книги / Финишная обработка лепестковыми кругами
..pdfчить 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