Способ шлифования Советский патент 1993 года по МПК B24B1/00 

Изобретение относится к области обработки металлов шлифованием и может быть использовано для снижения волнистости обрабатываемых деталей.

Цель изобретения - повышение качества обработанной поверхности.

Сущность данного способа заключается в том, что использование современных шлифовальных кругов (например, кругов из синтетических сверхтвердых материалов (СТМ) на металлической связке) позволяет проводить обработку на очень высоких режимах резания, при этом ограничения накладываются только конструкцией станка (например, мощность привода главного движения станка). Используя мелкозернистые круги возможно получить хорошие показатели шероховатости обработанной поверхности, однако за счет значительных условий шлифования, малой жесткости системы СПИД и неравномерности износа шлифовального

круга на обрабатываемой поверхности образуется значительная волнистость. Волнистость обработанной поверхности определяется величиной дисбаланса шлифовального круга и наличием волнистости на его рабочей поверхности в радиальном сечении, образованной за счет вибрации в технологической системе станка. Остановка вращения шлифовального круга повышает жесткость системы СПИД и приводит к исчезновению колебаний в системе, обусловленных дисбалансом. Круг начинает работать одним участком (выступом либо впадиной), что исключает влияние волнистости на его рабочей поверхности на волнистость обрабатываемой поверхности. При этом, определяющее влияние на волнистость обрабатываемой поверхности начинает оказывать форма осевого сечения рабочей поверхности «руга, представляющая собой конус. Угол конуса определяется

ы о ы ы

глубиной шлифования и его влияние легко исключить правильным выбором высоты шлифовального круга из соотношения:

2 Н

--- 1000, где Н - высота круга; t - глубина шлифования, так как при отношении шага к высоте волны более 1000 поверхность не считается волнистой. Шлифоваль- ный.круг фиксируют от поворота, а величину предварительного натяга (подачу при выхаживании) устанавливают таким образом, чтобы обеспечить схем высоты волнистости после черновой обработки.

Величина натяга А обусловлена значением упругих отжатий при съеме основного припуска (минимальной глубины шлифования) т.омим при котором происходит преимущественное резание металла, и величиной износа шлифовального круга L за проход при выхаживании. Натяг (подача) должен компенсировать износ круга и обеспечивать минимальную глубину шлифования, то есть удовлетворять выражению:

Д ЮМин+1(1)

натяга и выражения (1) показывают, что его можно представить в виде А K(tDmin + L), где К (1 - 1,5) - коэффициент, зависящий от условий обработки, определяется в конкретном случае. Процесс выхаживания проводят до прекращения сьема металла, При этом необходимо отметить, что при обработке небольших площадей (до 0,1 м2) заяв- ляемым способом обеспечивается

незначительный износ работающего участка шлифовального круга при выхаживании. В случае обработки больших площадей, когда возможно образование значительной площадки износа на рабочей поверхности

круга, при выхаживании рекомендуется придавать вращение шлифовальному кругу со скоростью, при которой влияние волнистости на шлифовальном круге не сказывается на обрабатываемой поверхности, т.е.

получается волна, имеющая отношение шага к длине более -1000. что не крассифициру- ется как волнистость.

Связь между формируемой на поверхности волнистостью с динамическими и ки- нематическими параметрами работающего инструмента можно представить в виде:

Использование: з обработке металлов шлифованием для снижения волнистости обрабатываемых деталей. Способ шлифова- мк исключается в том. что съем основного припуска осуществляют на максимально возможных режимах резания, в выхаживание поверхности проводят невращающимся кругом с подачей его на деталь, превышающей в 2-9 раз подачу за счет упругих отжа- тий, созданных на этапе съема основного припуска. В случае обработки значительных площадей, круг вращают со скоростью, определяемой из выражения v k V Н 1000 W где vg - скорость обрабатываемой детали; VV и Н - высота и шаг волнистости на рабочей поверхности крага соответственно. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

Минимальное значение фактической глубины задается таким, чтобы условия взаимодействия абразивных зерен с металлом обеспечивали преимущественное резание.

При обработке невращающимся кругом в процессе его износа на рабочей поверхности образуется площадка износа, где L есть длина стрелки изношенного сегмента круга.

В численном виде на практике значения т-Омин 5,0 мкм, L 10 - 25 мкм. Однако проведенные нами эксперименты позволили установить, что для снижения волнистости величину натяга необходимо устанавливать больше расчетной, вследствие неоднородности связки круга, структуры обрабатываемого материала и жесткости шпинделя станка. На основании выше изложенного, приведенные величины гомин и L были приняты в качестве исходных при определении фактической величины предварительного натяга между кругом и деталью. Выполненные исследования при шлифовании различных материалов кругами из СТМ на металлической связке позволили установить, что удовлетворительные показатели волнистости обработанной поверхности получают при установке предварительного натяга между кругом и деталью в пределах 10-45 мкм, что в 2-9 раз превышает .величину упругих отжатий. Причем меньшую величину натяга можно устанавливать при высокой жесткости системы СПИД. Анализ полученного интервала значений величины

30

V - Y огиб.дин , v

v 7- огиб.кич ,

т огиб.дин

5

5

где Уогиб.дин. - параметры кривой, связанные с динамикой процесса;

Уогкб.кин. параметры кривой, связанные с кинематикой формирования неровностей в зависимости от геометрических параметров круга,

Экспериментами установлено, что при низкоскоростном шлифовании с окружной скоростью вращения шлифовального круга

в пределах от 0 до 5.м/с. Высота волнистости обрабатываемой поверхности Wz не превышает высоту волнистости на шлифовальном круге W.

Отсюда можно считать, что при низкоскоростном режиме шлифования динамической составляющей можно пренебречь, тогда волнистость на обрабатываемой поверхности есть кинематическое отображение рабочей поверхности шлифовального

0 круга на обрабатываемой поверхности, то есть на обрабатываемой поверхности образуется волна с высотой равной W и шагом S , который можно определить по формуле

S

V g Vk

и.

где vg и vk - скорость обрабатываемой детали и шлифовального круга;

Н - шаг волны на рабочей поверхности шлифовального круга.

Если считать, что волнистость на обрабатываемой поверхности отсутствует, когда отношение ее шага к высоте больше 1000, тогда скорость вращения шлифовального круга, обеспечивающего эти условия можно определить из выражения:

(2)

Измерять волнистость на шлифовальном круге можно известными методами. Причем для кругов, работающих в режиме правки шлифовального круга волнистость на его рабочей поверхности со временем шлифования постоянно изменяется, а для кругов работающих без правки (заявляемый способ) в режиме преимущественно самозатачивания высота волнистости на рабочей поверхности изменяется только в период приработки, с последующей ее стабилизацией. Поэтому для расчетов по выражению (2) волнистость на рабочей поверхности круга измеряют в момент времени, отвечающий стабилизации высоты волнистости. Определить этот момент можно косвенным путем без прямых измерений шлифовального круга, например, по стабилизации амплитуды вибрации шпиндельного узла станка в процессе шлифования. Кроме того волнистость шлифованной поверхности рассмат- риззется в направлении продольной подачи (продольная волнистость) и поперечной подачи (поперечная волнистость) и соответственно определяется формой, как продольного, так и поперечного (осевого) сечения рабочей поверхности шлифовального круга.

Поперечная волнистость, как отмечено ранее, достаточно просто обеспечивается правильным выбором высоты шлифовального круга. Поэтому изложенное выше относится к продольному сечению круга. Выполненные расчеты и их экспериментальная проверка позволили установить, что величина скорости вращения круга не превышает 0-5 м/с.

Таким образом, совместное выполнение указанных в заявляемом способе шлифования технологических приемов позволяет работать на максимально возможных скоростях шлифования при съеме основного припуска без правки шлифовального круга, что значительно сокращает вспомогательное и основное время обработки и, как следствие, повышает производительность процесса. Установка натяга между обрабатываемой поверхностью и невращающимся крутом в пределах 10-45 мкм при выхаживании обеспечивает сьем высоты волнистости после черновой обработ- ки,что повышает качество обрабатываемых

поверхностей. При шлифовании больших площадей, на этапе выхаживания круг вращают со скоростью определяемой из выраvqHжения vk JOOO W ГДе Vg СК°Р°СТЬ

обрабатываемой детали; W и Н - высота и шаг волнистости на рабочей поверхности круга соответственно, что не снижает жесткости системы СПИД, а обеспечивает повышение стойкости инструмента.

П р и м е р. В лабораторных условиях на шлифовальном станке над ЗГ71М проводили шлифование образца из стали Х12М площадью 250 х 150 мм, СОЖ - 0,3 %-й раствор

кальционированной соды, шлифовальный круг - IAI 250К40К76Х5 - А С6 - 50/40М - МО4-4.

При выхаживании величины предвари- тельного натяга составляла 20 мкм. При этом в сравнении с прототипом изобретения производительность обработки возросла на ТО %, что сократило вречя выхаживания на 1,4 мик при одновременном улучшении пара- метров качества поверхности Ra и Wz ) на 30-60 %-. При этом износ алмазного круга в сравнении с обработкой по прототипу не изменился.

Результаты обработки с другими пара- метрами заявляемого способа сведены в таблицу..

Формула изобретения

превышающую в 2-9 раз подачу на этапе выхаживания за счет упругих отжатий, созданных на этапе сьема основного припуска.

тем, что величину скорости вращения круга после торможения выбирают по формуле

Vfc

v-gН

1000 W