автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.07, диссертация на тему:Исследование особенностей глубинного шлифования коническим кругом с учетом многоэтапности процесса

На правах рукописи

Зотова Светлана Александровна

ИССЛЕДОВАНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ ГЛУБИННОГО ШЛИФОВАНИЯ КОНИЧЕСКИМ КРУГОМ С УЧЕТОМ МНОГОЭТАПНОСТИ ПРОЦЕССА

05.02.07 - Технология и оборудование механической и физико-технической обработки

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 4 НОЯ 2011

005002953

Волгоград-2011

005002953

Работа выполнена в Волжском политехническом институте (филиал) Федерального государственного бюджетного образовательного

учреждения высшего профессионального образования «Волгоградский государственный технический университет»

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

Носенко Владимир Андреевич.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Полянчиков Юрий Николаевич; кандидат технических наук Шарабаев Александр Викторович. Ведущее предприятие ОАО «Металлист-Самара», г. Самара

Защита диссертации состоится « 15 »декабря 2011 г., в 13 часов на заседании диссертационного совета Д 212.028.06 при Волгоградском государственном техническом университете по адресу: 400005, Волгоград, пр. Ленина, 28, ауд. 209.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Волгоградского государственного технического университета.

Автореферат разослан «_» ноября 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Быков Ю.М.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Глубинное шлифование (ГШ) относится к числу наиболее наукоёмких и перспективных процессов формообразования поверхностей деталей машин. Целесообразность использования метода ГШ вытекает из постоянного требования роста производительности обработки, сокращения трудовых затрат, применения новых материалов, внедрения автоматических и полуавтоматических циклов обработки деталей на станках с программным управлением.

Одно из основных отличий ГШ от обычного маятникового заключается в большой длине дуги контакта, что предполагает наличие достаточно протяженных этапов врезания и выхода, длина которых соизмерима или равна длине обрабатываемой поверхности. Кроме них может быть еще этап постоянной длины дуги контакта или переходный этап добора глубины. На этапах врезания, выхода и добора глубины изменяются длина дуги контакта круга с заготовкой и толщина сечения срезаемого слоя, что существенно отражается на эксплуатационных показателях процесса. ГШ в большинстве случаев используется для образования профильных поверхностей, имеющих свои особенности в кинематике процесса, следовательно, в закономерностях изменения эксплуатационных показателей. В общем случае любой фасонный профиль, полученный методом плоского ГШ, можно с определенной степенью приближения представить состоящим из прямолинейных образующих, сформированных кругом конического профиля. Кроме того, конический профиль круга используется при непосредственном формообразовании отдельных поверхностей, что свидетельствует об актуальности исследования процесса ГШ кругом конического профиля. Тем не менее, закономерности ГШ кругом конического профиля, особенно с учетом многоэтапное™ процесса, изучены недостаточно.

Цель работы: повышение эффективности ГШ на основе исследований особенностей формообразования кругом конического профиля с учетом многоэтапное™ процесса.

Для достижения цели были определены следующие задачи:

1. Исследовать кинематику плоского ГШ кругом конического профиля горизонтальной поверхности различной длины и ширины.

2. Разработать математические модели основных показателей надежности плоского ГШ кругом конического профиля таких, как наработка V, режущая Q и мгновенная режущие q способности.

3. Исследовать влияние режимов шлифования, размеров круга и заготовки на показатели надежности.

4. Установить связь показателей надежности с эксплуатационными показателями плоского ГШ кругом конического профиля.

5. Разработать рекомендации по использованию показателей надежности для анализа процесса плоского ГШ кругом конического профиля.

Данная работа является итогом научных исследований, выполненных на кафедре «Технология, оборудование и автоматизация машиностроительных производств» Волжского политехнического института (филиала) федерального

государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Волгоградский государственный технический университет» в соответствии с хоздоговорными и бюджетными темами:

- 13/01-Б-08 «Разработка математических моделей процессов шлифования и абразивной отрезки»;

- 13/01-Б-09 «Исследование процессов встречного и попутного глубинного шлифования с периодической и непрерывной правкой круга»;

- 13/10-07 «Разработка эксплуатационных показателей процесса глубинного шлифования плоской поверхности кругами конического профиля».

Научная новизна работы. Получены интегральные и полиномиальные формулы для вычисления показателей надежности процесса ГШ (V, Q, д), учитывающие влияние режимов шлифования, геометрических размеров заготовки и круга для различных этапов ГШ кругом конического профиля.

Определены закономерности изменения показателей надежности на различных этапах процесса ГШ в зависимости от времени или длины пути шлифования, скорости подачи стола, размеров заготовки, диаметра и угла конуса круга.

Исследовано влияние показателей надежности на силы шлифования, шероховатость обработанной поверхности и кромкостойкость круга.

Установлена функциональная связь составляющих силы шлифования кругом конического профиля с мгновенной режущей способностью.

Практическая ценность работы. Разработана методика и автоматизированная программа расчета показателей надежности процесса ГШ на ПЭВМ. Методика согласована с ОАО «Металлист-Самара» и передана на предприятие для практического использования.

Апробация работы. Основные положения работы были представлены на: III международной конференции «Стратегия качества в промышленности и образовании» (Варна, Болгария, 2007), II международной научно-технической конференции (Резниковские чтения) «Теплофизические и технологические аспекты управления качеством в машиностроении» (Тольятти, ТГУ, 2008), Всероссийской научно-технической конференции «Повышение эффективности механообработки на основе моделирования физических явлений» (ГОУ ВПО РГА-ТА им. П. А. Соловьева, Рыбинск, 2009), VI всерос. науч.-практ. конф. «Инновационные технологии в обучении и производстве» (г. Камышин, 2009), III международной научной студенческой конференции «Научный потенциал студенчества в XXI веке» (Северо-Кавказ. гос. техн. ун-т., Ставрополь, 2009), научно-практической конференции профессорско-преподавательского состава ВолгГТУ (Волгоград, 2009, 2010), научно-практических конференциях профессорско-преподавательского состава кафедры ВТО ВПИ (филиал) ВолгГТУ (Волжский, 2008, 2009, 2010), расширенном заседании кафедр ВТО ВПИ (филиал) ВолгГТУ (Волжский, 20011).

Публикации. По результатам исследований опубликовано 15 работ, в том числе 3 работы из списка, рекомендованного ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, списка литературы и 1 приложения. Работа изложена на 200

страницах, включая 67 рисунков и 32 таблицы, списка использованной литературы из 142 наименований.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении сформулирован объект и предмет исследования, обоснована актуальность темы и изложена краткая характеристика работы; показана научная новизна и практическая ценность полученных результатов, приведены сведения об апробации основных положений диссертации.

В первой главе проводится тематический обзор научно-технической информации по теме ГШ. Показан весомый вклад отечественных ученых: Волкова Д.И., Елисеева Ю.С., Макарова В.Ф., Носенко В.А., Островского В.И., Полетаева В. А., Рыкунова Н.С., Старкова В.К., Силина С.С., Хрулькова В.А., Филимонова Л.Н. и др. Получены следующие основные выводы:

1. ГШ является сложным процессом, его ход определяется большим количеством факторов.

2. При ГШ необходимо учитывать особенности формообразования на различных этапах процесса: врезании, выходе, постоянной длине дуги контакта или переходном этапе добора глубины.

3. Широко используется шлифование конической поверхностью круга.

4. Важнейшими показателями надежности процесса шлифования являются наработка, режущая и мгновенная режущие способности, которые при ГШ кругом конического профиля исследованы недостаточно.

Эти выводы позволяют определить основные цели и задачи исследования, представленные выше.

Во второй главе описывается техническое оснащение и методика исследования составляющих сил шлифования процесса плоского ГШ кругом с конической рабочей поверхностью, методика исследования шероховатости обработанной поверхности, методика исследования кромкостойкости.

В качестве абразивного инструмента использовали высокопористые круги производства ОАО «Волжский абразивный завод» типоразмера 450*40*203 характеристики 25А Р120 ЗИЗЗ 10 У5. В качестве СОЖ использовали водный раствор концентрата «Конвекс». Необходимую длину обрабатываемой поверхности получали состыковкой плоских образцов.

Силы шлифования измеряли динамометром УДМ 600, сигнал от которого передавался через усилитель УТ4-1 ТУ25.06.1377-82, аналого-цифровой преобразователь Е14-140 и фиксировался персональным компьютером.

Шероховатость обработанной поверхности измеряли прибором «Сейтро-никПШ8-3».

Кромкостойкость круга оценивали по радиусу образованного паза. Радиальный износ круга в результате правки алмазным роликом определяли по приборам станка.

Результаты экспериментов обрабатывали методами математической статистики для уровня значимости 0,05.

Третья глава посвящена разработке математических моделей показателей надежности процесса ГШ плоских горизонтальных поверхностей кругом радиуса Я конического профиля с углом а при вершине на глубину {.

Принимаем начальные условия: заготовку считаем идеально гладкой; радиальный износ круга за период шлифования равен нулю; скорости стола у5 и круга V постоянны; на каждом этапе первый оборот круга начинается с момента касания кругом соответствующего контура заготовки.

Рассмотрим поверхность, длина которой Ь>Ь=ф(2К-г), максимальная ширина шлифования Н<В (рис. 1а). Удаляемый материал (наработку V), определим как объем тела, ограниченного гранями заготовки и конической поверхностью круга. Построение математических моделей для вычисления наработки опирается на геометрический смысл тройного интеграла. Для этапа врезания Ур:

Ь а ^ое

Кр(т)= I с!г | йу | (Ьс -

о

бЛату,-4аЬЯ+Я:

. Ь . Ь5 агсБш— агсяп— Я Я

-2 ЯЬ^Я2-Ь2 +а31п

Ь.+^сР+Ь,

Л

ь+я

+ЬЛ П

+2 аЬ^а2+Ь/~ а + у]а2 +Ъ,2

где Ь5 a = t~R.

(1)

))

Рис. 1. Схемы плоского ГШ горизонтальной поверхности при Н<В (а) и Н>В (б) Для этапов постоянной длины дуги контакта Уп и выхода Ув:

у+Я

УВЬ)=] <1у / сЬс

У™ г----

tga т1(х-х0)2-ц2а-}>2+1.

1

аг = -

\2а-у2

21ёа

и Л ъ~>ту,

-¡¡К? о м§а

(2)

б

Из наработок (1)-(3) делением на время получены формулы режущей способности и дифференцированием по времени - формулы мгновенной режущей способности для этапов врезания ((2Р> др), постоянной дуги контакта (£>п, Яп) и выхода (<2В, дв):

Ор(т) = = ^^^ д а тVI -АаЬЯ+ Л3^агсзт| -агеяп^j+2aЫ Vа2 +6,2 -

-IRb^R2-Ь,1 + а31п

bs+J^+bJ

b + R

+ь;ь

a + ^ja2 +bs2

; (4)

di 6tga

a +

Vst

Qn(x)=qn(x)= , 2tga

?»(*) = ft ~?P(i).

;(5)

(6)

(7)

(8)

Частичный дифференциальный анализ зависимостей определил нарастание темпа увеличения наработки Ур (1) с течением времени, о чем свидетельствует возрастание графиков (¡)р (4) и др (5) с точками перегиба вогнутости на выпуклость (рис. 2). На этапе постоянной длины дуги контакта наработка У„ (2) прямо пропорциональна времени, а()пида(6) постоянны и равны между собой. На этапе выхода темп увеличения К (3) снижается, о чем свидетельствует убывание графиков <2В (7) и дв (8) с точками перегиба выпуклости на вогнутость. Получены формулы для вычисления максимальных значений Ктах> 2тах, ?тах на этапах врезания, выхода и их отношение:

Vp max — --

6tga

2 abR + i?3arcsin —+a3 In -Й-R b + R

2 tga pmax'

Qpmax — 7—J-

** 6xtga

2 a + i?3arcsin—+a3ln -U-Л ¿ + Л

Qnmsx — qpmax — ^втах —

V

Ив max

Vpmtuc

Vst

2 tga'

Ob

б?"

-1=-

36/2

2 a bR + R3arcsin — + a3ln

R b + R

—I.

Аналогичные интегральные модели разработаны и для поверхностей малых по длине, ширине.

В четвёртой главе исследовано влияние режимов шлифования (t = 3...6 мм, vs =25... 150мм/мин), размеров круга (R =100...300мм, а= 5...60°) и размеров заготовки (В, L) на показатели надежности при Н<В и L>b. Установлено, что закономерности поведения V, Q и q не зависят от vs, t, R, а.

Максимальная наработка У^ на этапе врезания (выхода) возрастает с увеличением Я в результате увеличения длины этапа Ъ согласно степенной зависимости, убывает с увеличением а в результате уменьшения фактической ширины шлифования по гиперболической зависимости и не зависит от у5. Например (рис. 2):

УРая=24,48 Л496, Увшх=21,42 Л496, Я =250мм, а =13°43', у3= 50мм/мин;

Кршах^Ш.гД0'51, ^=112,2 Я0'51, а =13°43>5=50мм/мин, ¿ = 6мм;

Уршх= —149+30600/а, Квт2Х= -130+26800/а, у8= 50 мм/мин, г =6 мм, Я =250 мм.

Наработка на этапе врезания независимо от режимов шлифования и размеров круга выше, чем на этапе выхода: Уршх = 1,143 Ув мах, Методом касательных установлено, что равенство наработок Рр(т) и Ув(х) достигается на расстоянии, равном р = 93,3 % протяженности этапа независимо от у8, К, а.

Экстремальные значения б шах, <7тах этапов врезания, выхода и значение режущей способности в конце шлифования (£)к) не зависят от Я (рис. 2 в).

Значения бтдх, <7тах этапов врезания, выхода и <2К прямопропорциональны у5и Например, для Я =250 мм, а =13°43' (рис.2 а, б):

2РЮЮ£= 0,291 У8, бвшах=<7ртах = ^втах =0,546 У8, £>к = 0,255 У8 (Г = 4 ММ);

б р тах = 0,910 Г2, е в тгк = ти = шах = 1,70712, £) к = 0,797 X 2 (у8= 50 мм /мин).

С увеличением а значения £>тах, дт&х этапов врезания, выхода и убывают согласно гиперболической зависимости. Например, для у5= 50 мм/мин, Ь = 4мм, Я =250 мм (рис.2 г):

0р.шх= —1,014+209/сц <3вшах= ?Ртах= <?Втах=-1,902+392/а, -0,887+183/а. На всех режимах независимо от размеров круга справедливо:

<7р шах ~ шах ~ 0, втах> 0, ртах"'" бк = бвтах> бвшах = 1>875бртах-

Текущие значения У, £) ид этапов врезания с увеличением радиуса убывают согласно полиному 3-го порядка, с увеличением угла а убывают по гиперболической зависимости, с увеличением глубины ( или скорости стола у5 возрастают по степенным зависимостям.

Графики ()ид имеют точки перегиба на этапах (рис. 2). На этапе врезания до точки перегиба темпы роста ¡2 (д) увеличиваются, после точки перегиба темпы роста <2 (д) начинают снижаться. Перегиб графика <2 происходит позднее, чем перегиб графика д.

Для характерных точек (2, д установлены соотношения, независящие от у8, Я, а:

бртах=1,94брс; дВтях=1,38евс; <2„ С=2,64(2Р с;

9тах=2,25^рс=1,80 дв<7рс=1,618<2рС; ^вс=0,766()ъс,

где ()р с, др с> <2в с, с - значения режущей и мгновенной режущей способностей в точках перегиба графиков этапов врезания и выхода.

900 600

150 100 Л,' 50 У- 25 У

Г /

90

■у 60

\ .'50 100

50 25

40 80 120 1, с

150 100 50

V 25

40 80 120 Т, с

___б 6

_5 4

ЛгЗ

2400 1800

"я ^ 1200 иГ

600 о

250—

100 300

200

72

а 36

с»

О 20 40 60 80 % С

100 200

Л >250

300

72

54

Я 36

18

0

100

^аоо

Ч200\, 50/

20 40 60 80 % С

20 40 60 т, с

1500 «^1000 (С 500 О

"у 20

/ 40

=^60

45

30

я

я

О) 15

0

_ 20

40

=—60

25 тс 50

45

.о 30 Я 15 О

25 50

%С

^20

4 V 40

^60

25, 50 % С

75

Рис. 2. Зависимости наработки V, режущей <2 и мгновенной режущей ц способностей от т при Н<В и Ь>Ь: а - у8, мм /мин; 6-1, мм; в - Л, мм; г-а, град; — врезание; — выход

Зависимости показателей надежности (рис. 2) аппроксимированы неполными полиномами:

Этап врезания

(9)

(10) (И)

Ур(х) = Лг5-Вг4 + Ст3; = Ачт4 - Вят3 + Счт2;

Этап выхода Ат5 + ВТ4-СТ & = -Аа г4 + Д} т3 - С0т* + Щ

К,(т) = -А т5 + В т4 - Ст3 + Вт;

'„= -Л/ + В^ - СдТ2 + Д,.

Тип полиномов и значения коэффициентов найдены методом наименьших квадратов, #2~1. Меньший порядок многочленов дает большую относительную погрешность, особенно в начале этапа врезания. Определена взаимосвязь между числовыми коэффициентами полиномов основных показателей надежности независимо от I, а:

А^А, В^В, ^ = Аэ = Д АЧ = 5А, В, = 4Я.С, = ЗС,2), = 2£>.

Относительная погрешность |8| при аппроксимации полиномами (9)-(11) не превышает 0,05 %, средняя относительная погрешность |5 с| - не более 0,02 %.

Пятая глава посвящена анализу экспериментальных данных, полученных при плоском ГШ образцов из стали 30ХГСН2А. Режимы шлифования: Г = 2, 3, 4, 5 мм, V = 25 м/с, = 50,100, 150 мм/мин, подача правящего алмазного ролика £пр = 1, 3, 5 мкм/импульс. Угол конической поверхности круга а = 8,12°, 13,72°, 21,36°.

При расчете средних значений сил в 3-х параллельных опытах значения усредняли за период 0,5 с.

Изменение одной из составляющих силы шлифования показано на рис. За (У8 = 100 мм/мин, Япр = 1 мкм/имп). Увеличение Ру с уменьшением а происходит в результате роста ширины шлифования, которая на этапе постоянной дуге контакта до я углов 8,12°, 13,72° и 21,36° равна соответственно 14,02, 21,03 и 28,04 мм.

Для принятых условий шлифования с помощью формул (1) - (8) рассчитаны показатели надежности (рис. 3 б), из которых одинаковую закономерность с силами шлифования имеет мгновенная режущая способность.

мм мм

а б

Рис. 3. Изменение составляющей силы Ру (а) и показателей надежности V, <2, q (б) при = 1 мкм/имп, V;, = 100 мм/мин

Учитывая, что на этапе постоянной дуги контакта сила шлифования и мгновенная режущая способность не изменяются, взаимосвязь между параметрами для глубин шлифования 2 - 4 мм исследована на этапах врезания и выхода. В качестве примера на рис. 4 приведены данные по силе Рг. Графики были аппроксимированы полиномами различных степеней. Удовлетворительные результаты получены при аппроксимации экспериментальных данных полиномами четвертой степени.

Рис. 4 Изменение силы Рг на этапах врезания и выхода: • - 1=3 мм, а=13,72°; Д -1=4 мм, а=13,72°; о-/=4 мм, а=8,12°

Установлено, что коэффициенты первой и второй степени полинома сил на этапе врезания и первой степени на этапе выхода можно считать незначимыми, а коэффициенты четвертой -второй степени на этапах врезания и выхода равными по абсолютной величине, поэтому в качестве уточненных значений приняты их средние арифметические значения.

Полиномы составляющих силы шлифования на этапе врезания Рр и выхода Рв имеют вид:

Рр А$х

- В/ + СрТ2;

Рв = ~АгЛ + ВУ - СУ + Д,

(12)

где Ар, Вр, Ср и Ир - постоянные коэффициенты.

Максимальная погрешность аппроксимации неполными полиномами не превышает 10 % для /¡¡> 2 мм на этапе врезания и 4 > 5 мм на этапе выхода.

Установлено, что коэффициенты полиномов (12) практически константны при шлифовании кругом с одинаковым углом а при вершине и изменении радиуса круга Я не более чем на 5 %. С использованием усредненных значений коэффициентов относительное отклонение составляющих силы шлифования возрастает до 15 %. Максимальное отклонение наблюдается при малых значениях длины дуги контакта, когда регистрируемые силы шлифования приближаются к границе чувствительности динамометрической системы.

Сопоставление полиномов сил шлифования (12) и мгновенной режущей способности (11), графических зависимостей (рис. 2, 3 и 4) свидетельствует об одинаковых закономерностях изменения д и Р на этапах и за период шлифования. Коэффициент корреляции между ц и Р на этапах врезания и выхода на глубинах шлифования от 2 до 4 мм превышает 0,9. При шлифовании на глубине 5 мм коэффициент корреляции между д и Р менее 0,5. Таким образом, по классификации Чеддока, сделан вывод, что при шлифовании на глубине от 2 до 4 мм межу параметрами д и Р существует весьма высокая сила связи. Графическая зависимость составляющих силы шлифования от д представлена на рис. 5, Сравнение вычисленной статистики Ттбл с критическим значением распределения Стьюдента подтвердило гипотезу о наличии линейной корреляции между составляющими силы и мгновенной режущей способностью.

Первоначальная аппроксимация по методу наименьших квадратов экспериментальных значений составляющих силы шлифования и графический анализ отклонений е = Рэк -Рг экспериментальных значений составляющих силы шлифования Рзк от соответствующих расчётных значений Рт позволяют сделать вывод о гетероскедастичности дисперсии отклонений, что связано с большими изменениями значений составляющих силы шлифования на этапах врезания и выхода.

С учётом гетероскедастичности дисперсии, экспериментальные значения составляющих силы шлифования были аппроксимированы по методу взвешенных наименьших квадратов зависимостями (¿>п = 1 мкм/имп, = 100 мм/мин):

Р*=1,7Ид Ру=2,669д; (13)

Рх(8,12°)=0,381 д;Рх( 13,72°)=0,651 д- Рх(21,36°)= 1,044?. (14)

Дисперсионный анализ подтвердил адекватность найденных уравнений регрессий.

Из (13) и (14) следует, что составляющие силы шлифования Рг и Ру определяются мгновенной режущей способностью и не зависят от угла конической поверхности круга а, осевая составляющая Рх зависит от а.

Исследована связь между составляющими силы шлифования Рг, Рх и Ру (рис. 6). Для принятых условий ГШ получены следующие зависимости:

Рг=0,64 Ру; (15)

РХ(8,12°)=0,14РУ; РХ(13,72°)=0,24РУ; РХ(21,36°)=0,39РУ. (16)

Достоверность аппроксимации Я2 зависимостей (15) и (16) не менее 0,93.

180 -,

120 -

Ж

60 -

45 п

21,36° Г 13=72

30 -

Ж

15 -

100 200 Ру, н

Рис. 6. Взаимосвязь между составляющими силы шлифования при 5П = 1 мкм/имп, = 100 мм/мин.: а - Рг(Ру)', б - РХ(РУ)

о-^-—г-1-1-1 о

0 25 50 75 100 0 25 50 75 100

мм3/с ^,мм3/с

а б

Рис. 5. Зависимость составляющих силы шлифования Рг, Ру (а) и Рх (б) ц при обработке на глубинах 2 - 4 мм при 5П = 1 мкм/имп, = 100 мм/мин

Коэффициент пропорциональности в (16) приблизительно соответствует tga. Тогда зависимости (16) можно записать в общем виде:

Л(аНёа Ру. (17)

С учетом (13) и (17) зависимости (14) в представлены в виде:

Рх(ос)=2,66^ад. (18)

По корреляционным зависимостям (13) и (18) с использованием значений мгновенной режущей способности, рассчитанных по формулам (5), (6) и (8), определены составляющие силы ГШ. В качестве примера на рис.7 приведены данные по составляющим силы шлифования кругом с углом конической рабочей

Рис. 7. Аппроксимация составляющих силы шлифования на глубине 3 (а) и 4 (б) мм

Аппроксимация экспериментальных данных при подаче правящего ролика 5П = 3, 5 мкм/имп дача аналогичные результаты, которые были обобщены по подачам на правку при различных режимах шлифования и размерах круга (табл. 1).

Таблица 1. - Зависимость составляющих силы шлифования от мгновенной режущей способности при различных подачах правящего ролика

511=1 мкм/ихмп 5П=3 мкм/имп 5,п=5 мкм/имп

Рг=1,709-9 Рг=1,517-9 Рг=1,428-д

Ру=2,677-д Ру=2,239-9 Ру=2,069'9

Рх(8,12°)=0,382-д Рх(13,72°)=0,653-д Рх(21,36°)=1,047-д Рх(8,12°)=0,319-д Рх(13,72°)=0,546-9 Рх(21,36°)=0,876-Ч Рх(8,12°)=0,295-д Рх(13,72°)=0,505-9 Рх(21,36°)=0,809-9

Учитывая зависимость значений числового коэффициента прямой пропорциональности Р(д) от подачи правящего ролика, окончательно получили:

Рг= 1,709 &-0-11 д-Ру=2,677 5ц'0,16 д; Рх=2,677 18а5п0Дб д.

С помощью полученных математических моделей были вычислены значения составляющих силы шлифования, соответствующие экспериментальным

значениям для заданных режимов шлифования и размеров круга. Следует отметить, что в ряде случаев установлены существенные отличия между экспериментальными и теоретическими значениями. При дополнительных исследованиях на обработанной поверхности были обнаружены шлифовочные прижоги или следы вибраций. Дисперсионный анализ экспериментальных и теоретических данных определил области стабильной работы данного абразивного инструмента, в которых применимы полученные модели (таблица 2).

Таблица 2. - Области стабильной работы абразивного инструмента

Бц, мкм/имп t =2 мм ? =3 мм 1 =4 мм 1 =5 мм

1 у8< 150 м/мин у8< 100 м/мин у8< 100 м/мин —

3 у8< 150 м/мин у8< 150 м/мин у5< 100 м/мин —

5 у8< 150 м/мин 150 м/мин у3< 50мм/мин у8< 50 мм/мин

Таким образом, мгновенная режущая способность является определяющим фактором силы шлифования. Для рассмотренных режимов ГШ установлена функциональная связь ц с составляющими силы шлифования, Используя разработанные математические модели а можно прогнозировать закономерность изменения составляющих силы шлифования, а при наличии необходимого банка данных - рассчитывать силы ГШ.

Шероховатость обработанной поверхности измеряли в двух дорожках по длине обработанной поверхности в сечениях, расстояние между которыми 5 мм. Результаты измерений в 5-и последовательных сечениях усредняли, При 3-х параллельных опытах степень свободы одной выборки/=14. На рис.8 показано изменение по длине шлифованной поверхности (¿=75 мм) в двух дорожках

Рис. 8. Изменение Яа по длине шлифованной Рис.9. Изменение радиуса паза г по длине поверхности /: шлифованной поверхности /

о - дорожка 1, ?ф=3 мм; ® - дорожка 2, /ф=1,1 мм

Установлено, что дисперсии выборок в одной дорожке отличаются не значимо. В результате определены уточненные дисперсии для каждой дорожки, с использованием которых рассчитан доверительный интервал (на рис. 8 показан

только для дорожки 1). В связи с наличием конической рабочей поверхности круга фактическая глубина шлифования в рассмотренном примере по ширине обработанной поверхности изменяется от 4 мм до нуля. При длине базовой линии 2,5 мм середина её в первой дорожке соответствовала глубине 3 мм, во второй - 1,1 мм. На этапе постоянной дуге контакта Яа в первой дорожке больше, чем во второй. При / >10 мм Яа в первой дорожке начинает снижаться в связи с началом этапа выхода и уменьшением фактической глубины шлифования ¿ф. Во второй дорожке этап выхода начинается со значения I около 20 мм. На этой длине Яа в первой и второй дорожках практически выравниваются и далее снижаются одинаково. Изменения Яа согласуется с закономерностью изменения мгновенной режущей способностью этапа выхода для круга прямого профиля (а=0) при соответствующей глубине шлифования рассматриваемого продольного сечения.

Для этапа постоянной длины дуги контакта на основе однофакторного анализа получена зависимость шероховатости от режимов шлифования:

Ла=0,62у80'149&ад84Гф0'09.

О кромкостойкости круга судили по изменению радиуса паза по длине шлифованной поверхности, что определяется радиусом рабочей кромки круга. Установлено, что для принятых условий правки минимальное значение радиуса кромки круга г составляет около 0,05 мм. На этапе врезания г, несмотря на постоянную правку, возрастает при шлифовании заготовки длиной 9,8, 29,3 и 39,0 мм соответственно до 0,07, 0,19 и 0,23 мм к началу этапа выхода (рис. 9). Увеличение г связано с ростом наработки, силы шлифования. На этапе выхода, в связи с уменьшением д и силы шлифования, под воздействием правящего инструмента г снижается и стремится к минимальной величине.

На основе проведенных исследований предложена методика расчета наработки, режущей и мгновенной режущей способностей для всех этапов глубинного шлифования, позволяющая определять закономерности изменения силы шлифования и прогнозировать теплонапряженность процесса глубинного шлифования. Математические модели программно реализованы на языке Си++ в среде С++ВшЫег. Программа позволяет интерактивно принять от пользователя входные данные (Я, I, В, Ь) и по команде «Рассчитать» выполняет расчет основных параметров и показателей надежности (V, ¡3 и д) процесса шлифования. Результаты расчетов выводятся в текстовой и графической форме. Графики зависимости показателей надежности от времени строятся с использованием стандартного компонента библиотеки УСЬ ТСЬай, что позволяет легко масштабировать графики, укрупнять необходимые области, выводить графики на печать и сохранять на диске в файлах графических форматов. Методика расчета согласована с ОАО «Металлист-Самара» и передана на предприятия для практического использования.

Общие выводы

1. Для всех этапов плоского глубинного шлифования кругом конического профиля разработаны интегральные математические модели наработки V, режущей <2 и мгновенной д режущих способностей.

2. Установлены закономерности изменения показателей надежности от режимов шлифования (глубина шлифования, скорость подачи стола), размеров круга (радиус, угол конуса), размеров обрабатываемой поверхности (длина, ширина). Определены максимальные значения показателей и точки перегиба функций, условия равенства параметров на различных этапах процесса.

3. Получены упрощенные зависимости для расчета показателей надежности в виде неполных полиномов 3-5 степеней. Установлена функциональная связь между соответствующими коэффициентами полиномов V, £), <7.

4. Исследовано влияние показателей надежности на эксплуатационные показатели процесса глубинного шлифования кругом конического профиля: составляющие силы шлифования, шероховатость обработанной поверхности, кромкостойкость круга. Установлено, что:

при формировании стабильного рельефа рабочей поверхности круга мгновенная режущая способность является основным фактором, определяющим закономерность изменения силы шлифования; для рассмотренных условий выведены корреляционные зависимости между этими параметрами;

изменение шероховатости согласуется с закономерностями изменения мгновенной режущей способности для круга прямого профиля (а=0) при соответствующей глубине шлифования в рассматриваемом продольном сечении;

кромкостойкость круга определяется совместным влиянием наработки и мгновенной режущей способности.

5. Разработаны методика расчета параметров надежности процесса ГШ и автоматизированная программа расчета параметров на ПЭВМ. Методика согласована с ОАО «Металлист-Самара» и передана на предприятие для практического использования.

Основные положения диссертации изложены в следующих публикациях:

I. Статьи в изданиях, рекомендованных ВАК:

1. Носенко, В. А. Специфика удаления материала на различных этапах плоского глубинного шлифования кругами конического профиля / Носенко В

A., Жуков В.К., Зотова С. А., Носенко С. В // СТИН - 2008. - № 3. - С. 23-29.

2. Носенко, В. А. Математическая модель наработки при глубинном шлифовании горизонтальной поверхности кругом конического профиля. / Носенко

B. А., Зотова С. А., Носенко С. В. // Известия ВолгГТУ. - 2008,- вып.4 -№9,-

C. 29-33.

3. Носенко, В. А. Наработка и режущая способность круга конического профиля при глубинном шлифовании горизонтальной поверхности / Носенко В. А., Зотова С. А., Носенко С. В. // ПМНМ,- 2009 - №4. - С. 74-80.

II. Статьи в других изданиях:

4. Носенко, В.А. Наработка при плоском глубинном шлифовании кругами конического профиля / Носенко В.А., Зотова С. А., Носенко С. В. // Инструмент и технологии. - 2007. - № 26-27. - С. 119-123.

5. Носенко, В. А. Математические модели наработки и режущей способности при глубинном шлифовании коническими кругами. / Носенко В. А., Зотова С. А., Носенко С. В. // Сборник трудов II Международной научно-технической конференции «Теплофизические и технологические аспекты управления качеством в машиностроении» (Резниковские чтения). - Тольятти, ТГУ -2008,- С. 169-173.

6. Носенко, В. А. Глубинное шлифование коническими кругами поверхности различной ширины / Носенко В. А., Зотова С. А., Носенко С. В. // Сборник трудов 7-международной научно-практической конференции «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности». - Санкт-Петербург - 2009. - С. 379-380.

7. Носенко, В. А. Математические модели показателей надежности процесса глубинного шлифования поверхности различной ширины и длины / Носенко В. А., Зотова С. А., Носенко С. В. // Сборник трудов Всероссийской научно-технической конференции, «Повышение эффективности на основе моделирования физических явлений». - РГАТА, Рыбинск. -2009. - С. 181-187.

8. Носенко, В.А. Математические модели наработки при глубинном шлифовании коническим кругом заготовок малой длины и ширины / Носенко В. А., Зотова С. А., Носенко С. В. // Инновационные технологии в обучении и производстве : матер. VI всерос. науч.-практ. конф., г, Камышин, 15-16 дек. 2009 г. В 6 т. Т.З / ГОУ ВПО ВолгГТУ, КТИ (филиал) ВолгГТУ. - Волгоград, 2010. - С. 97100.

9. Носенко, В. А. Закономерности изменения показателей надежности при глубинном шлифовании кругом конического профиля / Носенко В. А., Зотова С. А., Носенко С. В. // Научный потенциал студенчества в XXI веке: матер. III ме-ждунар. науч. студенческой конф. Т.1: Естественные и точные науки. Техниче-

ские и прикладные науки / ГОУ ВПО «Северо-Кавказ. гос. техн. ун-т». Ставрополь. - 2009. - С.134.

10. Носенко, В, А. Математическая модель режущей способности при глубинном шлифовании кругом конического профиля / Носенко В. А., Зотова С. А., Носенко С. В. // Тез, докладов XIV межвузовской научно-практической конференции молодых ученых и студентов г. Волжского. - Волжский - ВИСТех (филиал) ВолгГАСУ. - Волгоград, 2008. - С. 38-39.

11. Носенко, В.А. Математические основы показателей надёжности процесса глубинного шлифования кругами конического профиля [Электронный ресурс] / Носенко В. А., Зотова С. А., Носенко С. В. // 9-я научно-практическая конференция профессорско-преподавательского состава ВПИ (филиал) ВолгГТУ (Волжский, 29-30 января 2010 г.) / ВПИ (филиал) ВолгГТУ. - Волгоград, 2010. -С. 70-71. - номер гос. регистрации 0321100083. bttp://www.volpi.ru/science/science_conference/.

III. Статьи в зарубежной печати:

12. Носенко, В, А. Математические модели наработки и режущей способности при глубинном шлифовании коническим кругом заготовок ограниченной ширины / Носенко В. А., Зотова С. А., Носенко С. В. // Сборник трудов Международной научно-технической конференции, посвященной 75-летию ГИУА «Технологии и техника автоматизации 2008»,- Ереван - 2008. - С. 77-80.

13. Носенко, В. A.. Quality of the surface and cutting capacity at different stages of creep feed grinding / Носенко В. А., Зотова С. А., Носенко С. В. // Материалы III Международной конференции "Strategy of Quality in Industry and Education". - Scientific Journal of the Technical University of Varna Special number. -Болгария.-2007. -С.401-404.

14. Носенко, В. A. Removal of material at different stages of deep plane grinding / Носенко В. А., Зотова С. А., Носенко С. В. // Russian Engineering Research, -Volume 28. - 2008 - С. 606-610.

15. Носенко, В. A. Run and cutting power of a conical-camber disk under creep feed grinding of a horizontal face / Носенко В. А., Зотова С. А., Носенко С. В. // Journal of Machinery Manufacture and Reliability. -2009. - Volume.38, №4. -C.373-378.

Подписано в печать 8.11.2011г. Заказ № 705. Тираж 100 экз. Печ. л. 1,0 Формат 60 х 84 1/16. Бумага офсетная. Печать офсетная.

Типография ИУНЛ Волгоградского государственного технического университета. 400005, г. Волгоград, просп. им. В.И. Ленина, 28, корп. №7.

61 12-5/1344

и

Волжский политехнический институт (филиал) Федерального государственного бюджетного образовательного

учреждения высшего профессионального образования «Волгоградский государственный технический университет»

На правах рукописи

Зотова Светлана Александровна

ИССЛЕДОВАНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ ГЛУБИННОГО ШЛИФОВАНИЯ КОНИЧЕСКИМ КРУГОМ С УЧЕТОМ МНОГОЭТАПНОСТИ ПРОЦЕССА

05.02.07 - Технология и оборудование механической и физико-технической обработки

Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук

Научный руководитель:

д.т.н., профессор Носенко Владимир Андреевич

Волгоград - 2011

СОДЕРЖАНИЕ

Обозначения и сокращения....................................................................................................................................................4

Введение................................................................................................................................................................................................................5

Глава 1. СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О ШЛИФОВАНИИ............................8

1.1. Постановка вопроса................................................................................................................8

1.2. Разновидности шлифования..............................................................................................10

1.3. Глубинное шлифование и его особенности......................................................13

1.4. Область применения глубинного шлифования..............................................17

1.5. Качество поверхности при глубинном шлифовании..............................18

1.6. Температура контактной зоны при глубинном шлифовании .... 19

1.7. Шлифовальные круги при глубинном шлифовании..............................21

1.8. Правка круга......................................................................................................................................22

1.9. СОЖ......................................................................................................................................................24

1.10. Станки глубинного шлифования..........................................................................25

1.11. Съём материала при глубинном шлифовании............................................26

1.12. Выводы, постановка цели и задач исследования......................................31

Глава 2. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ПЛОСКОГО ГЛУБИННОГО ШЛИФОВАНИЯ КРУГОМ С КОНИЧЕСКОЙ РАБОЧЕЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ................................................................................................................................................................................32

2.1. Техническое оснащение...................................................

2.2. Методика исследования составляющих сил шлифования..................37

2.3. Методика исследования шероховатости обработанной поверхности ....................................................................................................................................................40

2.4. Методика исследования кромкостойкости круга......................................42

Глава 3. ИНТЕГРАЛЬНЫЕ МОДЕЛИ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЁЖНОСТИ ГЛУБИННОГО ШЛИФОВАНИЯ ПЛОСКОЙ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ

ПОВЕРХНОСТИ КРУГОМ КОНИЧЕСКОГО ПРОФИЛЯ......................................................44

3.1. Интегральные модели показателей надёжности глубинного шлифования поверхности длиной Ь >Ъ, шириной В >Н................................44

3.1.1 Этап врезания..................................................................................................................46

3.1.2 Этап постоянной дуги контакта....................................................................65

3.1.3 Этап выхода......................................................................................................................67

3.2. Интегральные модели показателей надёжности глубинного

шлифования поверхности длиной Ь >Ь, шириной В<Н............................72

79

3.2.1 Этап врезания........................................................

77

3.2.2 Этап постоянной дуги контакта....................................................................11

по

3.2.3 Этап выхода...........................................................

3.3. Интегральные модели показателей надёжности глубинного шлифования поверхности длиной L<b, шириной В >Н ............ 81

3.3.1 Этап врезания......................................................... 81

3.3.2 Этап добора глубины................................................ 82

3.3.3 Этап выхода............................................................ 84

3.4. Интегральные модели показателей надёжности глубинного шлифования поверхности длиной L <Ь, шириной В<Н.............. 85

3.4.1 Первый класс........................ ..................................................................86

3.4.2 Второй класс......................... ....................................................................89

3.4.3 Третий класс......................................................................................................................92

3.4.4 Четвертый класс..............................................................................................................95

3.5. Выводы........................................................................ 97

Глава 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ НА ПОКАЗАТЕЛИ НАДЁЖНОСТИ

ГЛУБИННОГО ШЛИФОВАНИЯ РАЗМЕРОВ ЗАГОТОВКИ, КРУГА И РЕЖИМОВ ШЛИФОВАНИЯ. АППРОКСИМАЦИЯ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МОДЕЛЕЙ..................................................................................... 99

4.1. Влияние размеров заготовки, круга и режимов шлифования на продолжительность процесса............................................ 99

4.2. Влияние размеров заготовки, круга и режимов шлифования на наработку..................................................................... 102

4.3. Влияние размеров заготовки, круга и режимов шлифования на режущую способность..................................................... 122

4.4. Влияние размеров заготовки, круга и режимов шлифования на мгновенную режущую способность.................................... 134

4.1. Выводы........................................................................ 146

Глава 5. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПЛОСКОГО ГЛУБИННОГО

ШЛИФОВАНИЯ СТАЛИ 30ХГСНА...................................................... 147

5.1. Исследование закономерностей изменения составляющих силы глубинного шлифования стали 30ХГСНА............................ 147

5.2. Исследование взаимосвязи составляющих силы шлифования с показателями надёжности................................................ 151

5.3. Исследование шероховатости обработанной поверхности................170

5.4. Исследование кромкостойкости круга..................................................................173

5.5. Разработка методики и программного обеспечения расчета показателей надёжности......................................................................................................175

5.6. Выводы........................................................................ I78

Выводы по работе.......................................................................................... 180

Список использованной литературы........................................................... 181

197

Приложение...........................................................................

ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ

& мкм/имп Скорость подачи правящего алмазного ролика

мм/мин Скорость подачи стола

v м/с Скорость круга

Я мм Радиус основания круга с конической рабочей поверхностью

а град Угол между осью круга и образующей конической рабочей поверхностью круга

г мм Глубина шлифования

ь мм Длина заготовки

в мм Ширина заготовки

Н мм Ширина режущего слоя конической поверхности шлифовального круга

ь, мм Текущая ширина шлифования

ь■ мм Длина дуги контакта

4 мм Длина шлифования

т с Продолжительность шлифования

V 3 мм Наработка

й мм3/с Режущая способность

ч мм3/с Мгновенная режущая способность

р н Сила шлифования

Яа мкм Шероховатость обработанной поверхности

АИ Абразивный инструмент

ГШ Глубинное шлифование

МНК Метод наименьших квадратов

мвнк Метод взвешенных наименьших квадратов

сож Смазочно-охлаждающая жидкость

ВВЕДЕНИЕ

Развитие отечественного машиностроительного производства на современном этапе характеризуется, в первую очередь, стремлением к выпуску продукции, которая была бы конкурентоспособна на мировом рынке. Постоянно растущие требования к производительности, точности и качеству операций формообразования при одновременном снижении затрат на обработку резанием - всё это стимулирует постоянный поиск новых методов и средств повышения эффективности процесса шлифования.

С учётом преимуществ метод глубинного шлифования (ГШ) можно поставить в ряд наиболее перспективных процессов высокоточного и высокопроизводительного шлифования. Существует значительное количество работ, посвященных обработке методом ГШ. Вопросами повышения качества обрабатываемой поверхности и снижения износа абразивного инструмента (АИ) занимались такие учёные, как Безъязычный В.Ф., Волков Д. И., Елисеев Ю. С., Макаров В. Ф., Носенко В. А., Островский В.И., Полетаев В. А., Рыку-нов Н. С., Старков В. К., Силин С. С., Хрульков В. А., и др.

В настоящее время технологический процесс профильного ГШ является наиболее эффективным вариантом изготовления соединений различных типоразмеров с любой степенью сложности и точности. Этот процесс хорошо изучен и внедрён в производство турбинных лопаток, сложнофасонного режущего инструмента, деталей из титановых сплавов и др. Профильное шлифование используется как метод чистовой обработки для окончательного точного и высококачественного профилирования зубчатых элементов.

Сегодня не вызывает сомнений тот факт, что одни только механические свойства абразивных и обрабатываемых материалов не дают полного понимания сущности процесса шлифования, и что следует рассматривать целый комплекс явлений, имеющих место в процессе шлифования. Отсутствие надёжных математических моделей, используя которые можно было бы прогнозировать процессы ГШ, определяет актуальность решения данной задачи для теории и практики шлифования.

Целью работы является повышение эффективности ГШ на основе исследований особенностей формообразования кругом конического профиля с учётом многоэтапности процесса.

Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, списка литературы и 1 приложения. Работа изложена на 202 страницах, включая 70 рисунков и 32 таблиц, списка использованной литературы из 152 наименований.

В первой главе рассмотрено состояние исследований в области ГШ. Проведён тематический обзор научно-технической информации по теме диссертации. Определены основные задачи исследования.

Во второй главе описывается техническое оснащение и методика исследования составляющих силы шлифования процесса плоского ГШ кругом с конической рабочей поверхностью, методика исследования шероховатости обработанной поверхности, методика исследования кромкостойкости.

В третьей главе описывается вывод интегральных формул для вычисления показателей надёжности шлифования, таких как наработка, режущая и мгновенная режущая способности при ГШ кругом конического профиля плоских горизонтальных поверхностей, различных по ширине и длине. Проведён частичный дифференциальный анализ полученных зависимостей.

В четвертой главе представлены результаты аппроксимации значений показателей надёжности, вычисленных по интегральным формулам, при ГШ кругом конического профиля плоских горизонтальных поверхностей, различных по ширине и длине. Исследовано влияние на показатели надёжности параметров и режимов шлифования. Проведён частичный дифференциальный анализ аппроксимированных зависимостей.

Пятая глава посвящена анализу экспериментальных данных, полученных в процессе плоского ГШ образцов из стали 30ХГСН2А, и поиску взаимосвязей эксплуатационных показателей процесса шлифования с показателями надёжности.

Обобщение результатов работы изложено в общих выводах.

Данная работа является итогом научных исследований, проведённых в лабораториях кафедры «Технология, оборудование и автоматизация машиностроительных производств» Волжского политехнического института (филиала) Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Волгоградский государственный технический университет» в соответствии с темами:

- 13/01-Б-08 «Разработка математических моделей процессов шлифования и абразивные отрезки»;

- 13/01-Б-09 «Исследование процессов встречного и попутного глубинного шлифования с периодической и непрерывной правкой круга»;

- Тема 13/10-07 «Разработка эксплуатационных показателей процесса шлифования плоской поверхности кругами конического профиля».

В результате проведённых исследований была разработана методика расчёта наработки, режущей и мгновенной режущей способностей для всех этапов ГШ, позволяющая определять закономерности изменения составляющих силы шлифования и прогнозировать теплонапряжённость процесса глубинного шлифования. Математические модели программно реализованы на языке Си++ в среде С++ВшМег. Графики зависимости показателей надёжности от времени шлифования строятся с использованием стандартного компонента библиотеки УСЬ ТСЬай, что позволяет легко масштабировать графики, укрупнять необходимые области, выводить графики на печать и сохранять их на диске в файлах графических форматов. Методика расчёта согласована с ОАО «Металлист-Самара» и передана на предприятия для практического использования.

Согласованная методика приведена в приложении к диссертационной работе.

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О ШЛИФОВАНИИ

1.1. ПОСТАНОВКА ВОПРОСА

Конкурентоспособность машиностроительной продукции обеспечивается быстротой реакции на возможное изменение в процессе производства за счёт освоения новых станков, материалов, технологий; ужесточением требований к экономичности обработки поверхностей с высокими качественными и точностными характеристиками. Всё более очевидной становится тенденция на непрерывное и быстрое обновление продукции с небольшими объёмами выпуска при одновременном поиске путей снижения её себестоимости. В этой связи резко возрастает потребность в мобильности и высоком технологическом уровне производства, его насыщенности прогрессивными наукоёмкими технологиями [105].

При всех видах формирования рабочих поверхностей деталей машин ведущая роль продолжает оставаться за процессом резания. Широкое применение новых методов формообразования (литья под давлением, литья в выплавляемые модели, штамповки, выдавливания, формообразования взрывом и др.) позволяет приблизить размеры заготовок к размерам готовых изделий. При этом заготовки, минуя операции точения, строгания или фрезерования, поступают непосредственно на абразивную обработку [5, 60].

Резание обрабатываемого материала происходит в результате движений совершаемых инструментом и деталью [79]. Все принципиальные кинематические схемы, по которым осуществляется обработка резанием, основаны на сочетании двух элементарных движений: прямолинейного и вращательного. Количество элементарных движений в различных кинематических схемах резания различно, и применяются они в различных сочетаниях. Г. И. Грановский принципиальные кинематические схемы резания классифицирует по восьми группам [21]. В пределах этих восьми групп возможны 282 принципиальные кинематические схемы резания. Практическое же примене-

ние нашли пока только 27. Плоское глубинное шлифование относится к IV группе - одно вращательное и одно прямолинейное движения.

Шлифование - самый распространённый и наиболее эффективный технологический процесс среди всех известных методов абразивной обработки. Его применение существенно расширилось: по скорости обработки - до 250 м/с, по глубине резания - от долей микрона до 10 мм и более, по шероховатости обработанной поверхности - до Яа 0,04...0,02 и по точности формообразования - менее 1 мкм. [59, 105, 113, 121]. Шлифование представляет собой процесс обработки резанием, при котором производится снятие материала в форме очень мелкой стружки. Основной особенностью шлифования являются чрезвычайно малые размеры режущих кромок абразивных зерен, их случайная геометрия и случайное расположение на рабочей поверхности круга. Именно в этом и заключается принципиальное отличие кинематики шлифования от кинематики других процессов прерывистого резания (фрезерования, резания дисковой пилой и др.). Обрабатываемость характеризуется

Л

показателями: режущей способностью АИ (мм /мин, г/мин) до появления дефектов (прижогов, трещин) на обрабатываемой поверхности, износом инструмента, силой резания, качеством поверхности, достижимой точностью размеров и формы. Обрабатываемость шлифованием зависит от химического состава, физико-механических свойств (теплопроводностью, твердостью) обрабатываемого материала, характеристики шлифовальных кругов и режимов резания и пр. [33, 38, 78, 79, 116].

К достоинствам шлифования относятся высокие показатели размерной точности (порядка 2... 4 мкм), соответствия формы, производительности обработки. Для изготовления изделий с требованиями, предъявляемыми к форме, размерам и качеству поверхности, а также для обработки твёрдых изделий находят применение различные методы шлифования. Необходимость повышения производительности методов шлифования диктуется развитием современной техники. Как при индивидуальном и мелкосерийном, так и при крупносерийном и массовом производстве удалось существенно сократить

основное технологическое время процесса шлифования [121]. Если подвергнуть анализу слагаемые времени, то можно установить, что экономия была достигнута почти исключительно за счёт рационализации технологического процесса, то есть за счёт сокращения вспомогательного времени, тогда как машинное время осталось почти неизменным. Расширяющаяся автоматизация вспомогательных операций (загрузка станка заготовками, закрепление обрабатываемых изделий, подвод-отвод шлифовального круга, измерение изделий, правка круга и т. д.) привела к тому, что доля машинного времени может составлять до 80 %. Поэтому дальнейшее повышение экономичности методов шлифования оказывается наиболее эффективным в том случае, если удаётся с�