Проектирование и применение сборных композиционных шлифовальных кругов при плоском шлифовании

Общеизвестно, что в большинстве случаев на операциях окончательной обработки заготовок деталей машин и приборов используют абразивные инструменты. Наиболее распространённым видом абразивной обработки является шлифование, которое обеспечивает необходимые параметры качества обработанных поверхностей.

В связи с существенным повышением в последние годы стоимости абразивных инструментов, а так же приготовления, эксплуатации и утилизации смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ), используемых на операциях шлифования, вопросы, связанные с разработкой новых эффективных технологий шлифования, становятся особенно актуальными. Новые технологии должны обеспечивать повышение производительности операций шлифования, не снижая при этом качество обработанных поверхностей и экологическую безопасность производства и не повышая себестоимость деталей.

Из известных направлений повышения эффективности операций шлифования можно выделить совершенствование абразивного инструмента и составов, способов и техники подачи смазочно-охлаждающих технологических средств (СОТС). Применение прерывистых кругов, как показывают многочисленные исследования, позволяет существенно уменьшить теплонапря-женность шлифовальных операций. Однако при обработке такими кругами возникают ударные нагрузки, что приводит к снижению их стойкости и ухудшению качества обработанных поверхностей. Генерация воздушных потоков прерывистыми кругами приводит к усилению разбрызгивания и потерь СОЖ, что может вызывать дефекты, ухудшающие качество обработанных поверхностей. Вследствие действия указанных факторов приходится снижать режимы обработки, а значит и производительность труда.

Одним из перспективных путей повышения эффективности операций шлифования является применение сборных композиционных шлифовальных кругов (СКШК), которые сочетают основные преимущества сборных, прерывистых и импрегнированных кругов. При шлифовании композиционными кругами твёрдый смазочный материал (ТСМ) гарантированно доставляется в зону обработки, появляется возможность использования на операциях шлифования относительно недорогих водных СОЖ простого химического состава. Кроме того, сборная конструкция кругов позволяет многократно использовать металлический корпус, заменяя лишь абразивные сегменты (АС) и смазочные элементы (СЭ).

В настоящей работе, на основе проведенных теоретико-экспериментальных исследований разработана методика расчета и проектирования СКШК для операций плоского шлифования, на основе результатов экспериментальных исследований выявлены зависимости, связывающие параметры качества обработанной поверхности и показатели плоскошлифовальной операции с конструктивными и геометрическими параметрами кругов и составом материала смазочных элементов, разработаны рекомендации по применению СКШК. Основные результаты научных исследований апробированы путем опытно-промышленных испытаний СКШК при плоском шлифовании планок в условиях производства ОАО «Автодеталь-Сервис» (г. Ульяновск).

Диссертация выполнена на кафедре «Технология машиностроения» Ульяновского государственного технического университета. Автор приносит искреннюю благодарность научному руководителю заслуженному деятелю науки и техники РФ, д.т.н, профессору J1. В. Худобину и коллективу кафедры «Технология машиностроения» УлГТУ, в частности доценту, д.т.н., Н. И. Веткасову за большую помощь в работе.

5.4. ВЫВОДЫ.

1. На основании результатов проведенных теоретических и экспериментальных исследований разработаны рекомендации по выбору типоразмера и характеристики СКШК и состава ТСМ для операций плоского шлифования, а также методика расчета геометрических параметров сборных КШК при условии обеспечения заданной шероховатости шлифованной поверхности и нормированной прочности круга.

2. На основе результатов теоретико-экспериментальных исследований и расчетов геометрических параметров абразивных сегментов СКШК по предложенной методике разработаны рекомендации для проектирования операций плоского шлифования сборными композиционными ШК заготовок из различных сталей, позволяющие назначать режимы обработки в зависимости от материала заготовки.

3. Представлены технологические процессы изготовления абразивных сегментов СКШК для операций плоского шлифования на керамической и бакелитовой связках.

4. Опытно-промышленные испытания, проведенные на операциях плоского шлифования в условиях действующего серийного производства, показали высокую эффективность сборных композиционных шлифовальных кругов с ТСМ на основе графита (наполнитель) и воска (связующее). Производительность шлифования такими кругами в 1,5 раза превышает производительность шлифования стандартными кругами такого же типоразмера и характеристики. Годовой экономический эффект составил 36 670 руб. в расчете на один станок.

Испытания показали также, что шлифование СКШК на повышенной до 50 м/с окружной скорости позволило поднять производительность обработки в 2 раза при обеспечении шероховатости шлифованной поверхности, заданной чертежом, по сравнению с обработкой СКШК со стандартной (35 м/с) окружной скоростью. Годовой экономический эффект составил 34 270 руб. на один станок. СКШК и технологические рекомендации по их применению внедрены на операции плоского шлифования планок из стали 40Х в условиях инструментального цеха ОАО «Автодеталь-Сервис».

В диссертационной работе выполнен комплекс теоретико-экспериментальных исследований процесса плоского шлифования сборными композиционными шлифовальными кругами и получены следующие новые научные и практические результаты:

1. Разработаны универсальные способ и методика определения расхода твердых смазочных материалов через зону шлифования. В результате исследования расхода ТСМ при плоском шлифовании композиционными кругами с использованием указанных способа и методики получены математические зависимости (см. табл. 15), позволяющие по заданным параметрам — средней массе твердого смазочного материала, израсходованного в зоне шлифования, требуемой шероховатости шлифованной поверхности, скорости врезной подачи шлифовального круга и скорости продольного перемещения столарассчитывать число пазов композиционных шлифовальных кругов.

2. Разработана методика расчета на прочность сборных композиционных шлифовальных кругов. С использованием зависимостей (51) — (53), полученных аналитическим путем, рассчитаны на прочность СКШК широко используемых в промышленности трех типоразмеров: 1−250×25×76, 1−150×25×76 и 1−300×25×76. Проведено натурное экспериментальное исследование прочности сборного композиционного шлифовальное круга, которое подтвердило адекватность полученных зависимостей.

3. Экспериментально исследована технологическая эффективность плоского шлифования сборными КШК. Показано, что режущая способность СКШК превышает показатели стандартных кругов на (50 — 60) %. Сборные композиционные круги имеют меньший размерный износ и обеспечивают тем самым улучшение связанных с ним технологических показателей.

При плоском шлифовании шероховатость поверхности, шлифованной сборным КШК, по параметру Ra примерно на 30% меньше, чем при шлифовании стандартным кругом.

При применении сборных КШК большая доля энергии шлифования продуктивно расходуется на диспергирование металла заготовки, что обусловлено увеличением отношения Pz к Ру (Кр) на (40 — 60) % по сравнению с шлифованием СК.

4. При обработке СКШК заготовок из сталей 1, 3 и 5-ой групп шлифуе-мости со скоростью продольного перемещения стола VCT вдвое большей, чем при шлифовании стандартным кругом, обеспечивается примерно одинаковая шероховатость обработанной поверхности, что позволяет увеличить скорость продольного перемещения стола на операциях плоского шлифования композиционными кругами до двух раз по сравнению-с шлифованием стандартными ШК и соответственно повысить производительность обработки.

5. Экспериментально исследована технологическая эффективность операции плоского шлифования сборными КШК с повышенной до 50 м/с окружной скоростью. Показано, что при обработке заготовок из сталей 2-ой группы шлифуемости значения параметра шероховатости Ra при повышении окружной скорости сборного композиционного ШК с35до50м/сс одновременным двукратным увеличением скорости врезной подачи практически не отличаются от значений, полученных при использовании композиционных кругов с VK = 35 м/с. Это позволяет увеличить скорость врезной подачи шлифовального круга до двух раз при обработке СКШК заготовок из сталей 2-ой группы шлифуемости и еще больше повысить производительность обработки.

6. На основе результатов теоретических и экспериментальных исследований разработана методика проектирования сборных КШК и технология их изготовления, а также рекомендации по выбору геометрических параметров и характеристики кругов и элементов режима шлифования (см. табл. 27 — 29) в зависимости от материала обрабатываемой заготовки и качества обработанной поверхности.

7. Проведены опытно-промышленные испытания в условиях серийного производства, которые показали высокую эффективность сборных КШК на операциях плоского шлифования с окружной скоростью 35 м/с и повышенной до 50 м/с скоростью. Экономическая эффективность применения СКШК на операциях плоского шлифования подтверждена соответствующими расчетами. СКШК и технологические рекомендации по их применению внедрены на операции плоского шлифования планок из стали 40Х в условиях инструментального цеха ОАО «Автодеталь-Сервис».