книги / Финишная обработка лепестковыми кругами

чить аналитические значения Р для широкого круга конструкций ЛКП

с лепестками различной зернистости.
Радиальная составляющая силы резания Р					складывается из центро-
бежной и упругой составляющих:
я	Г	BL	.уЛ	.со
к
Ру = Руи + Руа				-cos[y? -
	I*	6*10		£
1-1
a(i - 1)] J * ca BS iSiRL’			tf)-		(6)

Как отмечалось выше, упругие силы, действующие в зоне контакта ЛКП с заготовкой за пределами угла у>, составляют 3 - 5 % от общего значения Р . Специальные эксперименты, в которых подвижные плос­

кие образцы» покрытые тонким слоем краски, полировались на станке ЗГ71, показали, что пятно контакта круга с заготовкой на 95 % рас­ положено в пределах угла \р. Следовательно, не только упругие, но и центробежные силы концентрируются в пределах этого угла. Поэтому с достаточной для практических расчетов точностью при вычислениях по формуле (6) в расчет могут приниматься только лепестки, работающие

в	пределах угла <р. При таком допущении формула (1) принимает вид
п	- tp/a.
к
	При полировании чашечными лепестковыми кругами заготовок с

плоской поверхностью лепестки прижимаются к заготовке только под действием упругих сил. Коэффициент упругости" CQ для различных по

размерам и характеристикам ЛКТ, уплотнившихся в результате прира­ ботки, определяли при статическом нагружении кругов нормальной си­ лой. Установлено, что коэффициент CQ в основном зависит от свойств

шлифовальной шкурки, из которой изготовлены лепестки. При зернис­

тостях шлифовальной шкурки 14А4. 14А8 и 14А12			он соответственно
равен 2,05; 1,77	и	1,54. При известном CQ можно	рассчитать значе­
ние упругих сил для		широкого круга характеристик ЛКТ по формуле
/	/	dydz,	(7)
S
к

11

где Н - высота приработанного круга; - площ адь контакта круга с

заготовкой.

При полировании ЛКТ цилиндрических заготовок в результате де­ формирования по линии резания abc (рис.6, а ) такж е возникают упру­

гие нормальные силы, пропорциональные деформации круга в соответ­

ствующих точках.	В зоне ab создается уплотнение рабочего кольца, а
в зоне Ьс меж ду	лепестками появляются зазоры. Это явление в соче­

тании с потерями на гистерезис приводит к несимметричности диа­ граммы распределения нормальных реакций под действием упругих сил по линии резания.

Изучение пятна контакта круга с заготовкой показало, что оно расположено в основном в пределах участка ab линии резания. Поэто­ му силами, действующими на участке Ьс, можно пренебречь. Д ля упро­

щения вывода формулы для упругой силы Я , действующей в пределах

Уа

дуги ab (рис.6, б ), дуга аппроксимирована хордой. В соответствии с выражением (3), которое принимает­ ся справедливым и для рассматрива­ емого случая, можно записать

Яуа	=	саВ	J
		Н
где	-	проекция участка ab на

горизонталь.

П одставляя в последнее выраже-

Рнс. 6 . Схема деформирования ЛКТ

при полировании цилиндрической по­

верхности:

а — диаграмма распределения нор­

мальных реакций: б — схема дейст­

вия упругой силы

12

ние	значения	z.	и		д ,	определяемые из схемы (рис.6, б), после ин-
		к			у
тегрирования		получим
	Р = С	В 5	Г				%
		2 Н *		2R В - 8
	Уа				з
где	- радиус		заготовки.

При движении лепестков в зоне обработки при полировании ЛКТ ци­ линдрической поверхности происходит их изгиб, величина которото зависит от меняющейся деформации круга. В результате этого возни­ кает ускорение, под действием которого лепестки прижимаются к за ­ готовке. Поэтому в практике при полировании ЛКТ цилиндрических по­ верхностей применяются деформации круга, меньшие, чем при полиро­ вании плоских поверхностей.

Вывод уравнений кинематики и динамики полирования ЛКТ цилиндри­ ческих поверхностей аналогичен выводу подобных зависимостей при полировании ЛКП .

Таким образом, получены аналитические зависимости для расчета нормальной силы при обработке ЛКП и ЛКТ. Вместе с тем использова­ ние радиальной составляющей Р силы резания в качестве единствен­

ной характеристики не позволяет получить полное представление о динамических особенностях процесса обработки лепестковыми кругами. Необходимо знание главной составляющей силы резания Р^ и коэффи­

циента /Ср = Р ^ /Р ^ , характеризующего режущую способность абразив­

ного инструмента, производительность шлифования и другие стороны процесса.

Составляющие силы резания при полировании ЛКП. Измерение сос­ тавляющих силы резания Р ^ и Р^ производилось при обработке образ­

цов ЛКП диаметром 300 мм, зернистостью 14А4, 14А8, 14А12 на станке ЗГ71 с помощью двухкомпонентного динамометра. Обрабатывались плос­ кие образцы из стали 45 (HRC^ 52...54) и алюминиевого сплава АЛ4.

Применялось охлаждение 5 %-ным раствором эмульсола.

На графиках (рис.7) приводятся значеьия Р и Р , отнесенные к

1 мм ширины лепестков В. С увеличением деформации круга 5 в ра­ диальном направлении значения Р^ и Р^ монотонно возрастают

(рис.7, о ). Аналитические зависимости (рис.7, б) для Р и ее

Ко Рч.н Ру.Н Ру,Н

0,81- 0,6

-7

А/

0,6

1,2

А

V

/

V

0J

1

//

0,5

1

д\

1/

Ру

0,8

/

у

0,7 Ь 0,4

и*

0,4

0,3

7/А

0,3

0,6

//

Pz

Руа

Руи.

0,6 \ -0,2

fvЫi

0,2

0,4

У У

0,1

0,1

0,2

0.5

___ ^

0,4

0,8

1,28,мм

0,4.

0,8

1,28,мм

15

30

45 L,MM

а)

б)

в)

Рис.

7 .

Составляющие силы резания при полировании

ЛКП :

а —

экспериментальные

зависимости

составляющих

Р

-и

Р силы

реза-

у

Z*

ння

и

коэффициента

К

от

деформации круга

8

при плоском

полирова-

Р

ннн ЛКП диаметром 300 мм,

зернистостью

14А8

заготовок

из

стали

45

(HRC

5 2 ... 5 4 )

(сплошная линия)

и алюминиевого сплава

АЛ4

(штрнхо-

э

Р

Р

вая

линия);

6

—

аналитические

зависимости

и

ее

упругой

и

Р

У

1 п

у*

центробежной

составляющих

от

5

для

заготовок

из

стали

45

(HRC

уц

э

5 2 . . . 5 4 );

в

—

аналитические

(сплошная

линия)

и

экспериментальные

(штриховая

линия)

зависимости

Р

от

износа

лепестков

центробежной Р

и упругой Р

составляющих,

полученные по форму­

Уи

Уа

лам (6), (2) и (4), показывают, что это обусловлено одновременным

ростом как	Р , так и Р .
^	Уи

Совместный анализаналитических и экспериментальных зависимос­ тей, приведенных на рис.7, показывает, что они удовлетворительно согласуются. Это свидетельствует о приемлемости допущений, приня­ тых при выводе уравнений кинематики и динамики. Т акж е можно сде­ лать вывод о сравнительно правильном отражении аналитическими за -

14

виеимостями, приведенными выше, физической сущности и роли факто­

ров в формировании силы резания.

Кривая зависимости коэффициента

от б имеет точку перегиба

(см. рис.7,

а). Уменьшение К

при 5 >

1,2 мм (для стали

45)

и при

б >

Р

0 ,8 мм (для

сплава АЛ4) обусловлено снижением

темпов

роста

Я^

в

результате

изменения

рельефа рабочих участков

лепестков в

связи

с

их

интенсивным

изнашиванием.

Значение

при

обработке

сплава

АЛ4 во всем исследованном диапазоне 8 несколько

выше, чем

при обработке стали 45, что объясняется взаимным

влиянием состав­

ляющих

и / у

Ввиду

большей глубины внедрения

абразивных зерен

Р

при

обработке сплава АЛ4 больше, чем при обработке стали 45.

Это

приводит к увеличению изгиба лепестков и длины

их отогнутой

части, что, в свою очередь, как видно из формулы (6), вызывает

увеличение Я . При обработке сплава АЛ4 значение достигает

экстремума при 8, меньших, чем при обработке стали 45. Это обус­ ловлено тем, что резкое повышение износа ЛКП при обработке сплава АЛ4 такж е наступает при б, меньших, чем при обработке стали 45.

По-разному проявляется влияние б на силы резания на разных ста­ диях износа Л КП . Это является результатом изменения соотношения центробежной Я и упругой Я ^ составляющих в общем балансе Я

(рис.7, в ). При износе лепестков 60 - 45 мм превалирующее уменьше­ ние Р ^ приводит к некоторому снижению Я . При дальнейшем износе

превалирует Я , что предопределяет рост Я , которая при длине

У

лепестков менее 30 мм становится весьма значительной. Если на практике для рассматриваемого примера сохранять б = 1,2 мм на всех стадиях износа круга, то очевидно, что при износе лепестков от 60 - 45 мм снизится производительность процесса, а при дальнейшем уменьшении длины лепестков возрастает износ шлифовальной шкурки. Кроме того, непостоянными будут качественные характеристики обра­ ботанной поверхности.

На рис.8, а приведены экспериментальные зависимости Я , Я^ и

от скорости Л КП . С увеличением о силы резания монотонно возрас­

тают. Зависимости (рис.8, б), полученные аналитическим путем, по-

15

15

25

35 vKfм/с

a )

6)

Рнс. 8 . Составляющие силы резания

при полировании

Л КП:

а

— экспериментальные

зависимости

составляющих

Р ^

и

силы

реза­

ния

и

коэффициента

К

от скорости

круга

V

при

плоском

полировании

заготовок из

стали

45

(HRC^

5 2 ... 5 4 )

ЛКП

диаметром 300

мм.

зернис­

тостью

14А8;

б

— аналитические

зависимости

Р

и

ее

упругой

Р

и

центробежной Р

составляющих

от V

У

1 VJ

Ул

Ун

к

называют,

что

это

результат

увеличения

центробежной

составляющей

Р ^.

Кривая

зависимости

от

имеет

точку

перегиба

(см.

рис.8, а ). Последнее объясняется повышенным изнашиванием лепестков

при и > 32,6 м /с .

к

Как показали эксперименты, скорость подачи и = 1 ...5 м/мин не

оказывает заметного влияния на силу резания.

При увеличении зернистости лепестков ЛКП увеличивается их масса и снижается их количество в зоне контакта. Последний ф актор оказы­ вается превалирующим, поэтому увеличение зернистости лепестков приводит к некоторому снижению Р^ и Р^, хотя нагрузка на один

лепесток при этом возрастает.

16

	Н а	рис.9 приведены			зависимости составляющих силы				резания,		отне­
сенные		к	площ ади контакта				F^, и коэффициента		от	S и	при
плоском полировании ЛКТ. С увеличением 5 составляющие										и	рас­
тут	практически			линейно,		а	значения	Р^ в случаях	обработки		ста­
ли	45	(HRC^ 5 2		...5 4 )	и	сплава АЛ4		различаются мало.		В связи с
большей			глубиной	внедрения			абразивных	зерен коэффициент			имеет

большие значения при полировании сплава АЛ4. Точка перегиба в

зависимостях от 5 - результат повышенного изнашивания рабочих

участков лепестков, вызванного чрезмерными нагрузками на зерна и уменьшением прочности закрепления зерен в разогретом рабочем слое лепестков.

При обработке ЛКТ составляющая Р мало зависит от скорости кру-

Кр Ру,Рг,К

КР Pg.PzF

	/	‘'Ч	>	/
0,05	/			У		0,05
	/				кР
/
/
ft$ - 0,01* 1/			\	\	0,6	0,04
\	/	S
0,03		У				0,03
	у	4
0,5 I- 0,02 ifг/У ■г/					0,5	- 0,02
	/ X s
0,01 / у		\				0,01

X

/ т \ h >\

	ft*	0,4	0>8			ft*	15	25	35	45vK,n /c
					1,25,мм
				а)					6)
Рнс.	9 .	Экспериментальные			зависимости составляющих				Р ^	и Р^	силы
резании и		коэффициента		К	от	деформации	круга	(а )	и	скорости	круга
				*Р
(б )	при	плоском	полировании			ЛКТ диаметром		300	мм.	зернистостью
14А8	заготовок из		стали	45	(HRCэ 5 2 ...5 4 )

17

дог, что в основном является	результатом уменьшения* длины лепест­
ков. Значения коэффициента	при этом практически не изменяются,

что свидетельствует об отсутствии затупления инструмента.

Температура поверхностного слоя при полировании ЛКП и ЛКТ.

Измерение температуры производилось с помощью нихром-

константановых термопар. Процесс нагрева фиксировался на пленке шлейфового осциллографа. В отдельных экспериментах продолжитель­ ность нагрева измерялась сотыми долями секунды, что потребовало учета тепловой инерционности термопар. Учет тепловой инерционности термопар возможен в том случае, если известна закономерность уменьшения термоЭДС с уменьшением продолжительности теплового

импульса. Д ля получения таких закономерностей термопары, размещав­

шиеся в фарфоровой трубочке, мгновенно погружались в расплав олова

и сплава,	состоящ его из висмута, свинца, олова и кадмия, и выдер­
живались	в нем в течение 0 ,3 - 0,5 с. При этом кривые возбуждения

термоЭДС записывались на пленку шлейфового осциллографа. Такие осциллограммы были получены в широком диапазоне температур источ- -

ника теплоты. По осциллограммам было построено семейство кривых

возбуждения термоЭДС в координатах "температура - продолжитель­ ность теплового воздействия” (рис.Ю , о). Анализ полученных кривых

показывает,

что

закономерность

возрастания

температуры,

фиксируе­

мой на осциллограмме, достаточно близко

описывается

экспоненциаль­

ной зависимостью

снтн

$

=

в

U -

е нсг 1 ,

(8)

Т

нет

I

J

где

0^

-

температура, зафиксированная на

осциллограмме

в

рассмат­

риваемый

момент

времени;

в

-

температура

источника

теплоты;

т

-

продолжительность

теплового

воздействия;

с

-

постоянная

и

4

н

инерционности, с

= 2,8*10 .

По значениям

и г , полученным из осциллограммы шлифуемого

слоя

при

измерении температуры

(рис. 10,

б),

легко определил» 0 ,

решив уравнение (8). Семейство кривых (рис.Ю, а) может быть использовано д л я определения температуры графическим способом. Для

19

этого	известные	из осциллограммы значения $ и		откладываю тся		по
осям	ординат	и абсцисс.	И з примера, приведенного на		рис. 10,	<*,
следует, что		точка А	пересечения координат	попала	на кривую

430 °С . Значит, фактическая температура шлифуемого поверхностного

слоя в данном случае была 430 °С.

Экспериментально установлена зависимость м еж ду 0 ^ и ^ и дл я

случая, когда температура поверхностного слоя 0Q перед началом

теплового импульса превышает комнатную (при многопроходной обработке):

		с т		с т
		н н		и н
0 = 0	(	в	Л	в
	(l - е	нст	1	♦ 0Ле ист .
Т	нет I		J	О

Результаты измерений показывают, что при полировании ЛКП в поверхностных слоях не возникает высоких температур. Т ак, наиболее высокой температурой, зарегистрированной при интенсивных режимах плоского полирования образцов из стали 45 (HRC^ 5 2 ...5 4 ) на станке

3171	ЛКП диаметром			300 мм,	зернистостью 14А4 при		= 3 2 ,6		м /с ,
6 =	1,5 мм	и о -	2	м /мин,	была температура	180 °С,	хотя	наличие
оплавленных		струж ек		свидетельствует о более		значительных		мгновен­
ных	температурах.		Низкий уровень температур			объясняется		тем,	что

при обработке ЛКП лепестки контактируют с обрабатываемой поверх­ ностью на некотором расстоянии друг от друга, благодаря чему по­

верхность нагревается импульсно.			В перерывах	м еж ду импульсами на­
грева	происходит ее	охлаждение.	Этот ф актор	в	сочетании	с относи­
тельно	небольшими	нагрузками и	вентиляционным		эф фектом	обеспечи­

вает низкий уровень тепловыделения.

При полировании ЛКП температура поверхностного слоя возрастает

с уменьшением его зернистости и скорости подачи, с увеличением скорости круга и его деформации.

В отличие от обработки ЛКП при обработке ЛКТ лепестки контакти­ руют с заготовкой практически непрерывно. Поэтому уровень темпера­ тур при полировании ЛКТ значительно выше, чем при полировании ЛКП .

К ак видно из табл. 1, в	которой приведены результаты	исследования
влияния технологических	факторов на температуру	поверхностного

20