автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Повышение точности и производительности профилирования и правки алмазных шлифовальных кругов на металлических связках электроэрозионным методом

о

На правах рукописи

ДРЕСВЯННИКОВ Владимир Александрович

ПОВЫШЕНИЕ ТОЧНОСТИ И ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ПРОФИЛИРОВАНИЯ И ПРАВКИ АЛМАЗНЫХ ШЛИФОВАЛЬНЫХ КРУГОВ НА МЕТАЛЛИЧЕСКИХ СВЯЗКАХ ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННЫМ МЕТОДОМ

Специальность 05.02.08 — Технология машиностроения

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ПЕНЗА 1998

Работа выполнена в Пензенском государственном университете на кафедре «Подготовка инновационных производств».

Научные руководители: заслуженный деятель науки и техники Российской Федерации,, доктор технических наук, профессор Дорофеев В. Д.;; кандидат технических наук, доцент Соколов В. О.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Трилисский В. О.; каидндат технических наук Фельдман Ю. Я.

Ведущая организация — АО «Пенздизельмаш».;

засн.. .... 1.18.02 в Пензенском

государственном университете по адресу: 440017, Пенза, ул. Красная, 40.

E-mail: pip£S> diamond, stup. ас. ru.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Пензенского государственного университета.

Автореферат разослан « ^ ^ » _1998 г.

г., в /з .часов, на

Ученый секретарь диссертационного совета профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одним из наиболее производительных методов изготовления изделий сложной конфигурации из труднообрабатываемых материалов является профильное врезное алмазное шлифование кругами на металлических связках.

Успешное внедрение профильного шлифования в значительной степени определяется уровнем развития методов профилирования и празки алмазных кругов. Нгибалее универсальным и эффективным является электроэрозионный метод.

Вместе с тем, при практическом применении указанного метода возникают трудности в достижении заданных точностных показателей при сохранении высокой производительности'. • *

Таким образом, задача совершенствования технолог™ электроэрозионного профилирования, и правки (ЭЭПП) алмазных шлифовальных кругов на металлических связках, направленная на повышение точности и производительности, является весьма актуальной.

Цель работы. Целью настоящей работы является повышение точности и производительности профилирования и правки алмазных шлифовальных кругов на металлических связках электроэрозионным методом на основе разработки многопереходной технологической схемы и проведения комплексных исследований взаимосвязей между технологическими параметрами. :

Методика исследований. Теоретические, исследования проводились с использованием основных положений теории электроэрозионной обработки, интегрального и дифференциального исчисления, теории вероятностей, математической статистики, теории автоматического регулирования, а также научных основ технологии машиностроения.

Экспериментальные' исследования выполнялись нз специал ьной лабораторной установке, созданной на базе плоскошлифовального станка мод. ЗЕ711В. Основой для проведения исследований служил математический метод планирования и анализа экспериментов. Полученные данные о закономерностях ЭЭПП алмазных шлифовальных кругов на металлических связках обрабатывались на ЭВМ и

представлялись в виде аналитических и эмпирических зависимостей, удобных для практического применения.

Научная новизна. Впервые, применительно к многопереходной технологической схеме глубинного профилирования и правки алмазных шлифовальных кругов элсктроэрозионным методом, построены математические модели, позволяющие определить рациональную величину перемещений правящего электрода и его круговой подачи на черновом, чистовом и доводочном переходах в зависимости от электрических режимов и удаляемого припуска.

Разработана методика расчета погрешности глубинного профилирования алмазных кругов по многопереходной технологической схеме, позволяющая оценивать возможность достижения заданной точности профилирования и правки.

Получена математическая модель, устанавливающая взаимосвязь предельного межэлеюродного зазора с электрическими режимами ЭЭПП, что дает возможность определить величину коррекции профиля рабочей части правящего электрода.

Практическая ценность. Предложена новая многопереходная технологическая схема глубинного профилирования алмазных шлифовальных кругов на металлических связках эле1 фоэрозионным методом.

На основе проведенных исследований разработаны практические рекомендации по проектированию технологического процесса ЭЭПП и система автоматизированного расчета технолбгических параметров.

Изложены основные принципы модернизации серийно выпускаемого технологического оборудования. .

Реализация результатов работы. Внедрение результатов работы на АО "Пендизельмаш" позволило в 1,3 ... 1,4 раза повысить производительность профилирования и правки фасонных алмазных шлифовальных кругов и обеспечил, погрешность профилирования не более 0,01 мм.

Апробация работы. Основные результаты работа докладывались на Международной научно-технической конференции "Точность технологических и транспортных систем" (г. Пенза,- 1998 г.), Международной научно-технической конференции "Шлифабразив - 98" (г. Волжский, 1998 г.), на научно-технических конференциях професссрско-преподазатеяьского состава Пензенского

государственного университета (1995... 1998 гг.), на расширенном научно-техническом совете АО "Пенздизельмаш" (1998 г.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 3 статьи.

Объем и структура работы. Диссертация изложена на 159 страница4: машинописного текста, содержи- 62 рисунка и 16 таблиц. Она состоит из введения, 5 глав, общих выводов, списка литературы из 102 наименований и приложения.

Краткое содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы и изложены основные положения, выносимые на защиту. ■ у -

В первой главе, выполнен обзор научных публикаций, посвященных вопросам ЭЗПП. • _ .

Анализ различных технологических схем электроэрозионного профилирования алмазных цщкфоральных-кругов показал, что наибольшими потенциальными возможностями обладает схема глубинного профилирования. Однако ока предусматривает выполнение цикла профилирования при неизменных электрических режимах. При этом повышение энергетических характеристик импульса в целях интенсификации процесса . приводит к возрастанию {-^«электродного зазора и искажению формы получаемого . профиля.. Таким образом, возшпэет противоречие между требованиями обеспечения высокой производительности профилирования и точности получаемого профиля.

В соответствии с целью исследования были сформулированы следующие основные задачи:

- разработать новую многопереходную технологическую схему глубинного профилирования и правки алмазных шлифовальных кругов электроэрозионным методом;

- провести теоретические исследования взаимодействия этектродов с целью расчета технологических параметров обработки: величин рабочих перемещений правящего электрода и его круговой педачи;

- провести экспериментальные исследования зависимости геометрических параметров эрозионных лунок от различных фг.кторои;

- построить математическую модель предельного межалеюродного зазора при глубинном профилировании элеетроэрозионным методом;

- разработать методику расчета погрешности профилирования с целью определения возможности достижения требуемой точности на этапе проектирования технологического процесса;

- провести экспериментальные исследования точностных параметров профилирования алмазных шлифовальных кругов элентроэрозионным методом;

- разработать практические рекомендации по проектированию технологии профилирования алмазных шлифовальных кругов элекгроэрозионным методом и основные принципы модернизации технологического оборудования.

Во второй главе предложена новая многопереходная схема глубинного профилирования, сущность которой заключается в следующем. Профилируемый круг и дисковый правящий электрод подключаются, соответственно, к положительному и отрицательному полюсу источника технологического тока (генератора импульсов). Алмазному кругу сообщается вращение со скоростью 1...2 м/с. Профилирование выполняется за три последовательных технологических переход а: черновой, чистовой и доводочный (рисунок 1).

На черновом переходе правящий алеюрод и шлифовальный круг сводятся до тех пор, пока не начнутся адапрические разряды. Затем производится электроэрозионное врезание кстращающегося элеэтрода в алмазный круг. Величина относительного перемещения электродов при врезании равна 1чгрн-

Вследствие эрозионного и механического (абразивного) износа правящего электрода на алмазном круге формируется искаженный профиль. После этого электроду задается медленная круговая подача бХ#рн до полного самостоятельно прекращения разрядов. По мере вращения электрода в действие последовательно вступают новые неизношенные участки его поверхности и происходит постепенное исправление искаженного профиля шлифовального круга.

В конце чернового перехода во всех точках профиля устанавливается одинаковый межэлекфодаый зазор При этом источник технологического тока переключается на чистовые режимы.

Рисунок 1. Многопереходная технологическая схема глубинного профилирования алмазных шлифовальных кругов элекгроэрокганным методом

На чистовом переходе осуществляется сближение невращающегося правящего электрода и алмазного круга до начала разрядов, поскольку предельный

мсжэлекфодньш зазор при чистовых режимах Б.^т меньше, чем при черновых $чгра, с последующем врезанием электрода в круг. Суммарная величина относительного перемещения электродов на числовом переходе -составляет Далее праиящему электроду задается круговая подача С0чисш до иадного самостоятельного прекращения разрядов и к концу чистового перехода во всех точках профиля устанавливается межэлектродный зазор 5ЧцСП1 Источник технологического тока переключается на доводочные режимы. Параметры импульсов для доводочного перехода устанавливаются таким образом, чтобы поверхность металлической связки эродировала, образуя шероховатость, высота неровностей которой не влияла бы на число алмазных зерен, участвующих в резании.

При выполнении доводочного перехода также осуществляется сближение электродов до начала разрядов и электроэрозионное врезание невращающегося правящего электрода в алмазный круг. Суммарная величина относительного перемещения составляет (¿ое Затем электроду сообщается круговая подача СОдов ДО полного самостоятельного прекращения разрядов и б конце доводочного перехода во всех точках профиля ус. лнаштивается одинаковый межэлектродшй зазор »Уд*.

. После выполнения всех трех переходов глубина профиля, полученного на алмазном круге, будет равна глубине профиля формообразующей часта правящего элеюрода, то есть Н^,—Ню.

В результате , теоретических исследований были получены зависимости для расчета перемещений правящего электрода при врезании на черновом, чистовом и доводочном переходах. Величина перемещения на черновом переходе

Кери — Ню ~ и чист +^дов) + (^черн ~$дов)> (О

Относительное перемещеше электродов на чистовом и доводочном переходах определялось с учетом предельных межэлектродных зазоров и припуска., удаляемого на каждом переходе.

Припуск, подлежащий удалению на чистовом переходе, определялся с учетом глубины "дефектного слоя", образующегося из-за воздействия высокотемпературной плазмы канала разряда на алмазные зерна и высоты неровностей металлической связки после чернового перехода.

Величина перемещения правящего электрода на чистовом переходе:

^чист

\( н

"чери ^«теп? * ^ СР

(2)

СО , ,

где З^рц - пределы-ый межзлектрод!гый зазор на черновом переходе; З^н-т -предельный межэлсктродный зазор на чистовом переходе; Ьлчерн - глубина лунок в металлической связке после чернового перехода; <1^, - средний диамегр алмазного зерна; ул - угол на! лона местной нормали.

При определении перемещения правящего электрода при врезании на доводочном переходе минимальный припуск рассчитывался толйко с учетом высоты неровностей связки, полученной на предшествующем чистовом переходе, поскольку при его выполнении термическое воздействие па алмазные зерна незначительно. '.

*

Перемещение правящего электрода на доводочном переходе определяется но формуле:

Цое~ (8чист- Бдое + л'"'сг*), (3)

СО5ГА . 3

где ^щщ,, - предельный межэлекгродный зазор на чистовом переходе; -предельный межэлекгродт ш зазор на чистовом переходе; ЬЛЧ11сп, - глубина лунок в «еташшческой связке после чистового перехода.

Круговая подг.ча правящего элеюрода определяюсь __ из условия дампенсации изменений межэлектродного зазора, вызванного съемом металлической связки, а также эрозионным и механическим (абразивным) износом электрода

Характерной особенностью элеетроэрозионной обработки является даскретность процесса съема. В результате термического воздействия ювторяющихся электрических разрядов образуются лунки, геометрические гараметры которых зависят от теплофизических свойств метал"чческой связки и мергии импульсов. Площадь обрабатываемой поверхности связки значительно тревышает площадь, занимаемую единичной лункой. Таким образом, в течение )ремени, необходимого для полного перекрытия обрабатываемой поверхности гунками и удаления одного слоя связки, среднее значение межэлектродного зазора хлается постоянным.

\

Процесс накопления импульсов при послойном удалении связки и дискретность изменения межэлекгродного зазора аналогичны процессам, происходящим в системах с частотно-импульсной, модуляцией, у которых врсмязадающий фильтр представляет собой интегратор. С учетом этого процесс элекгроэрозионного профилирования моделируется в виде структурной схемы (рисунок 2).

Интервал времени Т; менщу ¡последовательными изменениями

межэлекгродного зазора определяется в результате; реши шя уравнения:

Т, '

Лт)дв(Г-г)с1т = п\,

где (¡е(Т-т) - функция веса времязадающего фильтра; п/ рабочих импульсов;^, - частота рабочих импульсов.

(4)

- количество

РЭ

1

| v/, пр

п

V/,

Рисунок 2. Структурная схема процесса электроэрозионного профилирования алмазного круга

С учетом этого были получены выражения для расчета круговой подачи правящего электрода на черновом, чистовом и доводочном переходе:

«0 + Ум»)

Т й

(Кер. - ~ + 2 ~ ~ ^

V

0)

(fwy>M + Кист ~ *-> черн ^ + ^^ ^^ (¡ч*рм Кист ^ ^ ^^

Ллк-О+Ул».)

<°/>m------------ --------------------------

hJt.,, ji,,,+Lc»+

{ 1 1 lКерн ~^Kucm ""^чсрм!

V)

где - T^h , T-wcm, Тд<* ' интервал времени между двумя последовательными изменениями межэлектродного зазора на черновом, чистовом, доводочном переходах, соответственно; ¡черн, ¡чист, ¡до* ' перемещение правящего электрода на черновом, чистовом, доводочном переходах; S^u, S^n, S^h - предельный межзлектродный зазор на черновом, чистовом, доводочном переходах; Лт - радиус правящего электрода; Rv - радиус, алмазного .шлифовального круга.

В третьей главе приведены результаты экспериментального исследования закономерностей .-¡роцесса глубинного ЭЭПП алмазных шлифовальных кругов.

Электроэрозионное формообразование представляет собой итог последовательного возникновения на обрабатываемой поверхности большого числа лунок, каждая из которых является результатом воздействия электрического разряда. В связи с этим комплекс экспериментальных исследований включал изучение зависимости геометрических параметров эрозионных лунок от энергетических характеристик импульса. . „ ,

Исследования проводились по методике одиночных разрядов на специальной установке.

Математическая обработка результатов эксперимента позволила получить зависимости диаметра d„, глубины Лл и объема лузпеи Ул от исследуемых факторов:

J, _/-» гг0,»г0л+0,02«ь.£/т0,«+0,019ыи

пл -uhu 11И • (9)

у —QVU °.*7jl.35+0,0:sint/+0,0Ш1 J.1,16+0,Ч2ЬТц (10)

где Сд С/с Су - коэффициенты, зависящие от типа металлической связки; II -напряжение импульса, В; / - амплитуда разрядного тока, А; Гц - длительность импульса, мкс.

Таблица 1.

Экспериментальные значения коэффициентов, зависящих от тала металлической

связки

Основа Тип связки СЛ Си Су

связки

Си - Бп М1 1,89 0,73 1,09

MCI 1,80 0,65 0,84

мк 1,79 0,57 0,73

MIS 1,79 0,63 0,81

МС6 1,82 0,67 0,89

Си - А1 - 1п М04 1,76 0,61 0,75

МВ1 1,77 0,63 0,79

М5-5 1,78 0,68 0.S6

ТМ2. .1,76 0,65 0,80

М016 1,75 0,60 0,73

Ре-Си мж 1,75 0,69 0,85

Ж1 1,73 0,37 0,44

Существенное влияние на геометрические параметры лунок оказывает материал связки. Анализ экспериментальных данных показывает, что наибольший эффект эрозии достигается для связки М1 (80% Си и 20% Бп).

При построении математической модели предельного межэлектродного зазора в качестве факторов были выбраны: 17„ - напряжение поджигающего импульса, / - амплитуда импульса разрядного тока; /- частота импульсов, Ц -скважность импульсов.

Регрессионный анализ результатов эксперимента позволил получить* • математическую модель предельного межэлектродного зазора в следующем виде:

£ = 1,84^

„0,53,0,29

(И)

•0,12 0,24 ' Ч

Поскольку съем связки осуществляется только при рабочих импульса^ большой интерес представляет определение функциональной зависимости частоты рабочих импульсов от величины межэлектродного зазора и электрических режимов процесса.

Для решения практических задач более удобным параметром яапяется относительная частота Я рабочих импульсов, которая находится как:

тж/р- частота рабочих импульсов;./}-- частота импульсов генератора.

В результате математической обработки опытных данных была получена функциональная зависимость относительной частоты рабочих импульсов от электрических режимов и межэлектродного зазора:

Я = 0,55 + 0,441ПС//7 + 0,251п/-0,111П/-0,181П^-0)851П5, (13)

В четвертой ' главе рассмотрены результаты теоретических и экспериментальных исследований точности глубинного ЭЭПП алмазных шлифовальных кругов.

Для аналитического определения погрешности профилирования профилю рабочей поверхности алмазного круга и профилю формообразующей части правящего электрода приписывались скалярные геометрические поля и соответственно.

При этом несовпадение профиля круга с профилем правящего электрода можно оценить строго формальным путем, считая, что различие конфигураций определяется несовпадением скалярных полей и /V, то есть разностью двух функций, вычисленных в одной точке:

(12)

При определении погрешности отображения профиль рабочей поверхности алмазного круга приводится в такое относительное положение с профилем 'правящего электрода, при котором величина принимает наименьшее

значение. Это положение называется положением наилучшего совпадения.

Выражение для расчета погрешности имеет вид:

• . А = ($-Ь3Хс05У-1), (15)

где аУ межэлекгрод!шгй зазор; А, - высота алмазных зерен над уровнем связки.

С целью определения высоты зерен над уровнем связки были проведены экспериментальные исследования ре^кефа рабочей поверхности алмазных шлифовальных 1фугов. При этом использовалась установка, выполненная на базе профилометра-профилографа модели 201.

Для выделения участков профилограммы, занимаемых металлической связкой и нетокопроводными алмазными зернами использовался способ, основанный на изменении толщины линии профилограммы при переходе иглы, ощупывающей поверхность шлифовального круга, с металлической связки на алмазное, зерно и, наоборот, путем изменения силы тока, пропускаемого через записывающую иглу профилометра-профилографа.

По результатам экспериментальных исследований были построены гистограммы и выравнивающие их кривые нормального распределения. При выравнивании, согласно методу моментов, основные параметры нормального распределения выбирались таким образом, чтобы первые ■ два момента (математическое ожидание и дисперсия) теоретического распределения совпадали с соответствующими статистическими характеристиками экспериментальных данных. Для оценки согласованности выбранного теоретического и статистического распределения использовался критерий согласия £ Пирсона.

Математическая обработка результатов позволила получить эмпирическую зависимость для расчета средней высоты зерен над уровнем связки:

И3=СкАх\ (1б)

где А - верхнее значение в обозначении зернистости алмазного порошка; С}„ X), -постоянные, зависящие от типа металлической связки' (например, ■ для металлической связки М! С/,=0.399;А/,=0.81).

С учетом этого выражение для расчета погрешности профилирования окончательно может быть записано в виде:

А = (5 - СкАх>' \cosy -1), <17)

Полученная формула позволяет на этапе проектирования технологического процесса оценить возможность достижения требуемой точности при профилировании алмазных шлифовальных кругов электроэрозионным методом.

Экспериментальные исследования погрешности глубинного профилирования проводились на алмазных шлифовальных кругах с различной зернистостью 100 % -ной концентрации на металлической связке М1.

Сопоставление 'результатов теоретического расчета и экспериментального исследования погрешности отображения показывает, что расхождение составляет 13... 18%. Таким образом, полученная теоретическая зависимость является достаточно адекватной.

Пятая глава содержит практические рекомендации по совершенствованию технологии глубинного ЭЭПП алмазных шлифовальных кругов и основные принципы модернизации оборудования.

Разработку технологического процесса рекомендуется осуществлять за несколько этапов.

На первом этапе определяется структура операции профилирования. В шисимости от решаемой задачи, сложности конфигурации профиля и его глубины зыбирается необходимое число последовательно выполняемых технологических тереходов.

На втором этапе определяются механические и электрические режимы трофилирования для каждого технологического перехода.

В зависимости от электрических режимов злекгроэрозионной обработки, принятых для каждого технологического перехода, определяется предельный

нежэлектродный зазор - ^чд,», Л'чист,

После этого рассчитываются величины перемещений правящего электрода три врезании на черновом, чистовом и доводочном переходах - 1411>н, 1чист, /,)„й

Затем определяется величина круговой подачи электрода для все>: гехнологических переходов - (Оцерн, СОциап, (Одов

В целях автоматизации проектирования технологического процесса профилирования и правки алмазных шлифовальных кругов электроэрозионным методом разработаны основы построения системы автоматизированного расчета технологических параметров с использованием графических нотаций методологии SADT (Structured Anylisis and Design Tecnique). ч.

Предложены основные принципы модернизации серийно выпускаемого технологического оборудования, с учетом которых спроектировано устройство для ЭЭПП алмазных шлифовальных кругов на станках с крестовыми столами плоскошлифэвальньтх и универсально-заточных. •

В условиях крупносерийного, массового и автоматизированного производства, где профильные алмазно-абразивные инструменты используются в болыиж количествах, профилирование и правка их непосредственно на рабочем месте является экономически нецелесообразной. С учетом этого разработан и изготовлен специальный станок для профилирования и правки алмазных шлифовальных кругов.

Результаты работы внедрены на АО "Пенздизельмаш", что позволило повысить точность, производительность и качество профилирования и правки алмазных шлифовальных кротов, применяемых при изготовлении твердостшавного режущего инструмента ("елочные" протяжки для валов роторов компрессоров, "елочные" фрезы, пазовые фрезы для замочных пластин и др.).

Основные выводы по работе

1. Предложена новая технологическая схема глубинного профилирования и правки, сущность которой заключается в том, что при глубинной обработке формообразование рабочей поверхности алмазно-абразивного инструмента выполняется за три последовательных технологических перехода: черновой, чистовой и доводочный.

2. Получена математическая модель, позволяющая определить рациональную величину линейных перемещений правящего электрода на черновом, чистовом и доводочном переходах в зависимости от соотношения межэлекгродных зазоров на предшествующем и выполняемых переходах и величины удаляемого припуска,

3. Построена модель элекфоэрозионного профилирования и правки алмазных шлифовальных кругов в виде системы с частотно-импульсной

модуляцией. Ез применение дает возможность рассчитать ¡фуговую подачу правящего электрода на черновом, чистозом и доводочном переходах.

4. Установлена взаимосвязь геометрических параметров единичной лунки с длительностью импульса, напряжений и амплитудой разрядного тока. Выявлено, что на диаметр единичной лунки наибольшее влияние оказывает амплитуда тока, а на глубину лунки - длительность импульса.

5. Выявлено, что с увеличением скорости вращения до 2 м/с лунки незначительно увеличиваются по длине. В связи с этим целесообразно производить профилирование и правку при скорости вращения алмазного круга равной 1...2 м/с.

6. Получена математическая модель предельного межэлектродного зазора, позволяющая определить его селичину в зависимости от электрических режимов ЭЭПП. Установлено, что увеличение напряжения "поджигающего" импульса от 100 до 500 В приводит к возрастанию зазора в 2,3 раза.

7. Рззработана методика расчета погрешности глубинного профилирования алмазных шлифовальных кругов по многопереходной технологической схеме, позволяющая оценил, возможность достижения заданной точности. Сопоставление результатов расчета и экспериментального исследования погрешности показало, та) расхождение составляет 13... 18%. Установлено, что величина погрешности профилирования алмазных кругов по многопроходной схеме составляет 0,005...0,01 мм.

8. Предложены рекомендации по проектированию технологического процесса и автоматизированной системы расчета технологических параметров глубинного ЭЗПП алмазных кругов. Разработаны основные принципы модернизации серийно выпускаемого шлифовального оборудования.

Основные результаты исследований опубликованы в.следующих работах:

1. Соколов В.О., Дресвянников ВА. Глубинное профилирование алмазных шлифовальных кругов элекгрозрозионным методом У/ Точность технологических и транспортных систем (ТТ и ТС - 98): Международная научно-техническая конференция, Сборник статей, Пенза, 1998. - с.134.

2. Дресвянников ВА. Отображение остроугольных участков при глубинном электроэрознонном профилировании алмазных кругов.//' Точность технологических и транспортных систем (ТТ иТС - 98): Международная научно-техническая конференция, Сборник статей, Пенза, 1998. - с.69.

3. Соколов В.О., Дресвянников В А. Совершенствование технологии профилирования и правки фасонных алмазно-абразивных инструментов.// Процессы абразивной обработки, абразивные инструменты и материалы.: Сборник трудов конференции "Шлифабразив - 98", Волжский, 1998. -с. 66.

Дресвянников Владимир Александрович

ПОВЫШЕНИЕ ТОЧНОСТИ И ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ПРОФИЛИРОВАНИЯ И ПРАВКИ АЛМАЗНЫХ ШЛИФОВАЛЬНЫХ КРУГОВ НА МЕТАЛЛИЧЕСКИХ СВЯЗКАХ ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННЫМ МЕТОДОМ

Специальность 05.02.08 — Технология машиностроения.

Сдало в производство 19.11.98. Формат 60X84 Бумага газет.иая. Печать офсетная.

Уч.-изд. л. 1,0. ЗаК1аз_665. Тираж 80.__

Типография издательства Пензенского! государственного университета. Пенза, Краевая, 40.

■ " / Ч,..../ 1

ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЬШ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи ДРЕСВЯННИКОВ Владимир Александрович

ПОВЫШЕНИЕ ТОЧНОСТИ И ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ПРОФИЛИРОВАНИЯ И ПРАВКИ АЛМАЗНЫХ ШЛИФОВАЛЬНЫХ КРУГОВ НА МЕТАЛЛИЧЕСКИХ СВЯЗКАХ ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННЫМ

МЕТОДОМ

Специальность: 05.02.08 - Технология машиностроения

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научные руководители: доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки и техники Российской Федерации,

Дорофеев В.Д.

кандидат технических наук, доцент Соколов В.О.

Пенза -1998

Содержание:

Введение......................................................................................................... 4

1. Состояние вопроса. Цель и задачи исследования...................................... 6

1.1 Технологические схемы профилирования алмазных шлифовальных кругов электроэрозионным методом.............................................................. 6

1.2 Пути повышения точности получения профильных алмазных кругов электроэрозионным методом.......................................................................... 14

1.3 Выводы. Цель и задачи исследования...................................................... 26

2. Теоретическое исследование процесса глубинного электроэрозионного профилирования алмазных шлифовальных кругов....................................... 28

2.1 Сущность и особенности схемы глубинного профилирования.............. 28

2.2 Исследование взаимодействия электродов при глубинном электроэрозионном профилировании алмазных кругов................................ 31

2.3 Определение круговой подачи правящего электрода при глубинном профилировании.............................................................................................. 42

2.4 Выводы....................................................................................................... 55

3. Экспериментальное исследование закономерностей процесса глубинного профилирования алмазных шлифовальных кругов электроэрозионным методом.......................................................................... 56

3.1 Методика исследований............................................................................ 56

3.2 Исследование геометрических параметров эрозионных лунок ............. 67

3.3 Построение математической модели межэлектродного зазора.............. 78

3.4 Экспериментальное исследование зависимости частоты рабочих импульсов от параметров процесса глубинного профилирования............... 88

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

4. Исследование точности глубинного профилирования алмазных

шлифовальных кругов электроэрозионным методом.................................... 98

4.1. Расчет погрешности профилирования алмазного круга

электроэрозионным методом.......................................................................... 98

4.2 Экспериментальное исследование точности глубинного электроэрозионного профилирования............................................................ 108

4.3 Закономерности отображения остроугольных участков профиля при электроэрозионном профилировании............................................................. 113

4.4 Выводы....................................................................................................... 122

Глава 5. Практические рекомендации по совершенствованию технологии глубинного профилирования алмазно-шлифовальных кругов

электроэрозионным методом.......................................................................... 124

5.1. Рекомендации по проектированию технологического процесса глубинного профилирования алмазных кругов электроэрозионным методом............................................................................................................. 124

5.2 Средства технологического оснащения для использования глубинного профилирования в производственных условиях........................ 133

5.3 Выводы...................................................................................................... 143

6. Основные выводы........................................................................................ 144

Список сокращений......................................................................................... 147

Литература....................................................................................................... 148

Приложение А................................................................................................. 159

Введение

В условиях рыночной экономики вопрос конкурентоспособности отечественной продукции является одним из самых актуальных. Немаловажную роль здесь играет повышение производительности труда и качества изделий. Важнейшими характеристиками качества являются точность изготовления и состояние обрабатываемой поверхности.

Таким образом, научные работы по совершенствованию технологических методов, обеспечивающих производительную обработку изделий, особенно сложной конфигурации, с соблюдением требуемых значений точности и шероховатости являются частью общей стратегии повышения конкурентоспособности отечественных товаропроизводителей.

Одним из наиболее производительных методов получения сложных форм и качественных поверхностей является метод профильного шлифования. Однако этот метод эффективен только в том случае, когда он имеет надлежащее технологическое обеспечение. Высокие показатели по производительности обработки и качеству обрабатываемых поверхностей достигаются не только за счет особых физико-механических свойств сверхтвердых материалов, но и за счет предварительной подготовки алмазно-абразивных инструментов.

В связи с вышесказанным вопросы профилирования и правки алмазных шлифовальных кругов находятся в центре внимания практических научных исследований. В последнее время широко применяется метод электроэрозионной обработки.

Обзор научных публикаций, посвященных электроэрозионным методам профилирования и правки алмазных шлифовальных кругов, показал, что применяемые в настоящее время технологические схемы нуждаются в дальнейшей разработке и совершенствовании.

Наиболее эффективны для профилирования сложных поверхностей методы прямого копирования профиля. Причем наибольшими потенциальными возможностями обладает технологическая схема глубинного профилирования. Однако она предусматривает выполнение цикла профилирования при неизменных электрических режимах. При этом повышение энергетических характеристик в целях интенсификации процесса приводит к возрастанию межэлектродного зазора и искажению формы получаемого профиля. Таким образом, возникает противоречие между требованиями обеспечения высокой производительности профилирования и точности получаемого профиля.

В связи с вышеизложенным поставлена цель диссертационной работы -повышение точности и производительности профилирования и правки алмазных шлифовальных кругов на металлических связках электроэрозионным методом.

Для достижения указанной цели проведен комплекс теоретических и экспериментальных исследований, а также разработаны практические рекомендации по автоматизации проектирования технологических процессов профилирования и правки электроэрозионным методом и модернизации серийного оборудования.

Результаты работы внедрены на предприятии АО "Пенздизельмаш" г.

Пензы.

1. Состояние вопроса. Цель и задачи исследования

1.1 Технологические схемы профилирования алмазных шлифовальных кругов электроэрозионным методом

Электроэрозионное профилирование и правка алмазных шлифовальных кругов на металлических связках может осуществляться по различным технологическим схемам [1, 2, 4, 6, 7, 32, 35, 46, 47, 49, 52, 58, 67, 85].

Классификация технологических схем представлена на рисунке 1.1. На практике применяют две основные схемы: прямого копирования профилированным электродом-инструментом и огибанием профиля непрофилированным электродом-инструментом.

При электроэрозионной обработке непрофилированным электродом-инструментом последний имеет простейшую геометрическую форму [45, 46, 59]. Формообразование осуществляется за счет перемещения электрода-инструмента относительно шлифовального круга по заданной траектории. В данном случае можно выделить две основные технологические схемы: обработка электродом призматической или круглой формы и обработка электродом-проволокой. На рисунке 1.2 представлены различные технологические варианты профилирования и правки алмазных шлифовальных кругов непрофилированным электродом-инструментом. Данные схемы имеют то достоинство, что износ инструмента практически не отражается на точности профилирования.

По первой технологической схеме шлифовальный круг обрабатывается электродом призматической или круглой формы (рисунок 1.2, а, б) с продольной подачей. В качестве правящего электрода часто используется токопроводящий абразивный круг.

Рисунок 1.1 Классификация технологических схем профилирования и правки алмазных шлифовальных кругов электроэрозионным методом

(¡НШ--

<4.

Т777Л

177771

\

О

4 Ш.

177771

Рисунок 1.2 Схемы ЭЭО огибанием профиля непрофилированным электродом - инструментом: 1 - алмазный шлифовальный круг; 2 -правящий электрод; 3 - копир

Описанная схема позволяет получить высокую геометрическую точность (5... 10 мкм) и находит применение при профилировании и правке шлифовальных кругов прямого профиля, а также тех алмазно-абразивных инструментов, профиль которых может быть получен при прямолинейном движении электрода-инструмента (типа АПП, А2П, А5П).

По второй технологической схеме методом огибания непрерывно перематывающейся проволокой [49, 76, 96] обработка возможна с применением фасонной направляющей (рисунок 1.2, г) и перекрестного движения проволоки. В обоих случаях процесс обработки происходит при высокой скорости (до 30 м/с) относительного скольжения обрабатываемого электрода и инструмента.

Эти технологические варианты могут быть использованы для ограниченных форм профиля (вогнутых радиусных или выпуклых угловых).

Обработка со слежением по копиру [67] (рисунок 1.2, е) или по управляющей программе на станке с числовым программным управлением (рисунок 1.2, д) позволяет получить конфигурацию профиля круга любой сложности, но существенным недостатком метода является его низкая производительность и трудности стабильного обеспечения точности, которая во многом определяется натяжением проволочного инструмента. Низкая производительность объясняется тем, что площадь, образованная наикратчайшим расстоянием между электродом-инструментом и обрабатываемым кругом, представляет собой точку. Точность, обеспечиваемая данным способом, находится в пределах 20...50 мкм. Применение непрофилированного электрода-инструмента может быть эффективным для тех случаев, когда удаление всего припуска осуществляется не за счет полной эрозии, а за счет вырезания по контуру.

При прямом копировании профилированным электродом-инструментом профиль алмазно-абразивного инструмента формируется за счет прямого отображения профиля правящего электрода [28, 31, 91, 97].

На практике метод прямого копирования чаще всего применяется при профилировании алмазных шлифовальных кругов со сложным профилем при всех типах производства. При этом в массовом и крупносерийном производстве применяется специальное оборудование, на котором

осуществляется профилирование и правка алмазных шлифовальных кругов. В мелкосерийном и единичном производстве универсальные шлифовальные станки оснащаются дополнительными приспособлениями для профилирования и правки электроэрозионным методом [34, 43, 68].

При применении метода прямого копирования возможно использование двух технологических схем: многопроходная (обычная) схема обработки и глубинная схема - обработка за один проход.

По первой технологической схеме при профилировании задается три

технологических движения: вращение круга со скоростью б)кр, вращение правящего инструмента (принудительное или за счет обката) со скоростью 0)пи, поперечное перемещение правящего инструмента со скоростью рабочей подачи ип. В процессе обработки происходит износ электрода - инструмента и за счет этого увеличение межэлектродного зазора, для компенсации износа осуществляют восстановление конфигурации электрода-инструмента, после чего следует новый проход обработки.

Для обеспечения высокого качества и точности инструмента операцию правки разделяют на черновую, получистовую и доводочную [97]. При черновой правке удаляется основная часть припуска с максимально допустимой интенсивностью съема. Получистовая правка предназначена для подготовки профилируемой поверхности инструмента к отделочным операциям - чистовой правке и доводке. Чистовая правка обеспечивает повышение качества и точности режущей поверхности. Доводка может быть использована при необходимости достижения более высокого класса шероховатости поверхности металлической связки. Экспериментальные исследования показывают, что все показатели работоспособности алмазного круга после чистовой правки выше, чем после черновой. Так, например, режущая способность больше в 1,5 раза, а удельный расход алмаза ниже в 2 раза.

Скорость вращения электрода и алмазно-абразивного инструмента поддерживается в диапазоне 2...4 м/с. На доводочной операции для получения меньшей шероховатости скорость вращения алмазно-абразивного инструмента увеличивают до 6... 8 м/с, при этом электрод-инструмент оставляют неподвижным, периодически поворачивая его и обновляя, тем самым, профиль.

Данная схема является традиционной и широко распространенной. Она может быть реализована для всех видов алмазных шлифовальных кругов.

Формообразование во второй - глубинной схеме производится в две

стадии.

На первой стадии профилирование осуществляется невращающимся правящим инструментом - электродом. Величина перемещения электрода при врезании независимо от его износа принимается равной глубине исходного профиля h [30]. После врезания вследствие износа электрода профиль круга частично искажается и глубина врезания уменьшается.

На второй стадии профилирования электроду задается замедленная круговая подача (Опи, величина которой определяется конкретными условиями обработки. По мере вращения электрода в действие вступают новые неизношенные участки его поверхности, в результате чего происходит постепенное правление предварительно сформированного профиля. За один полный оборот электрода-инструмента происходит полный цикл профилирования алмазного шлифовального круга.

Профилирование по данному методу является напряженным из-за снятия большого припуска за один проход и увеличения при этом длины дуги контакта электродов. В связи с этим возможно появление существенных микронапряжений в алмазных зернах, причем в крупных алмазах их величина близка к пределу прочности, что приводит к возникновению микротрещин [18, 29].

Шероховатость поверхности связки в этом случае также может быть весьма значительной, что при последующей работе алмазного шлифовального круга влияет на качество обрабатываемой поверхности детали.

При реализации данной схемы подача изделия и скорость вращения должна быть существенно ниже, чем при предыдущей и находится в пределах 1...2 м/с.

Обработка по принципу круглого врезного шлифования дисковым электродом (рисунок 1.3, а) может осуществляться как методом многопроходной, так и методом глубинной правки. Более целесообразно использовать ее на круглошлифовальных станках, чем на плоскошлифовальных, так как это требует меньшей модернизации. Конфигурация правящего электрода образуется и восстанавливается механической обточкой фасонным мастер-резцом.

Достоинством данной схемы является возможность профилирования шлифовальных кругов со сложной геометрией режущей поверхности. Применение вращающегося правящего инструмента, работающего периферией, позволяет значительно уменьшить размерный износ последнего, так как при вращении электрода происходит постепенное включение в работу его новых участков, и обеспечить тем самым сравнительно высокую точность профилирования (в пределах 10...20 мкм).

Правка методом обточки призматическим электродом (рисунок 1.3, б) применяется на плоскошлифовальных станках. Данный способ также позволяет использовать как многопроходную, так и глубинную правку. Профилирование и восстановление конфигурации правящего инструмента может производится строганием или шлифованием непосредственно на станке. Однако эта схема характеризуется большим износом электрода-инструмента, что не позволяет обеспечить высокую точность профилирования.

По третьей схеме (рисунок 1.3, в) профилирование производится путем

обработки профильным линейчатым электродом с подачей его по касательной

к профилируемой поверхности круга на круглошлифовальных станках [58, 85].

Точность профилирования составляет 20...50 мкм. Но трудности изготовления

электрода, его установки относительно обрабатываемой поверхности и

последующей правки сдерживают практическое применение данной схемы.

1

©-ли

1////1 1////1

Х777Л Г7777!

--ИВ-©

д

Рисунок 1.3 Схемы ЭЭО огибанием профиля непрофилированным электродом - инструментом: 1 - алмазный шлифовальный круг; 2 -правящий электрод При правке методом точения призматическим электродом с радиальной подачей, приведенной на рисунке 1.3, д также представляет определенные

трудности восстановление профиля электр�