведены значение А и Р , полученные расчетно-эксюри:,и "тельным путем на осноге экспорт.®нтсяьккх даяикс Р^ , и теоретических зависимостей

X 4рт" д4/

л~ ' Узаг ;

•р- /15/

2,64-В-Л ^.Уз.г - )

Установлено, что при ллийогаши алмазными кругами па г.втал-лпчзских связках с использованием электроэрозионной праиш параметр А /для Н- =0,75/ остается приблизительно постоянным в »¡проком диапазоне пзг/вкения решшн .шфования. Некоторое утлзнь-.¿зние параметра А с увеличением ^¡ц-и "Ь связано с повышением температуры рез&кнт и снижением прочности обрабатываемого ма-

тзрпада,что хорошо согласуется с соот^етствуодими эксшрпменталь-нж! даннп.Е1 СЛТ.Корчака.

Таблина 3

Значения параметров А и Р /круг 1А1 310x25 АС^ 200/150 - 100? -?Ю4; обр.мат. -Т5Т-10, У^ = 35м/с; 2> = 22,5 10" эм/

У»,- .м /ган 5 5 5 ' 10 10 • 10

■1- Ю_3,м 0,05 ОД 0,2 0,05 ОД 0,15

А ■ ю5 .н/м1,25 5,34 5,14 4,76 4,52 3,51 3,4

Р ч 1, 32 1,68 1,73 1,73 1,53 1,65

Данная закономерность выявлена .для различных характеристик •футов, обрабатываемых материалов и схем шлифования, в ток числе на основе экспериментальных данных ряда авторов. Так, например, при плоском многопроходном шлифовании алмазным круток на органической связке быстрорежущей стали Рв'.'Б параметр Д с изменением ре:хпмоЕ шлифоЕашя изменило^ е "узких" пределах /10... 13,^/ 10® НАг*"'^, а при круглом врезном шлифовании алмазным кругом на металлической связке 122-01 стали ХБГ и стали 45 /по экспериментальным данным мощности резания и шероховатости обработки, полученным Д.А.Пзшкоеыц/- в пределах /13. ..15/ Ю^/м1,25, т.е. независимо от схем шлифования и характеристик круга параметр А принимает приблизительно одни и тев:е значения при изг.®нении режимов шлифования е широких пределах. Аналогичные результаты получены при заточке твердосплавного инструмента совместно со сталью /по экспериментальным значением силы резания и шероховатости обра- . ботки, полученным И.П.Зэхаренко и а.А.'ЛепелеЕым/^парамзтр Д изменялся в небольших пределах /8...10/ 105 НДт1^5, т.е. параметр Д достаточно объективно характеризуетсопротивлгемость материала резанию и макет быть использован для опенки обрабатываемости материала шлифованием.

Из табл.3 следует, что параметр Р в. установившемся процессе шлифования, независимо от условий обработки, остается приблизительно постоянным, близким к разрушающей нагрузке. Аналогичные данные были получены при шлифовании алмазными кругами на металлических связках других характеристик. Этим показано, что пара-

метр Р при шлифовании независимо от услоеий обработки остается приблизительно постоянным, а переменным является параметр £ /е соответствии с зависимостями /9/ и /11//.

Это принципиально ноиое решение, т.к. е теории шлифования принято считать перемени™ параметром величину нагрузки Р , действующую на зерно, с изменением которой СЕязывают услоеия изменения осноеных физических и технологических параметров: износ круг, силы и температуры резания, параметров качества обработки е зависимости от услоеий шлифования. В действительности, изменение указанных параметров происходит не за счет изменения параметра Р , а за счет изменения Ееличины .

Сделанный еыеод Еытекает, е частности, из зависимости для расчета относительного расхода алмаза с^ .характер изменения которого определяется величиной ^ .

о. = 4 /16/

/ рн-Ум • ь- %

где ^а.^м ~ соответственно, плотности алмаза и обрабатываемого материала, кг/м3; АI - линейный износ зерна за одно касание с кругом,м; X - коэффициент,учитываздий плотность сеяз-ки е зависимости от концентрации алмазов. При т.е. с

увеличением при Р = СопбЬ в соответствии с зависи-

мостью /11/, относительный расход алмаза , что хорошо

согласуется с многочисленными экспериментальными данными различных аятороЕ. Например, с известными экспериментальными дачными А.О.Сагарды по анализу выпавших из связки алмазных-зерен, когда с увеличением глубины шлифования количество выпавших зерен с площадками износа /что соответствует сшгхешю величины уменьшается. Вгоро"' ваиной особенностью зависимости /16/ является ее экстремальность. Нетрудно видеть, что при изменении Ь , К а,г с уютом зависимости /10/ функция- проходит точку минимума, т.е. существует экстремальное значение , которое для к =0,75 равно ^3^=0,88. Приведенные на рис.4 экспериментальные зависимости о^-1 для различных значени"- \4д,г хорошо согласуются с результатами аналитических исследований. Так, с увеличением Узы минимум С^ возрастает, а экстремальная глубина шлифования смещается в область меньших значений "Ь ,

что свидетельствует о возможности снижения С^ в условиях глубпн-ного ллиФоргига«- с относительно небольшой скоростью заготовки. ¿Экспериментально подтверждено, что в точках млни:~гма относительного расхода алмаза, независимо от сочетание параметров режима шлифование, неличина линейного износа зерна принимает практически одно значение, соответствующее приблизительно ^ =0,-53.

Теоретически установлено, что аналогично относительно?.?/ расходу ачмаза , по экстремальной зависимости при Р=СбМ^с уге-личекием Ь изменяете г себестоимость обработки С , представленная I; работе в безразмерных величинах

- с,зу иг (ь 0,12 ■ 4254У]), /17/

, _ "Ь 1 _ \4ги-

вде оц — ' I ) йС^ — ~Т}----'

Тэкстр " Узаг^стр

"шишмум себестоимости достигается при ^—0,75. данное теоретическое решение соответствует многочисленным экспериментальным данным, приведенным в нау^но-техническо-"- литературе, согласно которым, себестоимость обработки с увеличением глубины шлифования проходит точку минимума. Зтим доказало, что экстремум себестоимости обработки обусловлен изменением величины ^ при

Установлено также, что экстремальные безразмерные значения себестоимости обработки, относительного расхода алмаза и соответствующие им значения • глубины шлифовани^ отличаются лишь постоянными ьнокателяьи. Следовательно, оптимизации параметров процесса шлифования снодится к определению оптимального значения в соответствии с зависимостью

ГДв ^о — оС ^ • с/^о .

Зна." оптимальное значение ^ , по приведенным расчетным зависимостям определяются остальные параметры дотирования. При этом величину Р следует принимать равно-"' предельной нагрузке на раздавливание зерна /взятой из справочной литературы/, что позволит реализовать условие равенства "трех сил" и повысить производительность обработки. Прочность обрабатываемого материала учитывается параметром[(9]сж/из справочной литературы/ пли с исполь-

зованием параметра А , остановленным расчетно-эксп?ршленталькым -путем. Таким образом в работе разработано два подхода к расчету параметров лдифх>?аниг: "часто" аналитический с использованием справочных данных Р ДбЗежи приближенно, требами"- ire^a;::» дельного определения параметра А «■

Полученные решения о переменности величины ^ и постоянстве р при шлифовании позволили выявить, обосновать и реализовать условия существенного повышения производительности алмазного шлифования. Для этого определена максимально возможная производительность обработки, обусловленная прочностными свойствами рабочей поверхности круга, т.е. при Фиксированной /предельной/ площади поперечного сечения среза ^ =0. Значения

параметра У , равного проценту работающих зерен, приведены в табл.-!.

Таблица 4

Расчетные значения У при 10-10-ом.

t - 10~S,m 1.0 5,0 10,0 50,0

0,0865 0,1525 0,4313 0,-,/± 0,44

Л _ V2 '-nt-Vep-B i/t Г Нниуу 1 /1Q/

Q - tfo-x-x Vjr • [Tlur + ¿>т /13/

• = Л /20/

где Ь - ширина круга,м; '4;гт = -¿т + ¿"Ь; = + (к- 1 )■{., \ г - координата текущей элемзнтарной оболочки, которыми условно представлен снимаемый припуск,!,:; IV - число проходов круга.

Установлено, что в общем случае производительность обработки 0. с увеличением глубины гшотторания "Ь изменяется по экстремально" зависимости, проходя точку гдшпмума, рис.5. Скорость заготовки при этом непрерывно уменьшается. Доказано, что в точке минимума 0. глубина ляи^овани ^ "Ь ранка пар ах.® тру И пах. Это соответствует переход1/" от схокк многопроходного /£ ^ Н тдх / к схеме традиционного глубинного шикования

С физической точки зрения шнимум 61 при 5=с&илЪ обусловлен

vwr = д4р. j Т^г

1 v<

- т •v.-.ч-

tтг

I

Ус - KPt. . \r:-y./j

u>lt.t.....

jl

; • ',/i

'I , t2»tl

"" ~ о ^ tl,

önp t > T

t

2n ^ v«

Vur

"vw - v^,

VW

v( '

Vwr 6)

v,p\\

«?Пр • •• ' •"

S* = 1

SP»

iSVlft

e)

Рис.6. ВысокоптоизЕОЦительные способы лтифования

qho;

Им^/н/и ' 10

5 О

1

0,2 C,k l)MM

Рис.7.Зависимость производительности обработки Q, от глубины лтаго-нания t

Обр.мат. - Рх-3, круг - 1А1 300x25 АСБ 250/200 Ьй - 02 -4, Уц,=.огм/с,

$4=0,9 ^

1- скорость лннз"пого износа круга ^ =0,005мм/мин,

2 - скорость линейного износа ' круга ^ =0,01мм/мин

сущастгоганпеи самой коротко" по длине струкки 4 I /рассматривая производительность обработки пропорциональной 8 А1/ , поскольку с увеличением и уме ньазкием глубины сшифования "Ь , начиная со значения "Ь— душна стружка Д £ возрастает /я первом случае за счет роста длины дуги контакта крота с заготовке", го-втором - за счет увеличения •

Проведенный анализ известных г.втодов алмазного и абразивного ллпфоЕанпя показал, что все они, кале правило, реализуют условие 'Ь — Нни>, т.е. минимум О, . Очевидно, .для абразивного шгафо-Еакия это эффективно,т.к. за счет больлих нагрузок на зерна обеспечивается ре:;шм интенсивного самозатачивание круга и поддерживаете ^ его высока^ ре;:сущая способность. Для алмазного шлифования это условие приводит к повкаеиному износу круга, что, собственно, и предопределяет низкую эггективность приг/Енени" алмазных кругов при высокопроизводительном али(Тованип и непелесообразность их использовач!1я взамен обычных абразивных кругов при съеме больших припускоЕ.

Полученная экстремальна" зависимость (¿.~Ь определит кинема-тич8Сг:ле условия существенного повышения производительности обработки, состоящие е реализации новых соотношений ме:кду параметра-1ЛИ ^ И Ню. м.й.% ,"{^>Ни1дх/>т.е. е реализации левой и Прагой ветвей зависимости. Разработаны способы шлифоЕания /в т.ч. на уровне изобретения/, реализующие левую гетЕЬ зависимости ^ , которые основаны на применении схем шогопроходного /рис.6а/ и глубинного /рис.66/ круглого наружного ллжТовачия с относительно большой скоростью заготовки, близкой к скорости крута, глубинного круглого наружного шлифования периферией круга с относительно небольшой скоростью зэготоеки и больлой продольно"' подачей /pnc.fiв/, глубинного круглого наружного шлифования с относительно небольшой скоростью заготовки и дополнительным тангенциальными высокочастотными колебательными движениями круга больлой амплитуды /рис.бг/, глубинного плоского торгового шлифования с использованием дополнительных: высокочастотных колебательных движений круга или заготовки в направлении, перпендикулярном направлению подачи круга /рис.5д/. Установлено,что эффективность шпигования е данном елтчае обусловлена прохождением зерен почти "след е след" и возможность» увеличение Ни<йх при фиксированном

значениии 5 /т.е. нагрузки на зерно/, что позволяет обработку нести с больно"- скорость круга Vk-p, до й00 м/с и выле. Применение таких услови" обеспечивает увеличение производительности обработки в 10 раз и более, что хорошо согласуется с опытом зарубежных станкостроительных ггирм, которые еьшли на создание ллиео-вальных станков со скоростью круга до Э00 м/с. .

Реализация предложенных схем щлифоЕания требует создания НОЕЫХ станков с большими CKOOOCTЯМИ заГОТОЕКИ и круга, е связи с чем в ЭШ1"'С /г.Москва/ переданы результаты исследоваки" автора для.проектирования п изготовления гаммы стэнкое с ЧПУ для сверхскоростного лдифования со скорость?: круга до -00 м/с. Создание таких станкоЕ позволит кардинально изменить содержание ллифоваль-ных работ. Основной кинематической схемо-"-, реализующей праву» ветрь зависимости Q—i , ярляетс^ глубинное круглое ¡¿лисование с относительно небольшой скоростью заготовки и продольной подачей, близкой к высоте круга,pnc.i.e. Эффективность схемы обусловлена, пре;кде всего, увеличением t и, соответственно, площадью обработки.

Например, при сьеме припуска величиной"' до 50 мм за один проход круга, т.е. увеличении t в 1000...5100 раз по сравнению с обычным многопроходным атакованием, производительность обработки в соответствии с зависимостью /21/ мот.ет быть увеличена в ЭО...70 раз, что хорошо согласуете- с опытом применения глубинного абразивного ллитояанп где достигнута производительность обработки & =10000 г.м3Д-ин ta// и выше /по данным П.И. яде рицина/. ЗогТективность схе?Ф' обусловлена такае реатазате" более высоких значений Р и сктсением ^->0 /определяющих ёизические условия поеыщекия производительности/, что обеспечивается применением прочных алмазных зерен и металлических связок, эстфек-

тинных методов электрофизикохимической правки кр.^га, позволяющих поддерживать ка его рабочей поверхности развиты^ рехташй рельеФ. ллиговачие с заданным оптимальным значением /опреде-л.ге.м'м экономически обоснованным расходом алмаза/ дост;1гается за счет установления скорости заготовки У^- в соответствии с зависимостью /22/ и электрических параметров правки круга из условия р^ , М = ссмЬг.о зависимости /10/.

Теоретические результаты подтверждены экспериментально, рис.7. С увеличением "Ь /при посто-ттно" скорости линейного износа круга, что соответствует приблизительно одному значению кагр^лзки ка зерно/ производительность обработки возрастает. Этим доказано, что з^'пзкт глубинного шлнФоваки^ состоит в возможности более интенсивного чвеличекия "Ь по сравнению с уменьшением Улг,г, в результате чего их произведение Ь *' Уз^г , определяющее б возрастает. В зарубежно* на^ко* литературе эФФехт повклениг 0. связывали; не с интенсификацией режимов шикования, а с умэнкнением вспомогательного времени /меньшекием числа проходов тфута и т.д./. т.е. глубинное шлифование рекомендуете." выполнить таким образом, чтобы увеличение \ было пропорционально снижению скорости заготовки Удгг, е результате чего их произведение * \4<сг остается таким хе как и при обычном многопроходном шлифовании. Очевидно, такой подход не позволяет е полной мере реализовать Еысокие возможности глубинного шлифования.

Предложенная в работе схема круглого наружного глубию-юго алмазного шлифования положительно отличается от известной схемы глубинного шлифования, разработанной в ИСМ АН Украины, согласно которой: скорость продольной подачи 5лр тееньшаот пропорционально увеличению глубины шлиФорэлия "I , а скорость заготовки Уълг остаг-лгэт такой гее как и при многопроходном шлифованин. Следуя зависимости /23/

н

по-х-Х3 !Уж-АЛ \с,5\°'ъз , ,

л—ь) .1 /23/

добиться увеличения 0. - б^. • В • ' Ь /где - долевая продольная подача/ при фиксированном значения / определяю--

щем при глубинном шлифовании нагрузку на зерно/ можно за счет снишония Уиг 11 соответственно . Следовательно, применение

глус.c:-.v i ir с относительно большой Уьлг малоэффектив-

но, это ведет к побив иному износу ачмазного круга, т.е. скорость заготогки при глубинном ялшТоаанпи не обхощп.го уменьлать.

Выполненные исследования показали, что одним из осноенгх ограничений применения предложенной схемы глубинного ¡шпйогания мо-;.<ет быть поименная теплонапрякенность процесса вследствие увеличения теплового потока /за счет роста Q. / п уменьшения скорости пере lb тения теплового источника, т.е. уменьшения скорости заготовки Viar. В евр"зи с этим определена максимально возможная произ-во.Щ'1тельность обработки Q, и реализтлхцие ее параметру ре-сима шлифований- с учетом ограничений по температуре резания Q .

a- . [JL_Г ш

A y ■ t ' р v А ■

v„ = - JL -

Р v р >

где % - коэффициент тепловоцности, РгДпс; С - удельная теплоемкость, Д^/кг-к; Ч' - коэффициент, показывают", какая часть работы переходит н теплоту, поглощаемую заготовкой.

Следуй зависимости /24/, с увеличением Ь /при O-cc^ii и Р - сип t / производительность Q, уменьшается. компенсировать уменьшение Q можно за ст'ет снижения fy-rO и увеличения Р , поскольку эти два параметра входят в' зависимости /24/ со значительно большей степенью, чем глубина шлифование {, . Гакным условием повышения & при глубинном шлифовании следует рассматри- . вать также умвньаение У^рпо зависимости /2Р>/ в связи с ростом i и Р . Поэтому .для поддержания \4j> на традиционном уровне .с0... 50 м/с необходимо увеличивать зернистость и уменьшать конгентра-Ш15) круга, что хорошо согласуется с практико" обычного абразивного глубинного шлифования, основанного на применении крупнозернистых Еысокопористых кругов. Установлено, ито при выполнении этих услови" температура резашля не превышает .?00°С. Необходимо

отметить, что основной опг~ехт сн1псен::г" температуры резаки.г обусловлен спяксшзг.; £ , примени эффективные методы электроэрози-oísío"; и электрохимической иранки крута. Вполне иные ректгеногра-(/нчэскне исследование обработанных поверхностей твердкх сплавов показали, что при глубинном алмазном шлифовании с непрерывно" правкой круга и использовании оптимальных режимов резания в поверхностном слое заготовки сформируются благоприятные сншмаоаие напряжение, т.е. роль теплового Фактора в процессе несущественна, доминирует силово'" стактор. Дл<- снжсени" температуры резания /без уг.вньшени- Q и увеличение q, / в работе предложен новы-"- способ глубинного прерывистого шлифование, согласно которому длину впади:-:7-' грерыЕистого круга ¿o прпн:1мэ:от в 2...5 раз больше длины рабочего выступа крута , а скорость заготовки Vuri' глубин'.'" шлифования Ь устанавливают в соответствии с зависимостями

\J - -Ъкй--/у 7/

Ici^L'^f - /23/

где , - оптимальные значения V^r и t для сплошного крота тойхе характеристики, что и прерывисты:'' круг.

Для реализации способа необходимо уменьшать, a t -увеличивать, т.е. чем больше t , тем больше l> п выше эттект шли-гование.

Предложенная схема глубинного шлифование с относительно небольшой скоростью заготовки обеспечивает чистоту обработки г пре делах 1,25 «км. Причем, тзгг ?vae глубина шлифования t при Hnot = t¿kiT, тем меньше параметр шероховатости , определимы" в соответствии с зависимостью

Ra -0,2- Има.* )

4 'X '

Таким образом, наряду с повышением произвощлтельности обработки и снижением относительного расхода алмаза при заданно" температуре резания, предложенный пропесс глубинного шлифования позволяет обеспечить достаточно высокую чистоту обработки. Это

позволяет рассматривать его как способ чистого"' обработки.

I работе так^а дано теоретическою обоснование технологическая возможностей процесса глубинного иигифояания с постоянным тангенциальным усилием. Показана зго высокая эффективность применнтель-ио к длифоваяиа заготовок с неравномерным припуском алмазным кругом, работающим в ре;::нмэ затупления.

Эффективность установленных в работе реленир проверялась на различных, операциях 'дяифораяпя и заточки инструментов р лабораторных и производственных условиях, в результате достигнута высока" производительность обработки- 20.. .30' ткс.?л-л3/мзн и более при экономически обоснованном расходе алмаза /в пределах 5 мг/г / и еисоком качестве обработанных поверхкостетЧ. Это позволяет эффективно использовать алмазные круги как на операциях окончательного, так и предварительного шлифование труднообрабатываемых материалов при съеме больших припусков. На основе проведанных исследований разработаны высохопролзвозтельные пропессы глубинного алг;лзного шлифования с использованием электрофизпкохлмнческлх методов правки круга применительно к обработке твердосплавных и быстрорежущих инструментов и лтампов, высокопрочных графитов и гТерритов," других труднообрабатываемых материалов. ? "с.стнсс;::, разработан высокопроизводительный процесс глубинного алмазного круглого наружного лгафовани»* твэрдосплавкых и быстрорежущих многолезвийных инструментов с режимами резания: {. =0,1..1,0г.~-% \/зл.г =0,5...5,0 мДин; - 1,0.

Рекомендуется использовать алмазные круги, в том числе крупногабаритные 0" 500 мм, па относительно "мягких" металлических связках типа ',"1-02 и на прочных связках типа "2-01 в ре:химе непрерывной электроорозионной пргд>ки.

Б целом разработанное прогзссы внесет1 ка предприятиях пяти отраслей с экономическим зг'<токтом ся^ие 1 млн.рублей в год /в ценах года/.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТ!:! II ГЫГ0ДЫ 1. Разработана физические и кинематические основы алмазного ¡ми-фования, которые позволили выявить, обосновать и реализовать кинематические п физические условие существенного повыления производительности обработки за счет применения новис соотнолэ-

Hilf- глубины лтас;о1?анпя t и максимально"- /вероятностной/ толщины среза Нщау /Hjuftx. и управления воличино" липец-

кого износа зерна по молвита его объемного разрулениг и выпаде-нпг из связки с учетом прочностных свойств рабоче" поверхности круга и осноенкх технологических ограничений обработки.

2. Разработаны высокопроизводительные способы алмазного шлифование, реализтэщае норые области аффективного сочетание параметров режимов шлифование и дополнительные высокочастотные колеб ателье ные движение круга или заготовки с бедыю" амплитудой, позволяющие в 2...5 раз повысить производительность обработки на существующем шлифовальном оборудовании /случай -t>Hv^*/ и до 10 раз и тыле - на перспективном оборудовании /случа"- {^Н

На основе установленной экстремальной зависимости производительности обработки от глубины шлифования показано, что условие t¿.Нкадреализуете^ при глубинном, многопроходном и сверхвысокоскоростном дпифовании с относительно большо" скоростью заготовки, близкой к скорости круга, а условие "t> Н - при глубинном шлифовании с относительно небольшой скоростью заготовки. Показано тагс-се, что все многообразие известных способов алмазного шлифования реализует условие "Ь —, соответствуощее минимуму производительности обработки, чем, собственно, и обусловлена низка" эффективность прш.вняемых способов алмазного шлифования труднообрабатываемых материалов при съеме больших припусков.

3. Разработана кинематическая модель процесса алмазного шлифования, в которой закономерности съема материала и Формосбргзс-

^"ллне однозначно определены положением условно!* /вероятностной/ поверхности резания при шлиоовакии, устанавливайте? гран:' иу завершэш1я щепергировани^ режущими зернам:! материала, подводимого в зону резаки--, и полученной с -«четой вероятностного расположения зерен на рабочей поверхности круга и их участия в резании.

На основе координат характерных точек поверхности и их производных получены расчетные зависимости, ошсь'Еэаэде основные па-равзтры шлифования во всем еозшхноы диапазона изменения глубины шлифование, включая- многопроходное и глубинное шлифование. ■1. Разработана упрощенна- Физическая модель глубинного алмаз-

lioro ¿лифования с относительно кзбсдьшо:" скоростью заготогки /случаи 1>Нжй-х/, ЕП-рг-ке ряссматригадша- г-о взаимосвязи кйкэ-катачесхае параметры с параметра'.:: прогесса стру.<зсосбразога:н износа крота, установившегося ре.кудэго рельэга круга и реро.т-ностного участия- зерен в резачпи, т?то позволило:

- уточнить результаты, полученные г> разках разработаино?* кинематической гюцела :2ли£оваки" в плане т^ета. параметров установившегося режущего рельефа крота ? зависимости от условий обработки;

- установить замкнутую систем^ уравнений, с ефшнс позгаш" описывающих все основные г"изглос:-ае п технологические параметр»' шлифования с -/четом параметров режима резания, характеристик крота

и заготовка, включая сизиксьмехачичэсыие свойства зерен и обрабатываемого материала;

- раскрыть Физическую сущность прот"есса, состоял1,no v тот:, ^то перег.ннным параметром паяете- величина лине "кого износа зерна до момента s-го объемного разрушен:!" и выпадения из связки, а пост о титл /независимо от схемы дла'говакг.« и режимов резания,/-величина нагрузки, действующа- на отдельное зерно круга. Показано, что эти параметры являются определяющими при алмазном шлифовании. Показано такхе, что в общем случае все основные физические и технологические параметры ллиФ'ОЕанпя определяются разностью коэффициента резания при зла^ованпп и козр-Фигиента трения, которая по мере затупление зерен стрегзтьс- к нуля и приводит

к прекращению процесса съема материала;

- сформулировать физические условие существенного увеличения производительности обработки пра одновременном уменьшении расхода алмаза, температуры резания и повышении чистоты и точности обработки, основанные на реа;/изатд1и условие равенства "трех сил" путем управление величино-" лилейного износа зерен.

5. Разработан новый подход к расчету оптимальных параметров режимов алмазного шлифование, включая механические и элеЕтр::~еаи-параметры, г котором е качестве условия оптаьазасаи использована величина нагрузки, действующа- на отдельное зерно круга,- а г качестве оптимизируемого парамэтра - гелнчина линейного износа зерна до-момента его объемного разрушения и выпаде ¡гля -из связки крота, что впервые позволило определить максимально возможную

1Р_с>изЕО£?:тельность обработки и резлызтдадае ее ракшг шлифования с учетом прочностных свойств рабочей поверхности алмазного круга и основах технологических ограничений обработки, включая износ круга и себестоимость обработки, силу и температуру резания, шероховатость и точность обработки и другие параметры. 5. Доказало существование оптимальных значени" величины линейного износа зерна до момента его объемного разрушения и выпадений из связки, обусловленных экстремальностью зависимости относительного расхода алмаза от глубины шлифования. Установлено, что в точках минимума относительного расхода алмаза, независимо от сочетания параметров режима шлио'овачия, величина линейного износа зерна принимает практически одно значение. Этим доказано существование оптимального /с точки зрения износостойкости круга/ рв:;стг-щего рельефа алмазного круга, которы"- г.шет б*тть реализован режимом самозатачивания пли режимом непрерывно"' алектрог'пзикохи-млческой правки.

7. Ка основании исследований разработанр высокопроизводительные процессы алмазного шлифования твердосплавных и бьютрорекущих инструментов и штампов, детале" из высокопрочных графитов и ферритов и других труднообрабатываемых материалов, позволившие исключить предварительное шлифование абразивными кругами, повысить производительность и качество обработки при экономически обоснованном износе алмазного круга и решить актуальную народнохозяйственную проблему ратонального применения алмазных iqpyror при съеме больших припусков. Новизна технических решений подтверждена 7 авторскими свидетельствами. на изобретения. 3. Гнепрение результатов работы на предприятиях п^ти отрасле"-обеспечило ^аг-тически годовой экономический. аспект свыше 1,0 млн. рубле" /в генах 1S91 года/. Положительные результаты внедрена!'-дозволили отраслевым организациям цтошть разработки к широкого/ внедрению в масштабах соответствующих отрасле".

Е работе получены новые результаты по мало исследованным или вовсе неисследованнпл проблема:/: агатного шлифования. Завершенные исследования, представленные в работе, создает основы для .дальнейшего развития теории шлифования, оптимизации и проектирования высокопроизводительных процессов алмазного ишафогания.

Т. целом осуществлено теоретическое обобщение и решена крупная научная проблема с области технологии гглиностроеш:" и ьвханичес-коГ и С-'зпко-тэхнлчэск.ой обработки, состояла" п разработке г"из;1-ческих и хеше магических основ алмазного щлпРования и на их базе в к л? денпи, обосновании и рзализа:"::-'. Физических и кинематических услоЕпсущественного повышения производительности обработки при съеме больших припусков, что имеет вахное теоретическое и народнохозяйственное значение.

Основное содержание и результаты диссертант отражены в работах:

1. Якимов А.Р., Новиков 0.В., Чтимое A.A. Г^'сокопроизголительная обработка абразивно-алмазными инструментами.-К. -.Техника, 1993 .-152 с.

2. Лк1мо? О.В., Ковикое <5.?., Новиков Г.?., ckîmof 0.0. Рисокс-продуктлвне -Ыфугачкя: Навч. пос!бкпк.- К. : IС ДО, .

- 100с.

3.Якимов A.A.j-Ноеикое В.Погашение эффективности алмазного прерывистого шлифования.- Рестник маатностроеЕИя.1938 .¡V, с .45-47.

4. Новиков Ф.В.,Якимое A.A. Математическое обеспечение САПР ТП шлифования.- Б кн.: Совершенствование процессов абразивно-алмазной и упрочняющей обработки в-машиностроении. Пермь: ППИ, 1937,с21-28.

5. Новиков <5.Б. Вероятностный расчет максимальной толщины среза и шероховатости обработанной поверхности при круглом прощальном шлифовании .-В кн.: Резание и инструмент,вып.20,ХарькоЕ:Вила школа, . 1383, с.73-78.

6. Новиков Î.B. Кинетика образования режущего рельефа алмазного круга в процессе шлифования.-В кн.¡Контактные процессы при больших пластических деформалиях,Харьков:ХАИ, 1932, с.37-43.

7. НовиковФ.В..Сошников O.A. .Лысенко A.B. Оптимизация высокопроизводительного глубинного шлифования и вопросы качества алмазно*4 обработки твердого сплава инструментального назначения.-Редколлеги журнала "сверхтвердые материалы" .Деп.МГЛТИД J.04.84."2475-84 ДЕП.

8. Новиков Ф„В. Закономерности износа алмазного круга в процессе шлифования.-В кн. :ПрогрессиЕные технологические процессы,оборудование и инструмент.Харьков: ХАИ,1387,с. 119-126.

9. НовикозгФ.В. Дубина Н.И. №ханизм износа круга в условиях обьтч-ного и управляемого процесса шлиФования.-Тез.Докл.Рсесоюзн.каучно-технич.конференции "Новые конструкции и прогрессивная технология производства инструмента",Харьков,1384,с.273-282.

iü. Новиков i.B. Режущий рельеф алмазного круга и ого роль р Формировании технологических показателе« шлифования.-В кн.:Резакие и инструьЕнт.Еып.32,Харьков: Рища школа, 1у84, с.64-70.

11. Ноеикое Ф.В. Расчет шероховатости шлифованной поверхности с учетом стабилизации режущего рельефа алмазного круга.-Р. кн. -.Резание и инструмент, вып.35,Харьков: ?шца шкала, 1986,с. 115-121.

12. Новиков 0.?. Теоретический анализ износа и стабилизации рельеФа алмазного круга.-?. кн.-.Резание и икстр-таент, вып.3S,Харьков: Вища школа, 1935,с.104-110.

13.Ноеикое Ф.Б.,Тошое A.A. Элеглзктк ьвхатжа гнсокопроизроцятельного прерывистого алмазного шлиФова^ии^-.-? кн.¡Пути повышения эффективности процессов резания материалов, Волгоград, 1-J68,с151-157.

14. Ноеикое £\В.,Гупаленко Ю.Г. Шероховатость обработанной поверхности при глубинном шлифоЕании.-В кн.:Совершенствование абразивно-алмазной и упрочняющей технологии е машиностроении,Пермь: !Ш, 1-83, с.52-57.

15. Ноеикое Ф.В.,Гукаланко ю.Г. Некоторые принципы условной оптимизации алмазного шлифованх1я.-Б кн.¡Производство и прпг.внение сверхтвердых материалов, КиеЕ, 1¿63, с.151-156.

16.СухорукоЕ й.Н.,Яримое A.A., Ноеикое Ф.В. Исследование влияния коэф.Фппиекта шлифования на режущую способность прерывистых кругов.-В кн.¡Совершенствование процессов абразивно-алмазной и упрочняющей обработки в машиностроении,Перкь;ШЩ, 1930,с.21-34.

17. Новиков С.Р.,Гуцалэнко Ю.Г. Об условиях сажзатачигания алмазного круга.-В ich. ¡Совершенствование процессов абразивно-алмазно";

и упрочняющей технологии в машш1острозкш,Пермь:ПШ,1334,с.70-77.

18.Новиков Ф„В., ~:имов A.A. Элементы механики прерывистого высокопроизводительного алмазного шлиФ-овакия.-Б кн.'.Совершенствование пропессоЕ абразивно-алмазно* и упрочняющей обработки в малиностое-нии, Пэрмь:1ШИ, 1£88, с.64-63.

1J. Соаников С.А.,Новиков В. Модель рабочего рельефа алмазно-абразивного инструмента и качество обработанных поверхностей при алмазном высокопроизводительном шлифовании.-? кн.¡Исследование в области инструизнтального производства и обработки металлов резанием, Тула: ТЕ!, 1.84, с.128-135.

'20. Новиков '!•.В.,Сэров Б.С. Особенности автоматизированного расчета оптимальных режимов резания с ■■лютом динамических явлений при шлифовании кругам! из СТИ.-Гестник Харьковского политехнического

института, ."¿¿б. Автоматцзаз:г проектирования в технологии машиностроения, вкп.1, 1.3J, с.46-49.

21. Погикор Ф.Б., ЯХи:.юр Л. А.,Новиков Г.?.,Каз:слрчи:-: 2.А. Упраглз-низ процессом длафования восстановленных дзтале-4 авиационной тзх-никис износocToijKHî.i покрытием.кн.:Бонросы совершенствования технологии ремонта воздушных сущов.%1ев :!ÎHICTA,1988,с. .5-14.

22.Ноеи:-:ор Б.,Сошников С.А..Гуналенко Ю.Г. Разработка едино": замкнутой системы показателе" процессов шлифования.-Тез.докл.науч,-технпч.конферэниии "Повышение эффективности внедрение средств механизации и автоматизации, новых технологических процессов ? металлообработке ",Курск,193\, с.31-33.

¿3. I-Iobîikob С-.В. Анализ параметров кроиесса алмазного шлифования с позипиГ: изменяющегося рельефа крута.-? кн.::'Гсследования в области технологии механической обработка п сборки малк,Ттла:ТП1Т, 1/35, с.40-17.

2±.:/'алыхлн Р.В. ,Ков1ков С-.В. ,Уз7Н<я ".Д.Математическая модель стр.у-акообразованпя при микрорезгнии.-р. кн.:Резание и анструиэнт,вга35, Харьков: Рида шкала, 1536, с.102-103.

25.А.С.СССР .''1542732 Ш Е 24 Б 1/00.Способ шлифования гиллндрп-ческой детали. Новиков Ф.Б.-Опубл.в Б .И. 19J0, Б б.

26.А.С.СССР ''1425755 ?ЖИ Б 24 Б 1/00.Способ глубинного тзгияования гилинприческо" детали.Новиков Ç.n.-Onvtto.B Б .И. 1333, Г 33.

27.А.С.СССР И431307 :1vt Б 2-1 ? 1/00.Способ глубинного шлифование пилякцрпческоР летали .Новиков ф.?.,Суворов Р.Л.Дарогсгай 0."., Новиков Г.Б.-ОНУОЛ.В Б.И. 158 Э, 21.

28.А.С.СССР .4514533 ï._£ï Б 24 Б 51/00.Способ упраглэкш* процессом круглого врезного шлифованп ^.Новиков О.Б. ,Haporcr.:r" О J1. ,Гришке-гич А.Б. ,Билеикий Ю.С.-Опубл. в Б.II.,1330, Б оЗ.

2а. А.С.СССР Б153£)46 ОД Б 24 Б l/ОО.Способ —утлого продольного шлифования. Новиков $.3..Суворов Е.И., ^имов А.А.,1Говпков Г.Б.-Опубл. в Б.И.,иД], .'"• 4.

30.А.С.СССР .'"1542733 Ш1 Б 24 Б 1/00.Способ глубинного шлифования. Новиков ';.Б.,СугороЕ ЕЛ:.,ЯлИмов А.А.-Опубл.в Б.:1.,1390,Б6.

31.А.С.СССР ¿'1515104 Г.КИ Б 24 Б 1/00. Способ шлифования аруго:,: из синтетических.сгёрхтвзрш'х материалов. Новиков С-.Р.,Cttcçob Б.'!., Бсимог А.А.,Новиков Г.Б.-Отлбл.в Б Л. 1901, ." 16.

36

Аннотация

Новиков ф.В. Физические и кинематические основы высокопроизЕОЩг-тельного алмазного шлифования. .Диссертация па соискание ученой степени доктора технических наук по сяениатьпостям: 05.02.08 -"Технология машиностроения", 05.03.01 -"Процессы мехачическо«-

обработки, станки и инструмент". Одесский государственный политехнический университет, г.Одесса, 1ЭЭ5.

Защищаются физические и кинематические осноеы алмазного шлифования, позволившие еыяеить, обосновать и реализовать условия существенного повышения производительности обработки ■ за счет применения

новых способов шлифования и управления величиной линейного износа зерна до момента его разрушения, что обеспечило эффективное применение алмазных кругов взаьвн абразивных на операциях предварительного шлифования труднообрабатываемых материалов при съеме больших припусков.

Клэтезые слоза: атг.ш.зно.2 а-дЗован-з, износ круга, опт^п'ззлля шлифования.

NCVIKCy Г.V. Physical end cinematic basics of higb-productivi -ty diamond polishing. Eiaaertetion for the seeking of Eoctor of tecfaicel sciences degree on speciality О 3.02.0 8- "MechiiiebuildinE technology", 0^03.01.- "Processes of mechanic si treet-

ment, tools end instrument". Odeacse state polytechnical university, city of Cdeaaa, 1995.

Submitted physical and cinematic basics of diamond polishing, which e>plored, formulated and realiged conditions of significant increase in productivity of treatment by using new methods of polishing end control of linear wear of в seed until it breaks,which provides en effective, use of diamond wheels instead of abrasive wheels on pre-polishing operations of hard-cut materials with large amounts of cut-offs.

Подписало к пзча?:; IC.CC.S5 г. Печать о ос-зтпзя. Усл. пэч. л. Тдралс ICl . -"ах. /¿'/к

Формат Cl :£4 _/_о бумага тип. Уч.-пзд. л.

» ——— 1 ——--—-

Типография завода 1>ЗД. 3IC023, г.Харьков, ул.Сумская, 13.2