автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Повышение производительности и качества заточки твердосплавного напайного инструмента за счет оснащения операции высокоэффективными алмазными кругами

На правах рукописи

Коротовских Валентин Константинович

ПОВЫШЕНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ И КАЧЕСТВА ЗАТОЧКИ ТВЕРДОСПЛАВНОГО НАПАЙНОГО ИНСТРУМЕНТА ЗА СЧЕТ ОСНАЩЕНИЯ ОПЕРАЦИИ ВЫСХЖОСЙФЕКТЙКагД! АЛ«ЗНШИ КРУГАМИ

05.02.08 - "Технология машиностроения"

05.03.01 - "Процессы механической и физической обработки, станки и инструмент"

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Курган - 1396

Рано та выполнена в Курганском государственном университете.

Научный руководитель - кандидат технических наук, - доцент Курдюков О.И.

Официальные оппоненты : доктор технических наук, профессор мазеин П.Г.

кандидат технических- наук, доцент Куль A.A.

Ведущее предприятие - АО "Курганмашзавод"

Запита состоится 2.в июня 1996 года в 9 часов на заседания диссертационного совета К 064.18.01 в Курганском государственном университете (640669, т. Курган, пл. км. Ленина, КГУ).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Курганского государственного университета.

Автореферат разослан 2.1 мая 1996г.

Ученый секретарь диссертационного совета /_ Ратманов Э.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ. Важную роль в производстве изделий машиностроения играет -металлорежущий инструмент, эксплуатационные свойства которого в значительной степени определяются технологией шлифовально-заточных операций. Одна из главных задач финишных операций - получение качественных поверхностей {требуемая шероховатость, отсутствие прижогов и трещин) режущей части инструмента при обеспечении высокой производительности обработки.

В настоящее время 60-70% общего объема инструмента, при-, меняемого при обработке металлов резанием, составляет напайной твердосплавный инструмент. Поэтому повышение производительности и качества финишных операций изготовления твердосплавного напайного инструмента является актуальной задачей.

. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ. Цель работы - повышение производительности и качества заточки твердосплавного напайного инструмента за счет оснащения операции высокоэффективными алмазными ' кругами. В соответствии с целью исследования были решены следующие основные задачи:

- установлена взаимосвязь производительности и качества заточки твердосплавного напайного инструмента со структурными характеристиками алмазных кругов и выбран наиболее эффективный способ их изготовления;

- оптимизированы структурные характеристики кругов, предназначенных для оснащения операции;

- исследованы производительность и качество заточки^ опытными кругами;

- разработана методика назначения режимов резания и алгоритм расчета характеристик кругов, обеспечивающих производительную и качественную заточку твердосплавного напайного инструмента.

^ НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Установлена взаимосвязь производитель- ности и качества заточки твердосплавного напайного инструмента со структурными характеристиками алмазных кругов. Разработан алгоритм расчета характеристик кругов, обеспечивающих максимальную производительность и требуемое качество заточки. Предложен экспресс-метод оценки работоспособности алмазных кругов. Классифицированы способы формирования пористых структур алмазных кругов на

органических связках. Получена математическая модель, описывающая, зависимость предела прочности на растяжение рабочего "слоя экспе-• риментальных кругов от содержания структурных составляющих.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ. Разработана методика назначения ■ режимов резания и алгоритм расчета характеристик кругов для _ операции заточки твердосплавного напайного инструмента; методика определения работоспособности кругов, позволяющая существенно сок-' ратить трудоемкость и материалоемкость проведения эксперимента по оптимизации параметров структуры кругов. С целью совмещения черновой и чистовой операций выработаны рекомендации по зернистости алмазов, виду и составу связки, параметрам структуры кругов.

РЕАЛИЗАЦИЯ РАБОТЫ. Проведенные исследования использованы ьри изготовлении и внедрении алмазных кругов, которые позволили (в условиях Екатеринбургского ПО "Уралтрансмаш") повысить производительность и качество заточки твердосплавного напайного инструмента.

АПРОБАЦИЯ. Основные положения работы докладывались на научно-практической конференций "Разработка и применение новой техники, технологии и автоматизированных систем в промышленности" (Курган, 1988); на областном семинаре "Применение прогрессивного алмазно-абразивного инструмента в инструментальном производстве" (Курган, 1980); на республиканской научно-технической конференции "Совершенствование технологических процессов изготовления деталей малчет" (Курган, 1901); на научно-технической конференции "Прогрессивные технологии в машиностроении" (Одесса, 1991); на конференции "Новые технологические процессы в механической обработке" (Одесса, 1992); на семинаре "Алмазно-абразивная обработка при изготовлении деталей машино- и приборостроения" (Москва. 1993); на российской научно-технической конференции "Наукоемкие технологии в машиностроении и приборостроении" (Рыбинск. 1994); на научных семинарах кафедр " Металлорежущие станки и инструменты" и "Технология машиностроения" Курганского машиностроительного института (Курган, 1994-1996).

ПУБЛИКАЦИИ. По • теме диссертации опубликовано тринадцать печатных работ.

СТРУКТУРА Л СГЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения. пяти глав, основных выводов и результатов работы, списка использованных перечников из 118 наименований и приложения; содержит 145 страниц машинописного текста, 28 рисунков, 29 таблиц.

Б

ВВЕДЕНИЕ

Во введении обоснована актуальность проведенного исследования, . сформулированы цель и задачи, указаны основные положения, выносимые на защиту.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

Но сравнению со сборным, цельнотвердосплавным инструментом заточка напайного представляет существенные трудности и характеризуется пониженными производительностью и качеством. Это вызвано двумя основными причинами - образующейся при шлифовании державки сливной стружкой крупных размеров и отсутствием на режущей поверхности алмазных кругов мехзернового пространства, достаточного для свободного размещ?ния и удаления такой стружки. Поэтому круги засаливаются, имеют повышенный расход.

Для снижения контакта круга с державкой направлены меры конструктивного и геометрического изменения параметров инструмента (нависание и завышение пластинок твердого сплава, создание свободного пространства, двойные углы). Однако они эффективны только в условиях первичной заточки и не решают проблемы при переточке.

Обзор работ Грабченко А.К., Дегтяренко Н.С., Захаренко И.П., Попова A.C., Рыбицкого В.А., СемкоМ.Ф., Худобина Л.В., Шепелева A.A., Ящеривдна П.И. и др. показал, что решение задач повышения производительности и качества операции заточки твердосплавного напайного инструмента осуществляется в следующих основных направлениях:

- оснащение операции кругами оптимальных характеристик и соответствующих им режимов .резания;

- использование комбинированных (электрохимическое и электроэрозионное шлифование) методов заточки;

- совершенствований составов и способов подвода смазоч-' но-охлаждающих жидкостей;

- применение эффективных методов правки и управления рельефом режущей поверхности кругов;

- внедрение высокопроизводительного автоматизированного оборудования.

Из анализа направлений установлено, что наиболее рациональным является первое - оснащение операции высокоэффективными алмазными кругами оптимальных характеристик с назначением соответствующих режимов резания. " , „.-.

Основное влияние на производительность и качество обработки оказывают такие характеристики круга как зернистость, связка и структура.

. Для того, чюбы повысить межзерновой объем на рабочей поверхности кругов, и Соответсвенно'производительность,-увеличивают размер алмазов. Однако крупнозернистые круги не позволяют получить требуемого качества заточки. Так, шероховатость режущей части'твердосплавных инструментов, предназначенных для предварительной обработки должна находиться в пределах 0,63-0,32; дла скончательной -'0,32-0,04 мкм. Как правило, на черновых операциях заточки (зернистость алмазов 250/200-160/125) достигаемая Ка = 2,5-0,63 мкм, на чистовых (зернистость - 125/100-63/50) -0,63-0,16. Поэтому операцию приходится разбивать на. черновую и чистовую, доводку (Ка= 0,16-0,04 мкм). Например, заточку и доводку многолезвийного твердосплавного инструмента рекомендуется производить за четыре операции: кругами с зернистостью 200/160-100/80 - для черновой заточки; 80/63-63/50 - чистовой; 50/40-40/28 - для доводки граней; 20/14-10/7 - доводки фасок.

Для повышения производительности, экономичности, точности изготовления желательно совместить черновую и чистовую операции и затачивать металлорежущий инструмент без перебазирования, переналадки - на одном станке и одним кругом. Зернистость такого круга должна обеспечить требуемую шероховатость, межзерновой объем рабочей поверхности - производительность. Наилучиим образом этим условиям удовлетворяют алмазные круги с зернистостью, соответствующей чистовой заточке, на органических связках, высокопористой структуры.

Так как пористость оказывает существенное влияние на физико-механические и эксплуатационные показатели кругов, то необходима оптимизация их структурных характеристик применительно к конкретным условиям шлифования.

В последнее время появились способы изготовления пористого алмазного шлифовального инструмента на органических связках. Однако ни один из этих инструментов.не доведен до стадии промышленного внедрения. Не установлена взаимосвязь производительности

л качества заточки твердосплавного напайного инструмента со структурными характеристиками кругов, нет алгоритма их расчета и методики назначения .режимов резания, обепечивающих максимальную производительность и требуемое качество заточки. Не проанализированы способы формирования пористых структур. Не известен экспресс-метод оценки работоспособности кругов с помощью которого можно существенно упростить испытания по оптимизации параметров их структуры. Отсутствие таких исследований не позволяет оснастить операцию заточки твердосплавного напайного инструмента высокоэффективными кругами.-. ., "

2. ВЗАИМОСВЯЗЬ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ И КАЧЕСТВА СО ' СТРУКТУРНЫМИ. ХАРАКТЕРИСТИКАМИ КРУГОВ V. ВЫБОР НАИБОЛЕЕ ЭФФЕКТИВНОГО СПОСОБА ИХ ИЗГОТОВЛЕНИЯ

, На . основе модели взаимодействия круга с обрабатываемым материалом установлена взаимосвязь производительности и качества заточки твердосплавного напайного инструмента со структурными характеристиками (зернистостью и концентрацией) кругов:

0уД= 3840-U - О^в-Кзап'/к-МСсО-Кр -VK. (1)

Здесь 0уД - удельный'минутный съем металла, приходящийся на единицу ширины круга, мм2/мин; '% - относительное критическое значение глубины заделки режущих зерен Се. = 0,2 - 0,7); d3 -размер алмазоз, мм.

Kaan - коэффициент заполнения стружкой активной площади цежзернового пространства рабочей поверхности кругов:

ВтсгК&ап.тс + Вст'Кзал.ст

Кзап " -;- ' (2)

• . В"£с + Вст

(Кэап.тс» Каап.ст,' Втс. Вст - величины коэффициентов заполнения и ширина пластинок твердого.сплава и стали, соответственно) .

К - концентрация, Z.

U(а) - функция, зависящая от коэффициента формы зерен а.

Кр - коэффициент, учитывающий число рабочих зерен.

VK - скорость вращения круга, м/с.

.Анализ'взаимосвязи подтвердил сделанный в первой главе

вывод о том, что для повышения производительности серийно выпускаемых алмазных кругов на органических связках необходимо найти наиболее эффективный способ получения их пористых структур.

Предложена классификация , способов формирования пористых структур алмазного шлифовального инструмента на' органических связках. Обеспечение., пористости в таком инструменте достигается за счет уменьшения связки. Объемная пористость формируется на стадии изготовления кругов с помощью • вспенивания абразивной массы или наполнителей с высокой собственной пористостью - полых сферических частиц (ПСЧ). Вспенивание массы, в свою очередь,' осуществляется при изменении серийной технологии производства кругов или испарения веществ на водной основе. К особым отнесены методы образования поверхностной пористости-'в процессе шлифования-за счет веществ, вымываемых СОЖ. • " .

Установлено, что круги пористой структуры, получаемой за счет вспенивания абразивной массы; наполнителей, вымываемых СОЖ не могут быть рекомендованы для черновой обработки, оснащения операции заточки твердосплавного напайного инструмента. Это связано с- их низкой • износостойкостью.

Обоснован способ изготовления алмазных кругов, предназначенных для эаточки. твердосплавного напайного инструмента, с применением полых сферических частиц. Эффективность предлагаемого наполнителя заключается в том, что он позволяет изготовить фактически плотный по объему рабочий слой кругов методом горячего прессования. Формовочная масса полностью заполняет оставшийся после алмазных зерен и рекомендуемых частиц объем слоя. При этом легко достигаются необходимые для получения высококачественной органической связки давление и температура. Во время работы и правки инструмента частицы-, выходящие на режущую поверхность, вскрываются, формируя необходимую пористость, обеспечивающую благоприятный ход процесса шлифования.. Структура кругов с ПСЧ более равномерная, однородная, что положительно влияет на качество обработки таким инструментом, (а. с. 1815196).

К достоинствам выбранного наполнителя следует отнести и возможность модифицирования поверхности ПСЧ с помощью'аппретов и покрытий, повышающих прочность самих частиц и прочность их адгезии со связкой. Предлагаемое решение (а.с. 1823348) позволило повысить достигаемый уровень пористости кругов, производительность и качество шлифования твёрдых сплавов.

Рассмотрены виды (стеклянные, керамические, полимерные, углеродные) известных в настоящее время полых микросфер и доказана целесообразность использования в кругах на органических связках ПСЧ из стекла. Они имеют высокую адгезионную способность К органическим связкам и незначительную к обрабатываемым металлам, размягченное в процессе .резания стекло является эффективной граничной смазкой, налажен устойчивый выпуск стеклосфер и т.д.

3. ВЛИЯНИЕ СТРУКТУРНЫХ СОСТАВЛЯЮЩИХ НА ПРОЧНОСТЬ РАЗРАБАТЫВАЕМЫХ КРУГОВ

С целью предварительной оптимизации структуры изучено влияние основных ее составляющих - алмазных зерен, стеклосфер пористостью 80-95% и связующего - на прочность разрабатываемых кругов.

Установлено, что материал структурных составляющих рабочего слоя опытных кругов неоднородный и хрупкий. С учетом этого рассмотрена закономерность наполнения полимерной матрицы алмазными зернами и ПСЧ. •

Определена пористость (П) ПСЧ, необходимая для их рав-нопрочности с замещаемым объемом полимера:

Л » / (1 - бп/6с)Э , ..•• (3)

где бс . бп - предел прочности на растяжение при разрушении стеклянной и полимерной сферы, соответственно.

На основании выведенной формулы установлено, что равноп-рочность объемов фенолформальдегидной смолы и полых микросфер из натрийборосиликатного стекла обеспечивается при пористости последних в пределах 80-95Х. Однако, как показали проведенные испытания, применяемые в работе ПСЧ указанной пористости разупрочняют матрицу:

бв - 28.4 - 10,29 X - 20.48Х2 , (4)

где бБ - предел прочности полимерной композиции; X - объемная доля стеклосфер. Это объясняется невозможностью получения истинного значения предела прочности микросфер, повышенной хрупкостью, существенной зависимостью стекла от состояния поверхности и т.д. ' .

Для измерения предела прочности при растяжении использовалось соотношение:

бЕ - Ртах/Т V (5)

где Ртах - усилие, соответствующее максимальной нагрузке, кг; Р - площадь поперечного сечения образца в месте разрушения, мм2.

С применением' симплекс-решетчатого метода планирования исследована зависимость б3 от содержания алмазных зерен аС4

125/100 (при изменении от 10 до 44%); ПСЧ диаметром 100/80. (от О до 52%) и связующего СФП-012А (от 38 до 90%). Численные значения координат подобласти симплекса учитывали плотность'.упакопки зерен алмазов и ПСЧ.

Получено уравнение регрессии для вычисления предела грочгости в координатах псердокомпонентов и исходных координатах: бс - 31,321 + 12.83/2 + 28,1/.? + 11.742^22 +

+ 25,34722;-) -. Й.вг^з; • (6)

6Е = 48,55X1 - 21,61X2 + 28,16Хз - 167,34Х1Х2 + ■

-+90,5Х2Хз+25,ЗХ1ХЗ; (7)

где 11,Хц гз.Хз - объемные доли алмазов, ПСЧ, и

связующего, соответственно.

Проверена адекватность приведенной-модели, построены ее контурные кривые (рис. 1). -

Анализ диаграммы выявил усиливающее влияние алмазных верен на прочность полимерной матрицы. Так, увеличение объема вводимых зерен от 10 до 44% привело к возрастанию прочности композиции связующее - алмазные зерна в 1.12 раза. При неизменном объемном содержании зерен алмазов прочность композиции возрастает с уменьшением объема ПСЧ и увеличением - связующего. Для того, чтобы сохранить исходную прочность матрицы (снизить разулрочняющее действие ПСЧ за счет равноценного упрочняющего - алмазами), объемное содержание зерен и сфер должно находиться в соотношении 1:1 (25-30 об.%).

4. ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ СТРУКТУРЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ КРУГОВ

Для оптимизации параметров структуры с помощью эксплуатационных показателей была разработана экспресс-методика определения работоспособности кругов.

Обзор существующих методик оценки работоспособности алмазных кругов показал, что они характеризуются повышенными трудо-

и

емкостью и материалоемкостью и не учитывают реальных условий шлифования. .

ч Согласно предлагаемой методике испытания проводятся по схеме . летучего шлифования, максимально приближенной к условиям заточки металлорежущего инструмента (рис. 2). При этом обработка выполняется не целым кругом, а только частью его рабочего слоя, замененной образцом цилиндрической формы. Данная схема учитывает . то, что - в реальном процессе шлифования площадь контакта круга с деталью составляет только незначительную часть ' его . рабочей поверхности. Следовательно,- каждый участок круга находится в контакте с обрабатываемой деталью периодически, что позволяет при . соответствующем пересчете режимов резания перейти к предложенной схеме. Режимы шлифования■выбираются таким образом, чтобы величина удельной, нагрузки на образец соответствовала нагрузке, приходящейся на единицу площади рабочего слоя круга в реальном процессе. Корректировка режимов резания осуществляется за счет уменьшения продольной подачи: »

Snp.KD. ^обр.

Snp.o6D.= ~ » (8)

Я Dep. кр.

где Snp.osp.- продольная подача образца по схеме летучего шлифования; Snp.Kp.- продольная подача при шлифовании кругом; doep.- диаметр образца; Dcp.kp.- диаметр средней линии рабочего слоя круга.

Оценка работоспособности образцов производится по величине удельного расхода алмазов, усилиям шлифования и т.д.

С целью реализации предлагаемой методики были изготовлены цилиндрические образцы : диаметром и высотой 10 мм из алмазов АС6 160/125 100-% ной концентрации на основе связующего СФЛ-012А. Используя симплекс-решетчатое планирование, оптимизировался состав в который входили: металл, обладающий высоким демпфированием и низкой адгезионной активностью по отношению к обрабатываемым материалам - магний (Xi), абразивный " наполнитель - монокорунд зернистостью 12 (Хг) и стеклянные полые микросферы диаметром 125/100 ыкм (Хз). ■ '

Опыты проводились на универсально-заточном станке мод. ЗД642Е при торцевом плоском шлифовании твердого сплава ВК8. Размеры поперечного сечения пластины сплава 18x12 мм. Режимы резания: окружная скорость 30 м/с;' поперечная подала 0,02 мм/дв.ход;

Проекция линии равного значения прочности на разрыв

Схема испытаний

3 - планшайба; 4 - шпиндель Рис. "

продольная - Snp.oep.»- 50 мм/мин, что соответствует подаче кругом равной Snp.np.= 2 м/мин. .

; На основании экспериментальных данных получены уравнения регрессии для удельного расхода алмазов: . g * 5,76Xi + 11,53X2 +'• 10,88X3 + I.66X1X2 +.

+ 17.12X1X3 - 2,82X2X3 ; (9)

•и радиального'усилия шлифования:

Ру = 16.4X1 + 18,23X2 + 2,82X3 - 33,26XiX2 - '

- 2О.84Х1Х3 - 8.5X2X3 . ' (10)

Сравнительный анализ предлагаемой и ГОСТ-овской методик . показал,- что новая методика позволяет в 50-100 раз сократить расход алмазов, 10-12 - твердого сплава, в 2-3 раза уменьшить время на подготовку и проведение эксперимента по определению работоспособности кругов для конкретных условий шлифования.

Обоснован состав и объемное содержание связки для изготовления экспериментальных кругов - связующее (СФП-0,12А), магний и олово объемом (в 7. от общего объема связки) 50, 35 и 15Z, соответственно. , ' . __

С помощью разработанной методики оптимизированы параметры структуры опытных кругов (АС4 125/100 lOOZ-ной концентрации). Критерием оптимизации структуры служил главный показатель рабо-тиспособности кругов - удельный расход алмазов g (мг/г). С целью моделирования процесса совместной обработки режущей части инструмента и его державки одновременно шлифовались образцы из твердого ■ сплава ВК8 и стали 45Х (твердостью 40 - 45 HRC). Поперечные размеры каждого из образцов составляли 10x15 мм; направление вращения - от твердосплавной пластины к стальной. Режимы шлифования: скорость резания - 25 м/с; подачи: продольная 50' мм/мин (2 м/мин); поперечная - 0,02 мм/дв.ход. Условия испытаний (материал и размеры образцов, режимы резания), как наиболее применяемые, предложены предприятием - заказчиком опытных кругов.

Анализ результатов показал, что наименьвий расход amia-зов обеспечивается при соотношении объемов связки Vcb и ГОЧ (Упсч) в пределах 2,5 - 3,5 (рис. 3).

Для выбранного соотношения объемов VCb/Vnc4 = 3 были оптимизированы и размерные характеристики ПСЧ. Установлено, что оптимальное сотношение размеров dnc4''ds находится в предела* 0,8-1,0 (рис. 4)..

Таким образом, .структура предлагаемых алмазных кругсл

Зависимость удельного расхода алмазов от соотношения, объемов связки и ИСЧ (У3=25Х; <1псч=120/100 мкм)

е.

мг/г 25

20

15

У

ч [■/

1 _ Г

75 6,5 4 2,75 1,5 0,75 Соотношение объемов Усъ^псч

Рис. 3

Удельный расход алмазов в зависимости от соотношения размеров ПСЧ и зерен алмазов (Уэ=25%; УСЕ/УПСч=3; (¡3=1г5/100 мкм)

0,4 0,6 0,3 1,0 1,2 Соотношение размеров йпсч/йз

1.6

Рис. 4

lOOX-ной концентрации определена следующими параметрами: ; Vcb/Vnc4= 2;5 * 3,5;. dnC4/d3= 0,8 - 1,0. В подобной структуре на каждое алмазное ;зерно приходится одна сфера. При соблюдении заданных "параметров удельный расход алмазов в кругах будет мини. ч дальним. Вполне . очевидно, что рабочая поверхность таких кругов - .•.обеспечивает нормальное протекание процесса резания, размещение и . удаление ■ снимаемой стружки. Это позволяет сделать вывод о том, ■' что рекомендуемая структура в наибольшей степени способна повысить производительность и. качество'заточки твердосплавного напай-. кого инструмента. ' ■ ■

/ 5. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ И КАЧЕСТВА ЗАТОЧКИ ОПЫТНЫМИ КРУГАМИ

Исследование производительности и качества заточки экспериментальными кругами ( без охлаждения) осуществлено в лабораторных и производственных условиях. При проведении лабораторных ■ испытаний была изучена износостойкость кругов и шероховатость обработанной ими поверхности.

Скорость шифования30 м/с и продольная подача - 2 м/мин сохранялись постоянными. Это максимальные величины - скорость ограничена прочностью приклеивания рабочего слоя к корпусу кру^а, подача - появлением трещин w микротрещин на поверхности твердого сплава.из-за интенсивной засаливаемости кругов (при Sn = 0,02 мм/дв.ход; Snp = 2,5 м/мин). Режимы резания изменялись за • счет поперечной подачи, оказывающей наибольшее влияние на производительность торцевого шлифования:

0 - Snp-Sn-B, (И)

где Snp - продольная подача, м/мин; Sn - поперечная подача, мм/дв.ход; В - ширина обрабатываемой пластины, мм;(В=15мм).

Предварительные лабораторные испытания по износостойкости - при шлифовании сплава ВК8 без стали - показали, что круги нг основе серийной связки B1-Ö2 засаливались уже на первоначальнс • ■ установленной глубине резания в 0,01 мм, т.е. производительност! равной 300 ым3/мин. На поверхности твердого сплава появились сколы и трещины. Аналогичные явления наблюдались, однако уже пр совместной обработке твердого сплава и стали, и при испытани ■' кругов плотной структуры другого - наиболее эффективного .состав (в котором медь заменена на магний) при производительности в 12С

мм3/мин. Засаливания опытных кругов и наличия сколсв и трещин на твердом сплаве при шлифовании ими, не установлено. Производительность черновой обработки предлагаемыми кругами достигает 1800 мм3/мин. При большеи значении эксплуатация кругов становится экономически нецелесообразной из-за резкого возрастания расхода алмазов. ' : ■ ,

Производительность чистовой заточки кругами плотной структуры не превышает-..300 мм3/мин,а при использовании высокопо-ристах кругов составила 900 мм3/мин. Производительность чистового шлифования ■ ограничена величиной требуемой шероховатости ¡\? , которая согласно техническим условиям" ГОСТ 5688-61, 5808-77. £./'55-01 и т:д. на изготовление твердосплавного инструмента, не должна быть выше 0,32 мкм..

Установлено, что шероховатость • поверхности твердого сплава (при обработке без стали и при совместном шлифовании'сплава со сталью) опытными кругами на всем диапазоне измерения производительности в среднем на 0,20 мкм ниже.

За счет применения экспериментальных кругов удалось совместить операции черновой, чистовой заточки и доводки и осуществлять их кругом одной зернистости.

Производственные испытания (в условиях ПО "Уралтранс-маш", г. Екатеринбург) показали, что алмазные круги оптимальной высокопористой структуры позволяют, по сравнению с кругами плотной структуры на серийной связке В2-01:

1. Увеличить стойкость металлорежущего инструмента в 1,25 раза;

2. Повысить производительность заточки (переточки) инструмента в 2 раза;

3. Уменьшить расход алмазных кругов в среднем в 1,8 раза.

Суммарный экономический эффект от внедрения разработанных шлифовальных кругов в ценах до 1991г. составил 52 тыс. рублей (50-60 руб. на один круг).

Предложена методика назначения режимов заточки твердосплавного напайного инструмента. Основу методики составляет расчет максимальной продольной подачи из условия оптимальной заполняемое™ стружкой активной части межзернового пространства рабочей поверхности кругов. В опытных кругах формула для расчета продольной подачи будет иметь вид:

ЗгбО«Эпсч/2 +.Дср)г-Кзап-УкУ К'М(с()' Кр/Й32 Зпр = --------, (12)

, ч • . Рст

' где Дер - среднестатистический вылет зерен на рабочей поверхности круга; .'••,-.• . .

Дер с (1 -Л) (XI + Зб). (13)

Здесь XI - наиболее вероятный размер зерна в круге (XI = 0,77дв), мм; б - среднее квадратичное отклонение размеров зерен - алмазов (б = 0,105сЗэ).

Основные положения методики расчета 'режимов шлифования напайного твердосплавного инструмента заключаются в следующем.

1. Устанавливается максимальная скорость резания, исходя из возможностей круга и оборудования,

2. Определяется'средний вылет зерен над связкой (формула 13). .

3. Назначается коэффициент заполнения стружкой активной части межзернового пространства рабочей поверхности кругов (формула 2). ,

4. Рассчитывается максимально возможная продольная подача (формула 12).

5. Задается поперечная подача в зависимости от используемой ь круге зернистости. Как показал анализ литературы и результатов лабораторных, производственных испытаний для серийных кругов на органических связках величина поперечной подачи может быть принята равной 1/3 - 1/4 размера зерна, а для высокопористых кругов с ПСЧ половине зернистости (Бп = с1э/2).

На основании полученной формулы 12 разработан алгоритм расчета структурных характеристик алмазных кругов, обеспечивающих максимальную производительность и требуемое качество заточки твердосплавного инструмента.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Анализ современного состояния вопроса показал, чте наиболее рациональным направлением повышения производительности 1 качества заточки твердосплавного напайного инструмента являете* оснащение операции эффективными алмазными 1фугами - кругами пористых структур опт¿¡мальных параметров на органических связках.

2. Впервые установлена взаимосвязь -производительности и качества заточки твердосплавного напайного инструмента со структурными характеристиками алмазных кругов.

3. Предложена классификация способов формирования лорис- ' тых структур. Обосновано, что для изготовления экспериментальных кругов наиболее эффективным является способ с применением.полых сгеклосфер.

4. Получена математическая модель, описывающая зависимость предела прочности на растяжение рабочего слоя опытных кругов от соде}Жлш структурных составляющих.

5. Разработан экспресс-метод оценки работоспособности алмазных крух оа, в 50-100 раз сократить расход - алма-зое, 10-12 - твердого сплаЕа, ь 2-3 раза умекьпить время на пел-готовку и проведение испытаний.

6. Оптимизированы параметры структуры алмазных кругов, предназначенных для совместного илифовани' твердого сплава и стали: ^СЕ/УЛСЧ= 2,5 - 8,5; с1ПсЧ/йз= 0.8 - 1,0.

7. Установлено, что предлагаемые круги обладают высокой режущей способностью и при эксплуатации без охлаждения позволяют фс-ктичеекм исключить брак по сколам и трещинам, снизить шероховатость шлифуемой поверхности.

о. За счет применения кругов пористой структуры удаюсь соьместкть операции черновой, чистовой заточки и доводки и осуществлять их кругом одной зернистости. При этом рекомендуется зернистость соответствующая чистовой обработке г, 125/100 - 63/50).

9. Разработана методика назначения режимов резаная и алгоритм расчета структурных характеристик кругов, обеспечивающих максимальную производительность и требуемое качество заточки.

10. Использование опытных кругов в производственных условиях позволило повысить производительность заточки в 2 раза, стойкость обработанного инструмента з 1,25 раза, снизить расход алмазных кругов в 1,6-2 раза. Суммарный экономический эффект от внедрения кругов составил (в ценах до 1991 г.) 52 тыс. руб.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Методика оптимизации состава связок алмззного инструмента / В.К. Коротовских. Б.П. Кудряшов, В.И. Курдюков, Д.Л. Попов // Разработка и применение новой техники, технологии и автоматизированных систем в промышленности: Тез. докл. научн. -практ. конф. - Курган, 1988. - С.47-48.

2. Повышение эффективности процесса заточки режущего .инструмента / Б.К. Коротовских, Б.П. Кудряшов, В.И. Курдюков, •А.И. Попов // Разработка и применение новой техники, технологии и автоматизированных систем в промышленности: . Тез, докл. научн. -практ. кокф. - Курган, 1988. - С.51-53.

3. Коротовских В.К.. Курдюков В.И., Попов А.И. Повышение качества шлифовальных кругов за счет оптимизации состава органической связки // Передовой опыт. - 1989.. - К°8." - .С.30-31.

4. Курдюков В.И.,. Кудряшов Б.П., Коротовских В.К. Повышение работоспособности алмазного шлифовального инструмента за счет увеличения его пористости // Совершенствование технологических процесов изготовления деталей машин: Тез. докл. республ. научн.- техн. конф. - Курган, 1991. - С.132-133.

5. Курдюков В.И., Кудряшов В.П., Коротовских В.К. Оптимизация структуры алмазного шлифовального инструмента с целью повышения его работоспособност;: // Прогрессивные технологии в машиностроении: Тез. докл. школы - семинара. - Одесса, 1991. -С.67-68.

6. Методика оптимизации состава связок алмазного инструмента / В.К. Коротовских, Б.П. Кудряшов, В.И. Курдюков, А.И. Попов // Резание и инструмент. - 1992. - Вып. 45. - С.52-57.

7. Курдюков В.И., Коротовских В.К. Шлифовальный инструмент с повышенной степенью однородности распределения алмазных зерен // Новые технологические процессы в механической обработке: Тез. докл. науч. - техн. конф. - Одесса, 1992. - С. 12.

8: Курдюков В.И.. Коротовских В.К. Разработка алмазного шлифовального-инструмента высокопористой структуры // Алмазно-абразивная обработка при изготовлении деталей машино- и приборостроения: Тез. докл. семинара. - М., 1993. - С.8-11.

9. Курдюков В.И., Коротовских В.К. Повышение эффективности шлифования за счет формирования оптимальной высокопористоу структуры инструмента // Повышение эффективности и качества меха-нообрабатывающего производства: Тез.. докл. научн. - техн. конф. -Евпатория, 1993. - С. 36.

10. Курдюков В.Й., Коротовских В.К. Методы получения высокопористых структур шлифовальных инструментов из СТМ на органи ческих связках // Сверхтвердые материалы. - 1S93. - №4.

С.30-35.

11. A.c. 1815196 СССР, МКИ В24 Д 3/14. Способ -изготовле

ния абразивного инструмента / В.И. Курдюков, В.К. Коротовских,

A.И. Попов (СССР). - №4900590; Заявлено. 09.01.91; Опубл. 15.05.93. Вол. №18. - 4с. ...............-.:,,.,-.

12. A.c. 1823348-СССР, МКИ В24 Л 3/06. Масса для изготовления алмазного инструмента / В.И. Курдюков, Б.П. Кудрязюв,

B.К. Коротовсю:х, В.Н. Иванов (СССР)..'- №4457909/08; Заявлено il.0V.88. -2с. ... ....

13. Курдюков В.И., Коротовских В.К. Выбор вида наполнителя для изготовления алмазных кругов пористой структуры на органических связках // Наукоемкие технологии в машиностроении'и приборостроении: Тез. докл.. российской ваучн.-техн. конф.. - Рыбинск, 1994. - С.108-109. .

Коротовских Валентин Константинович

ПОВЫШЕНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ И КАЧЕСТВА ЗАТОЧКИ ТВЕРДОСПЛАВНОГО НАПАЙНОГО ИНСТРУМЕНТА ЗА СЧЕТ ОСНАЩЕНИЯ ОПЕРАЦИИ 'ВЫСОКОЭМЕКТШйЬМ АЛМАЗНЫМИ КРУГАМИ

05¿02.08 - "Технология машиностроения"

05.03.01 - "Процессы механической и физической обработки, • станки и инструмент"

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано в печать 30.04.96.- Формат 60-84 1/16 Бумага тип. Плоская печать. Усл. печ. л. 1,0. Уч.изд.л. 1.С Заказ N 54 Тираж 100 экз. Бесплатно

Редакционно-издательский отдел Курганского государственной университета, 640669, Курган, пл. им. Ленина. Курганский государственный университет, корпус Б, ротаприн1 г.Курган, ул. Пролетарская» 62.