Способ абразивной обработки деталей

 

Изобретение относится к станкостроению и предназначено для абразивной обработки ответственных поверхностей деталей машин и механизмов. Целью изобретения является повышение качества и производительности обрабтки за счет увеличения времени взаимодействия поверхностно-активных веществ СОЖ с ювенильными участками поверхности, вскрываемыми при стружкообразовании. При абразивной обработке деталей инструменту и изделию сообщают формооьразующее перемещение друг относительно друга. Обеспечивают подачу инструмента на врезание и регулируют скорость поступательного перемещения обрабатываемой поверхности изделия в соответствии с соотношением V_д= V_к·L/(L_a-L) при встречном перемещении режущей поверхности инструмента и обрабатываемой поверхности изделия и V_д= V_к·1/l_o при попутном перемещении режущей поверхности инструмента и обрабатываемой поверхности изделия; где V_д - скорость поступательного перемещения обрабатываемой поверхности изделия; V_к - скорость поступательного перемещения режущей поверхности инструмента; L - длина дуги непосредственного контакта абразивного инструмента с обрабатываемой поверхностью изделия; l_o - среднее расстояние между режущими абразивными зернами, расположенными друг за другом в одной плоскости. 2 ил.

Изобретение относится к станкостроению и может быть использовано для абразивной обработки ответственных поверхностей деталей машин и механизмов. Цель изобретения - повышение качества и производительности обработки за счет увеличения времени взаимодействия поверхностно-активных веществ СОЖ с ювенильными участками поверхности, вскрываемыми при стружкообразовании, и приводящего к снижению энергоемкости процесса и интенсивности тепловыделения в контактной зоне. Для того, чтобы улучшить условия стружкообразования при шлифовании, необходимо увеличить время взаимодействия поверхностно-активных веществ (ПАВ), содержащихся в СОЖ, с ювенильными участками обрабатываемой поверхности, вскрываемыми режущими зернами, расположенными друг за другом в одной плоскости, до максимально возможной величины для конкретных технологических параметров (подача на врезание, скорость вращения инструмента, зернистость абразива, твердость и структура, связка инструмента). Это достигается при условии, если скорость вращения изделия будет такой, что за промежуток времени между выходом из зоны резания i режущего зерна и входом в зону резания i+1 режущего зерна, стоящего в затылок i зерну, обрабатываемая поверхность изделия переместится и станет в положение, при котором точка выхода из контакта i режущего зерна станет точкой входа в зону контакта (резания) i+1 режущего зерна. В этом случае исключается контакт i+1 режущего зерна с ювенильной поверхностью, вскрытой i режущим зерном, тем самым время взаимодействия этой поверхности с ПАВ СОЖ увеличится почти на порядок, а значит и степень проявления эффекта Ребиндера тоже значительно возрастет. Для этого необходимо, чтобы V_g= V_k , где V_g - скорость поступательного перемещения обрабатываемой поверхности изделия; V_k - скорость поступательного перемещения режущей поверхности абразивного инструмента; L - расстояние, на которое необходимо переместить точку выхода из контакта i режущего зерна, чтобы она стала точкой входа в контакт для i+1 режущего зерна, т.е. это длина дуги непосредственного контакта абразивного инструмента с изделием при врезании инструмента на глубину, равную t = =S/n_g, при неподвижном изделии; S - скорость подачи инструмента на врезание; n_g - скорость вращения изделия; L_o - среднее расстояние между режущими абразивными зернами, расположенными друг за другом в одной плоскости. Когда направление поступательного перемещения обрабатываемой поверхности в зоне контакта с инструментом совпадает с направлением поступательного перемещения режущей поверхности инструмента, т.е. при попутном шлифовании, промежуток времени, за который режущее зерно покрывает расстояние, равное среднему расстоянию между режущими абразивными зернами, расположенными друг за другом в затылок, должен быть равным промежутку времени, за который точка а (точка входа реж.зерна в контакт) переместится в положение точки b (точка выхода реж.зерна из контакта). На фиг. 1 изображена условная схема процесса взаимодействия режущих абразивных зерен с обрабатываемой поверхностью; на фиг. 2 - график зависимости величины микротвердости шлифованных поверхностей деталей из закаленных сталей: сталь ШХ15 (кривая 1 - обработка по способу прототипу), кривая 2 - обработка по данному способу, сталь У8А (кривая 3 - обработка по способу прототипу, кривая 4 - обработка по данному способу). Пример конкретного исполнения. В качестве обрабатываемых объектов были выбраны цилиндрические образцы диаметром 25-60 мм, изготовленные из термообработанных (закалка, обработка холодом, масляный отпуск) сталей 40Х, У8А, 9Х2, ШХ15 и магнитного сплава ЮН14ДК24. Обработку осуществляли методом врезного шлифования на модернизированном круглошлифовальном полуавтомате мод.ЗА151. Припуск под обработку составлял 0,8 мм, скорость подачи на врезание составляла S = 0,5-2,2 мм/мин. В качестве СОЖ использовали 3%-ный содовый раствор. Обработку осуществляли абразивными кругами 600х63х305 на керамической связке из электрокорунда белого и карбида кремния зеленого с зернистостью 63, 50, 40, 25 и 16, твердостью от Т1 до СМ2 включительно и структурами от 3 до 7 включительно. Линейная скорость вращения рабочей поверхности инструмента составляла 35 м/с. Обрабатываемое изделие 1 (цилиндрический образец) закрепляли в шпинделе передней бабки и приводили во вращение. Съем припуска осуществляли за счет врезания вращающегося абразивного круга 2. Определялась длина дуги контакта абразивного круга 2 с изделием 1 при заданном значении скорости подачи S на врезание в исходном (например, табличном) значении угловой скорости вращения ng_о изделия 1. Длина дуги контакта L_i абразивного круга 2 с изделием определялась по формуле L_i=(D˙d˙t_i/(D+d)^0,5, где t_i=S/n_gi= πdS (V_gi; i ∈ λγ D - диаметр рабочей поверхности абразивного круга; d - диаметр обрабатываемой поверхности изделия;
t_i - глубина шлифования;
V_gi - линейная скорость вращения обрабатываемой поверхности изделия. Затем рассчитывалась величина линейной скорости вращения обрабатываемой поверхности изделия 1, которую необходимо поддерживать для обеспечения оптимальных условий взаимодействия ПАВ с ювенильными участками поверхности, вскрываемыми режущими абразивными зернами, расположенными друг за другом в затылок на расстоянии l_o, при полученном значении L_i дуги контакта. Расчет производился по формуле
V_gi+1= V_k , где V_k - линейная скорость вращения режущей поверхности инструмента. Среднее расстояние l_о между режущими абразивными зернами, расположенными в затылок друг другу, определялось экспериментально. Полученное значение V_gi+1 сравнивалось затем с предыдущим при помощи неравенства
= ≅ 0,05. Если неравенство не выполнялось, то V_gi+1 принималось в качестве начального значения и процедура вычислений повторялась сначала. Анализ результатов экспериментальных исследований показывает, что при шлифовании материалов по способу прототипу, когда на черновом (и чистовом) этапе линейная скорость вращения обрабатываемой поверхности поддерживалась на уровне 40 м/мин, а подача на врезание 1,5 мм/мин, благоприятные условия для адсорбционного пластифицирования обрабатываемого материала (в зоне контакта) не обеспечиваются, так как промежуток времени между двумя последовательными актами съема стружки с одного и того же участка поверхности не превышал в этом случае 0,0006-0,0016 с. В результате этого происходило адгезионно-диффузионное взаимодействие поверхности абразивных зерен с ювенильными участками поверхности обрабатываемого материала, так как в условиях затрудненного доступа компонентов СОЖ в контактную зону и короткий промежуток времени контакта компонентов СОЖ с вскрываемой (химически чистой) режущими зернами поверхностью степень химического взаимодействия ювенильной поверхности с компонентами СОЖ (хемосорбция) была незначительной. Это приводило к интенсивному адгезионно-диффузионному износу режущих зерен, повышению сил трения, а следовательно, и к увеличению энергоемкости процесса стружкообразования, проявляющегося прежде всего в увеличении контактной температуры. Увеличение контактной температуры приводило к разупрочнению обрабатываемого материала, т.е. снижению микротвердости поверхности, причем это снижение достигало более 100 кг/мм². Повышение линейной скорости вращения обрабатываемой поверхности на этапе выхаживания до 90-110 м/мин привело к значительному улучшению условий для химического взаимодействия компонентов СОЖ с ювенильными участками поверхности, так как в этом случае промежуток времени между двумя последовательными актами съема стружки с одного и того же участка поверхности резко возрос и к середине этапа выхаживания увеличился (по сравнению с начальным) более чем на порядок. Кроме того, улучшились условия доступа компонентов СОЖ к вскрываемой поверхности. В результате этого степень химического взаимодействия ПАВ СОЖ с ювенильной поверхностью резко возросла и удельная поверхностная энергия обрабатываемого материала значительно снизилась (на 50-80%), что привело к значительному снижению энергии зарождения и выхода дислокаций на поверхность. Тем самым начальный этап пластической деформации обрабатываемого материала при стружкообразовании осуществлялся в основном за счет генерации большого количества новых дислокаций, т.е. вначале происходила пластификация материала. Быстрый рост плотности дислокаций, которые распространяются на глубину до 10-15 мкм, приводит к упрочнению материала, а по достижении предельных плотностей дислокаций материал становится хрупким, и в зоне больших сдвигов наступает хрупкое его разрушение, что благоприятно сказывается на процессе стружкообразования. В результате упрочнения (за счет повышения плотности дислокаций) тонкого поверхностного слоя обрабатываемого материала его микротвердость повышалась (по сравнению с исходным закаленным состоянием) на 5-12 кг/мм² для инструментальных сталей и на 160-200 кг/мм² для стали ШХ15 (фиг. 2, кривые 1 и 3). Таким образом, обработанная поверхность изделия состояла как бы из трех слоев: "наклепанный" слой, образовавшийся при выхаживании и залегающий на глубину до 15 мкм (в отдельных случаях до 25 мкм), далее разупрочненный слой, образовавшийся при черновых проходах и залегающий на глубине от 15 до 60 мкм, и материал в исходном (закаленном) состоянии. Такое состояние поверхностного слоя деталей, работающих в сложнонапряженных условиях, недопустимо, так как приводит к преждевременному разрушению поверхности и потере ее эксплуатационных (высоких) свойств, т.е. снижается долговечность деталей. При шлифовании деталей по предлагаемому способу благоприятные условия для проявления адсорбционного эффекта Ребиндера обеспечивались практически на всех этапах обработки. Так, период времени между двумя актами съема стружки с одного и того же участка обрабатываемой поверхности находился в пределах 0,043-0,064 с, т.е. на порядок выше, чем при шлифовании (черновой этап) по известному способу. Увеличение времени взаимодействия компонентов СОЖ с ювенильными участками поверхности, вскрываемой режущими зернами при стружкообразовании, позволило значительно увеличить вероятность возникновения химической связи между компонентами СОЖ и обрабатываемой поверхностью и тем самым значительно снизить энергоемкость процесса стружкообразования на всех этапах обработки. Снижение энергоемкости стружкообразования обусловливалось как за счет значительного снижения удельной поверхностной энергии обрабатываемого материала в контактной зоне, что приводило к облегчению зарождения и выхода дислокаций на поверхность, а следовательно, росту плотности дислокаций до предельных значений, обеспечивая тем самым "наклеп" поверхности и охрупчивание стружки, так и за счет существенного снижения вероятности адгезионно-диффузионного взаимодействия режущих зерен с обрабатываемым материалом. Все это привело к увеличению периода стойкости инструмента в 3,5-7 раз, снижению размерного износа инструмента в 6-10,5 раза (за период стойкости инструмента), что позволяет более надежно обеспечивать геометрическую точность обработанной поверхности, особенно при фасонном врезном шлифовании. Кроме того, обработка деталей по предлагаемому способу позволила исключить возникновение разупрочненного слоя, который образуется при использовании известного способа, а величина и глубина залегания наклепа, который образуется в результате обработке, выше.

Формула изобретения

СПОСОБ АБРАЗИВНОЙ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ, при котором абразивному инструменту и изделию сообщают формообразующее перемещение друг относительно друга и регулируют скорость поступательного перемещения обрабатываемой поверхности изделия относительно вращающегося инструмента, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности и качества обработки, скорость поступательного перемещения обрабатываемой поверхности изделия устанавливают в соответствии с соотношением

при встречном перемещении обрабатываемой поверхности изделия и режущей поверхности инструмента

при попутном перемещении обрабатываемой поверхности изделия и режущей поверхности абразивного инструмента,
где V_д - скорость поступательного перемещения обрабатываемой поверхности изделия;
V_к - скорость поступательного перемещения режущей поверхности абразивного инструмента;
L - длина дуги непосредственного контакта абразивного инструмента с обрабытываемой поверхностью изделия;
l₀ - среднее расстояние между режущими абразивными зернами, расположенными друг за другом в одной плоскости.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 31-2000

Извещение опубликовано: 10.11.2000        

---