Способ шлифования хромированных цилиндрических заготовок торцом алмазного чашечного круга

 

Способ может быть использован в машиностроении при шлифовании хромированных заготовок, например силовых колонн литьевых машин, штоков гидроцилиндров и других деталей машин, работающих в условиях трения, а также для восстановления изношенных деталей при ремонтных работах. Способ шлифования хромированных цилиндрических заготовок торцом алмазного чашечного круга под углом, близким к прямому, заключается в том, что заготовке и кругу сообщают вращения, а последнему - движение продольной и поперечной подач. Скорость продольной подачи подбирают по соответствующей формуле. 6 ил., 1 табл.

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 В 24 В 1/00

ГосУДАРствен1ый комитеТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ / ..

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4795748/08 (22) 23.02.90 (46) 23.11.92. Бюл. М 43 (71) Производственное объединение "Термопластавтомат" им.XXVl съезда КПСС (72) А.А.Мешанинец (56) Мешанинец А,А. Определение оптимальных режимов шлифования цилиндрических хромированных деталей, НИИМАШ, Экспресс-информация. Абразивы. Выпуск

8. M.. 1982, с.4 — 6. (54) СПОСОБ ШЛИФОВАНИЯ ХРОМИРОВАННЫХ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ЗАГОТОВОК ТОРЦОМ АЛМАЗНОГО ЧАШЕЧНОГО

КРУГА

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при шлифовании хромированных заготовок, например, силовых колонн литьевых машин, штоков гидроцилиндров и других деталей машин, работающих в условиях трения, а также для восстановления изношенных деталей при . ремонтных работах.

Известен способ определения оптымальных режимов шлифования цилиндрических хромированных заготовок. Однако он приемлем при шлифовании хромированных заготовок абразивными кругами прямого профиля.

Цель изобретения — повышение качества шлифованной поверхности и прочности заготовки.

Известно, что на качество обработанных поверхностей большов влияние оказывает температура в зоне контакта шлифовального круга и детали... Ж „1776539 А1 (57) Способ может быть использован в машиностроении при шлифовании хромированных заготовок, например силовых колонн литьевых машин, штоков гидроцилиндров и других деталей машин, работающих в условиях трения, а также для восстановления изношенных деталей при ремонтных работах.

Способ шлифования хромированных цилиндрических заготовок торцом алмазного чашечного круга под углом, близким к прямому, заключается в том, что заготовке и кругу сообщают вращения, а последнему — движение продольной и поперечной подач. Скорость продольной подачи подбирают по соответствующей формуле. 6 ил., 1 табл.

Для проведения эксперимента выбрали заготовки диаметром 25 мм и длиной 260 мм из сталей 45, 18ХГТ, ЗОХГТ, ЗОХГСА ГОСТ

4543-71, которые перед хромированием подвергались термообработке до HRC3 40 — д

62 и шлифованию. Осаждение электролитического хрома в течение 3,5-4 ч достигало толщины 0,09-0,11 we на сторону. Хромирование производилось в электролите следующего состава: хромовый ангидрид(СгОЗ) 247 Л кг/мз; серная кислота (H2SO4) 3,32 кгlмэ. Ы

Плотность тока составляла 50 А/м . Темпе- © ратура ванны была 72 С. Микротвердость хромированного слоя перед шлифованием находилась в пределах 6300 — 6800 мн/мм2.

Согласно требованиям технических условий шероховатость обработанной хромированной поверхности не должна превышать

Rg - 0,32 мкм по ГОСТ 2789-73.

Для экспериментального измерения температуры в зоне контакта шлифовальноro круга и заготовки с обильным охлаждени1776539

10

15 разъема тонкими пластинками слюды. Другими концами проволочные электроды соединены с латунными токосъемниками. 20

1 хСхгхЧд 1+K ем напорной струей (расход СОЖ не менее

15 — 20 л/мин), при доводочном шлифовании хромированных цилиндрических заготовок торцом алмазных чашечных кругов АС 4

100/80-4К1, АС 2 63/50 — 461 и АС 2 100/80—

461 была изготовлена специальная оправка, в которую вмонтирована искусственная . хромель-амомелевая термопара из проволоки диаметром 0,08 мм путем закрепления ее между двумя хромированными по наружной поверхности кольцами при помощи гаек на оправке.

Хромированные кольца изолированы от оправки текстолитовыми проставками, В плоскости разъема двух колец закреплены проволочные сваренные электроды, изолированные от основного металла и плоскости

ТЭДС через экранированные провода фиксировались усилителем ТОПАЗ и осциллографом Н-700.

Статическая тарировка термопары с осциллографом производилась путем установки термопары в электропечь

СНОЛ вЂ” 2,5 — 2;5 — 2,5/2М, с установкой хромель-амамелевой и контрольной платинородиево-платинной термопары, подключенным к потенциометру ПП вЂ” 63.

Через каждые 100 С фиксировалась

ТЭДС, возникающая в термопарах как при нагреве, так и при охлаждении. Показания термопар записывались на осциллографическую бумагу, Температуру измеряли также контрольным термометром с целью исключения ошибок. Замеры расстояний от нулевой линии до максимальной величины кривой осциллограммы замерялись с помощью инструментального микроскопа

БМИ и переносились на тарировочную осциллограмму.

На базе проведенных замеров построены графики.

На фиг.1 изображен график зависимости-контактной температуры от поперечной подачи при доводочном шлифовании хромированных заготовок торцом алмазного чашечного .круга АС 2 100/80-461 при Чд " 20 м/мин и $М - 0 5 м/мин. 1.

Ч» - 25; 2. Чх - 30 м/с; 3. Чх - 35 м/с, На фиг.2 изображен график зависимости контактной температуры от скорости продольной подачи при доводочном шлифовании хромированных заготовок торцом алмазного чашечного круга AC 2 100/80-461 при S p =0.01 мм/дв.ход 1. Чд - 10 м/мин;

2. У -20 м/мин; 3. Чд-50 мlмин.

На фиг,3 изображен график зависимости контактной температуры от окружной

50 скорости заготовки при шлифовании торцом алмазного чашечного круга АС 2

100/80-461 при Япоп. - 0,01 мм/дв,ход.:

1. S - 0,2 м/мин; 2. SM = 0,60 м/мин; 3.

$и 1,5 м/мин.

На фиг.4 показана схема для определения ширины шлифования (размер В).

На фиг,5 приведена схема кинематики доводочного шлифования цилиндрической детали торцом алмазного чашечного круга.

На фиг.6 изображена схема шлифования цилиндрической детали торцом алмазного чашечного круга для определения приведенной высоты шлифовального круга (размер Н).

Кроме экспериментальных исследований величины контактной температуры при доводочном шлифовании хромированных заготовок торцом алмазного чашечного круга были проведены теоретические исследования.

Согласно известному способу максимальная контактная температура при шлифовании хромированных заготовок абразивными кругами прямого профиля равна: вл -,и47с,yü, Х,С.+HVaVL(1 у «С«V«) х Сх ) х Чд (1) где Omax — максимальная температура контакта в зоне шлифования, С;

Р— главная составляющая сила резания, Н;

Ч, и Чд — окружные скорости круга и заготовки, м/мин;

4 и — коэффициенты теплопроводности круга и слоя хрома заготовки, Вт/(M.К);

Сх и Сх — теплоемкость материала круга и хрома, кДж/К;

Н вЂ” высота шлифовального круга, м;

L — длина кривой контакта шлифовального круга и заготовки,м;

) «и ) — плотность материала круга и хрома, кгlм .

Если обозначить то после преобразования формулу (1) можно записать в виде

15,2 10 A,V«BVx 4ах где д- доля выделившегося тепла при шлифовании, идущая в заготовку.

1776539 (3) Н2Я-й, м

Лв-(0,32+8,4 10 m) m "Асв (4) 10 (1 О) где R — наружный радиус чашечного круга, м;

h — расстояние между осями вращения

15 заготовки и чашечного круга, м.

Если в формулу (2) подставить значение (7) и(10), а скорость вращения круга (Чх) выразить в м/с, то после проведения необходимых преобразований с учетом поправок

20 экспериментальных данных (фиг.1,2 и 3) получим:

41,8 10 Р Ч (д1Й г (11)

25 (R " }Лх C„y„Vä 1Согласно работе (3) главная составляющая сила резания при шлифовании хромированных цилиндрических заготовок равна

Pг = 3144$ ззЧ Ч $ Н (12) где $66 — скорость продольной подачи, м/мин;

Чд — окружная скорость заготовки, м/мин;

Чх — окружная скорость круга, м/с;

$поп — поперечная подача, мм/дв.ход.

По формуле (11) приведены расчеты ве40 личины контактной температуры при доводочном шлифовании хромированных заготовок торцом алмазного чашечного круга АС 2 100/80 4Б1. Для расчета были приняты следующие исходные данные:

45 Л1 21,19х10 г Вт/(М К); Л2 16,74 Вт/(М К)

Лз 25,71х10 Вт/(M К); Сх0,46 Кдж/К;Лх

76,366т/(M К(; ух 7190 кгlм, во 25 ; и i 48 ; со г 50

50 з =2 .

Ох125мм; б25мм; 0ср115мм; йср=57,5мм;

h 57,5х10 м.

Экспериментальные и расчетные данные показали удовлетворительную сходимость результатов (погрешность составила не более 2 ).

Знание величины контактной температуры в зоне шлифования хромированных заготовок алмазными чашечными кругами позволяет составить представление о хаВ=2 (8) 180 .

Применительно к шлифованию заготовок торцом алмазного круга где 4 — коэффициент теплопроводности алмазного слоя круга, Вт/(M К) где m —.концентрация алмазов в круге,, а, =ЛI1 XPaI (5) где Л1, Лг, /(ç — коэффициенты теплопроводности соответственно связующего вещества, наполнителя и воздушных пор, Вт/(М К) где в1,г,з — объемы связующего вещества, наполнителя и воздушных пор в алмазном круге, (, в — объем алмазов в алмазном слое круга,7ь.

При доводочном шлифовании цилиндрических деталей торцом алмазного чашечного круга ширину шлифования можно определить по формуле (фиг.4): где  — ширина шлифования, мм;

$пол — поперечная подача, мм/дв.ход;

d — наружный диаметр заготовки, мм.

При симметричном расположении исследуемой заготовки относительно Оси шлифовального круга (см.фиг.5) длину дуги контакта применительно к шлифованию цилиндрических деталей можно определить по формуле ср ГС$1(7

С =ив„1+ (eo ц,) где 1 — длина кривой контакта шлифовального круга и заготовки, м;

Dcp u Rcp — средние диаметр и радиус алмазного слоя, круга, мм;

$66 — скорость продольной подачи, м/мин.

Учитывая, что в формуле (8) слагаемое под

S м г первым радикалом — -0, а сомно(60 vk) жИтЕЛЬ ПОд ВтОрЫМ радИКаЛОМ (d — Опоп) -6 б формулу (8) после преобразований можно записать в следующем виде

L-1,746 10 arcsln " . (g)

-З т/ссс:л „ ср

Приведенная высота алмазного чашечного круга (см.фиг.6) равна

1776539 рактерах тепловых потоков, отводящих тепло в деталь,и законе изменения точек по глубине заготовки, Тепловыделение оказывает решающее значение на качество обрабатываемых поверхностей, так как ос- 5 новная часть работы, затрачиваемая на процесс шлифования, превращается в тепло, которое распространяясь вглубь заготовки, изменяет температуру по ее сечению, что вызывает появление остаточных напряже- 10 ний и структурных превращений в основном металле, которые в свою очередь приводят к изменению геометрических размеров заготовки, нарушению точности обработки и отслаиванию хромированных слоев. Кроме 15 того, при нагреве слоя хрома при исследовании возникают еще и дополнительные напряжения в основном металле из-за разности коэффициентов линейного расширения хрома и стали. 20

При проведении серии экспериментов установлено, что при неправильно выбранных режимах шлифования появляются температурные шлифовочные трещины не только в слое хрома, но и в основном метал- 25 ле под слоем хрома. К снижению эксплуатационных качеств заготовки приводят только те трещины, которые возникают в основном металле, В результате экспериментальных проверок при шлифовании хромированных 30 . заготовок с основами из термообработанных сталей удалось установить граничные температуры трещинообразования. Они равны для сталей 45-380 С, 19ХГТ-460 С;

ЗОХГСА — 490 С, ЗОХГТ вЂ” 560 С. 35

Термообработка исследуемых сталей перед нанесением слоя хрома характеризуется следующими данными;

Сталь 45. Закалка. Температура нагрева

800...830 С. Охлаждающая среда — вода. Н В 40

241...302 o = 810МПа.

Сталь 18ХГТ. Закалка. Температура нагрева

860...880 С. Охлаждающая среда — масло, НВ 240...300. o e= 981 МПа.

Сталь 30ХГСА. Закалка. Температура нагре- 45 ва 880...930 С. Охлаждающая среда — масло. Отпуск. Температура нагрева 510 С.

Охлаждающая среда — вода. HRCe 45...50

o< - 1035 МПа.

Сталь ЗОХГГ. Первая закалка. Температура 50 нагрева 8800...930 С. Охлаждающая среда— масло, Вторая закалка, Температура нагрева 850 С. Охлаждающая среда — воздух, HRCs 35...45. ст,=1178 МПа. Если в формулу (11) подставить выражение. (12), пол- 55 учим

1314,192S м Ч д 3 и оп(»Ь (13) Г :ЮГ4 с, ь

Если уравнение (13) решить относительно

SM, получим

- :..йа

1 "

Если в формулу (14) вместо (:4а подставить граничную температуру трещинообразования в основном металле, например, стали 18ХГТ, равную 460 С, получим о,зз (15) поп д (у

По формуле (15) можно определить скорость продольной подачи, при которой не наступит трещинообразование. Это подтверждено практическими данными.

Если в формуле (15) ввести коэффициент где О1 п — максимальная граничная температура трещинообразования какой-либо стали;

Оmex — максимальная граничная температура трещинообразования стали 18ХГТ, равная 460 С, то получим значение максимальной продольной подачи шлифования хромированной заготовки с основой (подложкой) любой выбранной стали.

При сравнении пределов прочности термообработанных исследованных сталей, как приведено выше, с пределом прочности стали 18ХГТ, который равен 981 Mfla, получим значение коэффициента Кг., который равен †. Значение коэффициента К> заОе

981

Ч висящего от граничной температуры трещинообразования различных сталей, и К, определенного на основе пределов прочности различных сталей, а также расхождение их величин между собой в процентном отношении сведены в таблицу.

Сравнение граничных температур трещинообразования при шлифовании хромированных заготовок показывает, что контактная температура трещинообразования тем выше, чем выше предел прочности хромированной стали, применяемой в качестве основы (подложки) для нанесения электролитического хрома, Анализ прочностных характеристик термообработанных сталей 45,18ХГТ, ЗОХГСА, ЗОХГТ и граничных температур трещинообразований при шлифовании хромированных заготовок с основами из указанных

1776539

10 н

30 ч

Формула (16} позволяет определить скоро- к сть продольной подачи при шлифовании хромированных заготовок с основами из д различных сталей с известными пределами прочности, при которой трещинообраэова- 35 ние не наступит-.

Пример 1. Шлифование велось торцом алмазного чашечного круга АС 2 100/80-61 на универсальном токарно-винторезном станке мод.ЯпЬ. Strungari Arad (Румыния), 40 оборудованном шлифовальной головкой заточного станка мод. 3А64М. Диаметр хромированной заготовки равнялся 25 мм.

Толщина хромового покрытия составляла

0,22+0,04 мм. Были выбраны следующие ре- 45 жимы шлифования: .Sì 1,5 мlмин;

Чд = 50 м/мин;

Ч»-25 мlс;

Sïoï = 0,01 мм/дв.ход; 50

Рср - 115 мм;

Rcp - 57,5 мм

R = 62,5х10 м;

h - 57,5х10 .

После электролитического расхромиро- 55 вания шлифованной заготовки трещин в основном металле не обнаружили. Расчеты по формулам (11) и (16) при выше приведенных данных показали, что rpau««va температу14 io»

S сталей свидетельствует о том, что рост гра-. ничных температур и пределов прочности соизмеримы, прямо пропорциональны, а, погрешности не превышают 2 . Учитывая, что в качестве основ для хромирования 5 заготовок могут применятся различные ста-. ли и полагая, что не все погрешности учтены, в заявке принято, что все погрешности составляют 57.

В общем случае, когда не известна гра- 10 ничная температура для той или иной стали, ее можно с учетом установленной зависимости определить путем сопоставления пределов прочности нужной стали с пределом. прочности стали, граничная контактная тем- 15 пература трещинообразования которой известна. За базовую в заявке принята сталь

18ХГТ, прЕдел прочности которой равен после термообработки 981 МПа.

Если правую часть формулы (15) умно- 20 жить на коэффициент К, который равен —, то после приведения скорости про981 дольной подачи к степени 1, а также подстановки длины дуги контакта из формулы (9) 25 получим: ра равна 298,2 С,.что намного ниже граничной температуры трещинообразовэния термообработанной стали 45 (О 380 С), Экспериментальные и теоретические данные совпали, т.к. расчетные режимы шлифования обеспечивают бездефектную обработку.

Пример 2. Шлифование велось при тех же данных, что в примере 1. В качестве основы для хромирования применялась сталь .

30ХГТ, термообработанной до HRQ=42-45..

Режимы шлифования: Ям=2 мlмин;. Чд = 10 мlмин; Ч» 35 м/с; $поп - 0,01 мм/дв.ход.

После расхромирования заготовка была покрыта густой сеткой трещин. При постукивании заготовка раскололась, Расчеты по формулам (11} и (16) показали, что температура-в основном металле составила 899 С, что значительно выше граничной температуры трещинообраэования для стали 30ХГТ (560 С). Экспериментальные и теоретические данные подтвердились.

Формула изобретения

Способ шлифования хромированных цилиндрических заготовок торцом алмаэноfo чашечного круга под углом, близким к прямому, при котором заготовке и кругу сообщают вращение, а последнему — движеие продольной и поперечной подач, о т л и-, а ю шийся тем, что, с целью повышения ачества за счет исключения трещинообраования в основном металле, скорость проольной подачи выбирают по формуле: где (Ъ вЂ” предел прочности основного металла, МПа;

R — наружный радиус шлифовального круга, м;

h — расстояние между центрами вращения шлифовального круга и заготовки, м; д» вЂ” коэффициент теплопроводности хрома, Вт/(м. K};

С» — теплоемкость хрома, кДж/К;

) — плотность хрома, кг/м;

Deр — средний диаметр алмазного чашечного круга, мм; б — диаметрхромированной заготовки, мм;

Soon — поперечная подача, мм/дв.ход;

R

Чд — окружная скорость заготовки, мlмин;

Ч» — окружная скорость шлифовапьного круга, м/с; д — доля тепла, идущая в заготовку.

1776539

РХУ

Г40 .ZZ5

2j0

Ж

fN

7©

1Я

О5

ФУ

g0

7Х а

1776539

У С пр, ион в ос

)15 лю гй

ГРУ

РЭ

4f

Ф

rSy

re 55

Ч0 05

Ю

75 ю

4S зп

315 00 ги

?25

Zr0

И0

1Ы

r50

rzo

r05

У0

75 оо

<5

r5 и

07 0g 11 15 15 (Рог Р

Vd, 70 20 M 40 50

1776539

1776539

Составитель И.Проскурякова

Редактор С.Мельникова Техред М.Моргентал Корректор Л.Палий

Заказ 4093 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101