Способ шлифования деталей



Способ шлифования деталей
Способ шлифования деталей
Способ шлифования деталей

 

B24B1/00 - Станки, устройства или способы для шлифования или полирования (шлифование зубчатых колес B23F, винтовой резьбы B23G 1/36, путем электроэрозионной обработки B23H; путем пескоструйной обработки B24C, инструменты для шлифования, полирования и заточки B24D; полирующие составы C09G 1/00; абразивные материалы C09K 3/14; электролитическое травление или полирование C25F 3/00, устройства для шлифования уложенных рельсовых путей E01B 31/17); правка шлифующих поверхностей или придание им требуемого вида; подача шлифовальных, полировальных или притирочных материалов

Владельцы патента RU 2555322:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет (RU)

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при шлифовании деталей. Проводят предварительное шлифование обрабатываемой поверхности и в зависимости от полученного результата производят выбор рациональных режимов шлифования. Во время предварительного шлифования определяют температурное и силовое воздействие на материал шлифовального круга. Определяют активационные характеристики разрушения шлифовального круга и рассчитывают длительность обработки до начала осыпания абразивных частиц шлифовального круга. Выбирают такие режимы шлифования, при которых длительность съема припуска не превышает длительность обработки до начала осыпания абразивных частиц. В результате повышается точность обработки деталей при шлифовании. 3 ил., 1 табл., 1 пр.

 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при шлифовании деталей.

Известен аналогичный способ, заключающийся в выборе режимов шлифования в зависимости от обрабатываемого материала, материала круга и метода шлифования по справочной таблице, в которой приведены данные, полученные на основе предварительных эмпирических исследований [1].

Недостатком данного способа является отсутствие данных о рекомендуемой длительности обработки до правки круга. Вследствие этого со временем снижается точность обрабатываемой детали из-за возможности осыпания абразивных зерен шлифовального круга.

В качестве прототипа выбран способ, описанный в патенте [2], в котором осуществляют предварительное шлифование обрабатываемой детали и проводят ее физико-химический анализ. По результатам анализа изменяют условия шлифования в зависимости от элементного состава поверхностного слоя детали, его фазового состояния и микроструктуры. Упомянутые параметры определяют комплексом микрозондовых методов анализа. Последний включает проведение рентгенофазового анализа под скользящим углом, рентгенофотоэлектронной спектроскопии, масс-спектроскопии вторичных ионов с послойным анализом. При этом проводят измерение микротвердости и шероховатости обрабатываемой поверхности.

Недостатком данного способа является отсутствие учета длительности обработки до правки круга, что приводит к снижению точности обрабатываемой детали из-за возможности осыпания абразивных зерен шлифовального круга.

Технический результат настоящего изобретения заключается в повышении точности обработки деталей при шлифовании.

Технический результат достигается тем, что проводят предварительное шлифование обрабатываемой поверхности и в зависимости от полученного результата производят выбор рациональных режимов шлифования, при этом во время предварительного шлифования определяют температурное и силовое воздействие на материал шлифовального круга, определяют активационные характеристики разрушения шлифовального круга, рассчитывают длительность обработки до начала осыпания абразивных частиц шлифовального круга и выбирают такие режимы шлифования, при которых длительность съема припуска не превышает длительность обработки до начала осыпания абразивных частиц.

Сущность изобретения заключается в учете длительной прочности шлифовального круга и механизма разрушения материала круга. При правильном выборе шлифовального круга (зернистости, пористости, материала связки и ее твердости) естественным механизмом разрушения режущей кромки является осыпание абразивных зерен, обеспечивающее эффект самозатачивания. Однако при осыпании режущей кромки меняется геометрия рабочей части шлифовального круга, что приводит к ухудшению точности обработки деталей. Для решения этой проблемы предлагается выбирать такие режимы шлифования (поперечную и осевую подачу, скорость продольного перемещения при обработке), при которых стойкость режущей части шлифовального круга будет превышать длительность обработки детали. Это обеспечит сохранение геометрии рабочей части шлифовального круга на протяжении обработки детали, что позволит получить заявленный технический результат. Для этого вначале определяют долговечность материала круга tp, которую рассчитывают по уравнению С.Н. Журкова [3]

t p = τ 0 exp ( U 0 γ σ R T ) , ( 1 )

где τ0 - постоянная времени (период тепловых колебаний атомов в узлах кристаллической решетки), с; U0 - энергия активации разрушения материала шлифовального круга, кДж/моль; γ - структурно-чувствительный коэффициент; σ - давление в зоне резания, МПа; R - универсальная газовая постоянная, R=0,008314 кДж/(моль·К); Т - абсолютная температура, К.

Для расчета долговечности материала шлифовального круга необходимо предварительно оценить параметры уравнения С.Н. Журкова: τ0, U0 и γ. Это можно сделать в ходе термокинетических испытаний, методика которых описана в работе [4]. В данной методике проводят испытания образцов при различных нагрузках (не менее трех) и температурах (не менее трех), строят линейные зависимости lgtp (ось ординат) от σ (ось абсцисс) и экстраполируют эти зависимости до пересечения этих прямых в одной точке. Показание оси ординат в данной точке соответствует величине lgτ0.

Перестраивают полученные экспериментальные результаты в координатах U(σ) - эффективная энергия активации (ось ординат) - σ. Величина U(σ) определяется из выражения

U ( σ ) = R T lg ( t p τ 0 ) , к Д ж / м о л ь ( 2 )

Экстраполируют линейные зависимости U(σ)-σ на ось ординат, где они пересекаются в одной точке. Положение данной точки на оси ординат соответствует величине энергии активации разрушения материала шлифовального круга U0. Рассчитывают величину структурно-чувствительного коэффициента как

γ = U 0 U ( σ ) σ ( 3 )

Учитывая, что локальные участки режущей части шлифовального круга испытывают не постоянную нагрузку, а циклическую, то стойкость режущей части шлифовального круга Тск будет зависеть не только от долговечности материала круга, но и от длительности контакта tк локального участка режущей части круга с обрабатываемой деталью за один оборот круга, частоты вращения круга nк (мин-1), а также соотношения ширины шлифовального круга В(м) и поперечной подачи шлифовального круга при шлифовании ay (м). Величина Тск составляет

T с к = t p B t к n к a у , c ( 4 )

где t к = l к v к р ( с ) , здесь lк - длина контакта режущей кромки с обрабатываемой деталью (м), a ν к р = π R к n к 30 , где Rк - радиус шлифовального круга, м. Поскольку контакт режущей кромки с обрабатываемой деталью представляет собой дугу, длина которой определяется радиусом шлифовального круга Rк и осевой подачей a z (м) круга при шлифовании, ее величина может быть найдена из выражения

l к = R к arccos ( 1 a z R к ) , м ( 5 )

Далее находят экспериментальную зависимость между режимами шлифования и давлением σ, действующим на режущую часть шлифовального круга (фиг.2). Определяют из выражения (4) стойкость шлифовального круга Tск для различных режимов шлифования.

Длительность обработки детали Тобр находят из выражения

T о б р = S H v к р a у a z , c ( 6 )

где S - площадь обрабатываемой поверхности, м2; H - величина припуска, который необходимо удалить, м; a z - осевая подача, м; ay - поперечная подача, м; vкр - линейная скорость вращения круга, м/с.

Далее выбирают такие режимы шлифования, при которых выполняется условие сохранения режущей части шлифовального круга на протяжении обработки детали, которое записывается неравенством.

T с к T о б р . ( 7 )

Из иллюстрации видно, что выполнение условия (7) выполняется, если кривые, характеризующие время обработки, расположены под кривыми стойкости шлифовального круга. Рациональным является режим шлифования, при максимальных подачах (время обработки минимально) при скоростях шлифования, обеспечивающих условие (7).

Таким образом заявленный способ реализуется по следующим этапам.

- Проводят предварительное шлифование обрабатываемой поверхности и определяют температурное и силовое воздействие на материал шлифовального круга (среднюю температуру, осевые и тангенциальные силы в зоне резания) при варьировании режимов шлифования (скорости продольных перемещений и глубины резания). При выборе диапазона варьирования режимов шлифования целесообразно руководствоваться рекомендациями, приведенными в справочниках (например, в [1]). Производят векторное сложение полученных осевых и тангенциальных сил, рассчитывают площадь контакта шлифовального круга с обрабатываемой поверхностью и на основе полученных данных рассчитывают давление σ на материал круга.

- Определяют активационные характеристики разрушения шлифовального круга (постоянную времени τ0, энергию активации разрушения U0 и структурно-чувствительный коэффициент γ), например, термокинетическими методами, описанными в работе [3]. При этом изготавливают образцы используемого шлифовального круга (например, кубической формы), термостабилизируют и нагружают образцы и оценивают время до их разрушения (испытания проводят как минимум при трех различных нагрузках и температурах). Далее рассчитывают постоянную времени τ0, энергию активации разрушения и структурно-чувствительный коэффициент. Определение активационных параметров разрушения позволяет по формуле С.Н. Журкова рассчитать долговечность твердого тела в зависимости от действующих напряжений и температур. Поскольку разрушение происходит по связке шлифовального круга, то время до разрушения характеризует время до начала осыпания абразивных частиц в поверхностном слое шлифовального круга и, соответственно, время сохранения его размерных характеристик при шлифовании.

- Строят зависимость стойкости рабочей части шлифовального круга от режимов шлифования. Рассчитывают длительности обработки детали и выбирают такие режимы шлифования, при которых длительность обработки детали не превышает стойкости режущей части шлифовального круга.

Пример. Выбирали режимы шлифования твердосплавного покрытия ВК-12 на детали. Площадь обрабатываемой поверхности S=2·10-4 м2, величина припуска для съема шлифованием H=6·10-5 м. Использовали шлифовальный круг (абразив - карбид кремния). Провели эксперименты по выявлению влияния режимов шлифования на осевые и тангенциальные силы, давление в зоне обработки. Влияние режимов шлифования на продольную силу резания Fx, осевую силу резания Fz, суммарную силу резания Fmax, давление в зоне резания Рх, стойкость рабочей части шлифовального круга Тск (при поперечной подаче 0,00012 м) представлены в таблице.

Таблица
Осевая подача, Скорость, Fx, Fz, Fmax, Px, Тск,
мм м/с H H H МПа С
0,05 0,61 3,21 3,267445 14,5543 441,7065
0,01 0,02 1,16 2,98 3,197812 14,2441 463,9582
0,004 1,31 2,77 3,064148 13,6487 509,8604
0,05 2,04 4,95 5,353886 16,863 216,6402
0,02 0,02 2,38 4,65 5,223686 16,4529 231,1852
0,004 2,68 4,26 5,032892 15,852 254,2815
0,05 2,75 6,25 6,82825 17,5601 158,3865
0,03 0,02 2,81 6,17 6,779749 17,4354 161,548
0,004 3,46 5,55 6,540191 16,8193 178,1137

Температура круга составляла 20°C (обработка проводилась при подаче СОЖ на рабочую поверхность круга). Провели термокинетические испытания образцов, вырезанных из аналогичного круга, на длительную прочность и установили, что постоянная времени составляет τ0≈10-12 с, энергия активации разрушения U0=60 кДж/моль, структурно-чувствительный коэффициент γ=0.386. Рассчитали длительность обработки детали при различных режимах шлифования. Построили зависимость стойкости шлифовального круга от режимов шлифования (фиг.3). Установили, что условию (7) удовлетворяют режимы обработки при скорости продольной подачи 0,05 м/с. Выбрали режим с максимальной производительностью при осевой подаче 0,00003 м.

На фиг.1. представлена иллюстрация к методике оценки параметров уравнения Журкова С.Н..

На фиг.2. показана иллюстрация к выбору рациональных режимов шлифования.

На фиг.3. представлена зависимость стойкости рабочей части шлифовального круга от режимов шлифования.

Использованная литература

1. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Т.2 / Под ред. A.M. Дальского, А.Г. Суслова, А.Г., Косиловой, Р.К. Мещерякова. - 5-е изд., исправл. - М.: Машиностроение-1, 2003 г. 944 с. ил.

2. Патент РФ №2323813. Способ определения оптимальных условий шлифования / В.В. Ефремов, А.Д. Гедзь, Н.И. Пшеничкин, А.Б. Коберниченко, Р.В. Гелевский. Опубл. 10.05.2008, бюл. №13.

3. Журков С.Н. Проблема прочности твердых тел. - Вестник АН СССР. - 1957. - №11. - С.78-82.

4. Регель В.Р., Слуцкер А.И., Томашевский Э.И. Кинетическая природа прочности твердых тел. - М.: Наука, 1974. - 560 с.

Способ шлифования деталей, включающий проведение предварительного шлифования обрабатываемой поверхности посредством шлифовального круга и выбор режимов шлифования в зависимости от полученного результата, отличающийся тем, что в процессе предварительного шлифования определяют температурное и силовое воздействие на материал шлифовального круга, определяют активационные характеристики разрушения шлифовального круга и рассчитывают длительность шлифования до начала осыпания абразивных частиц шлифовального круга, при этом режимы шлифования выбирают из условия обеспечивания длительности съема припуска шлифованием, которая не превышает длительность шлифования до начала осыпания абразивных частиц.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при шлифовании коренных и шатунных подшипников коленчатого вала. На первой шлифовальной станции начерно и начисто шлифуют сначала шатунные подшипники, а затем на второй шлифовальной станции - коренные подшипники.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано на операциях плоского шлифования заготовок из различных материалов. Перед шлифованием заготовку устанавливают и зажимают в устройстве для наложения ультразвуковых колебаний (УЗК) между излучателем УЗК и винтом.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано на операциях плоского шлифования заготовок из различных материалов. Перед шлифованием заготовку устанавливают и зажимают в устройстве для наложения ультразвуковых колебаний (УЗК) между излучателем УЗК и опорой.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для круглого шлифования длинных тонких круглых стержней методом однопроходного шлифования. Круглый стержень закрепляют в зажимном патроне передней бабки с вращением вокруг центральной оси.
Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при абразивной обработке деталей из вязких вентильных металлов, преимущественно алюминиевых сплавов.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при электрохимической обработке деталей шлифовальными кругами. Способ включает вращение шлифовального круга и поступательное перемещение обрабатываемой заготовки.
Группа изобретений относится к устройствам, в частности плунжерным парам и насосам-дозаторам на их основе, а также к изготовлению устройств и их частей, в частности к способу обработки цилиндрических поверхностей деталей из кристалла на основе α-модификации оксида алюминия, в частности лейкосапфира.

Изобретение относится к области абразивной обработки и может быть использовано при шлифовании порошковых материалов высокой твердости абразивным инструментом на бесцентровых шлифовальных станках.
Изобретение относится к области спортивного инвентаря и может быть использовано при изготовлении и поддержании в рабочем состоянии коньков, в частности при механической заточке их лезвий.

Изобретение относится к области неразмерной ультразвуковой обработки в жидких средах и может быть использовано для удаления заусенцев с малогабаритных деталей преимущественно из легких сплавов и полимерных материалов, обладающих низким пределом прочности и модулем упругости.

Изобретение относится к обработке оптических элементов полированием с использованием магнитореологической чистовой обработки (MRF). Способ включает закрепление оптического элемента в оптическом держателе, имеющем множество проверочных точек, накладываемых на оптический элемент, и получение первой метрологической карты для оптического элемента и множества проверочных точек. Получают вторую метрологическую карту для оптического элемента без множества проверочных точек, формируют карту разности между первой и второй метрологическими картами и выравнивают их. Помещают математические проверочные точки на вторую метрологическую карту с использованием карты разности для формирования третьей метрологической карты и осуществляют привязку третьей метрологической карты к оптическому элементу. Закрепляют оптический элемент в инструменте для MRF, удаляют множество проверочных точек и осуществляют чистовую обработку оптического элемента. Предусмотрена система для чистовой обработки оптических элементов. В результате повышается качество оптических элементов и обеспечивается эффективность MRF. 4 н. и 14 з.п. ф-лы, 12 ил.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано на операциях круглого наружного шлифования заготовок из различных материалов. Перед шлифованием заготовку устанавливают на оправку-излучатель для наложения ультразвуковых колебаний (УЗК) между излучателем УЗК и отражающей гайкой. Обеспечивают максимальную амплитуду колебаний заготовки путем выбора размеров излучателя и гайки из условия равенства суммарной длины оправки-излучателя, заготовки и отражающей гайки длине волны УЗК. После окончания процесса шлифования заготовка вместе с оправкой снимается со станка и на нее продолжают накладывать ультразвуковые колебания вне зоны обработки. В результате увеличивается период стойкости шлифовального круга и повышаются производительность обработки и качество шлифованных деталей. 1 ил.

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано при производстве оптических компонентов для обработки и заострения краев, кромок, граней, фасок, а также для изготовления элементов точной механики, метрологических поверочных пластин, щупов и калибров. Магнитореологическое полирование включает позиционирование оптического элемента с образованием рабочего зазора между его торцовой поверхностью и движущейся несущей поверхностью, предварительное формование магнитореологической жидкости (МРЖ) с использованием формующего элемента, подвод ее к движущейся несущей поверхности, формирование рабочей зоны путем приложения магнитного поля в зоне рабочего зазора и съем части материала с обрабатываемой торцовой поверхности оптического элемента. Формующий элемент подводят к движущейся несущей поверхности с образованием между ними щелевого зазора. Предварительное формование МРЖ осуществляют путем ее пропускания через щелевой зазор после подвода МРЖ к движущейся несущей поверхности и до ее подачи в рабочий зазор между торцовой поверхностью оптического элемента и движущейся несущей поверхностью. В результате уменьшается нежелательное воздействие МРЖ на необрабатываемые поверхности детали. 1 ил.
Изобретение относится к области абразивной обработки трущихся поверхностей сапфировых деталей, предназначенных для плунжерных пар, являющихся составными частями, в частности, насосных и/или дозирующих устройств, и может быть использовано в фармацевтической, пищевой, химической, парфюмерной, косметической, машиностроительной и других областях промышленности. Способ включает использование заготовок из искусственно выращенного кристалла на основе α-Al2O3 и механическую обработку поверхности полученных заготовок алмазным инструментом в присутствии охлаждающих жидкостей с последовательным убыванием величины зерна абразива инструмента. Механическая обработка включает последовательные стадии, а именно: грубое шлифование поверхности заготовок, среднее шлифование поверхности заготовок до значений шероховатости поверхности Rz=10-20 мкм и по меньшей мере одну последующую финишную безабразивную обработку поверхности заготовок ультразвуковыми колебаниями с частотой 21-23 кГц до шероховатости поверхности Ra=0,020-0,025 мкм. В результате снижаются коэффициент трения трущихся поверхностей деталей, трудоемкость работ и время изготовления при увеличении твердости и микротвердости их поверхностного слоя. 7 з.п. ф-лы, 3 пр.

Изобретение относится к области абразивной обработки и может быть использовано при обработке металлических заготовок. Осуществляют контакт постоянно вращающегося связанного абразивного круга диаметром как минимум 150 мм с металлической заготовкой, средняя температура которой не превышает 500°С. Упомянутый круг содержит керамические формованные абразивные частицы, удерживаемые в связующем веществе. Формируется металлическая стружка, как минимум 20 вес. % которой представляет собой волоконную металлическую стружку длиной по меньшей мере 3 мм. В результате повышается производительность обработки и срок службы абразивного круга. 13 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 пр.
Изобретение относится к полирующей композиции, применяющейся для полировки объекта, который необходимо отполировать, состоящего из твердого и хрупкого материала, обладающего твердостью по Викерсу, равной 1500 Hv или более. Изобретение также относится к способу полировки твердого и хрупкого материала и к способу получения подложки, состоящей из такого материала. Композиция содержит по меньшей мере абразивные зерна оксида алюминия и воду и обладает значением pH, равным 8,5 или более. Абразивные зерна оксида алюминия обладают удельной площадью поверхности, равной 20 м2/г или менее. Техническим результатом является возможность получения подложки, пленки и т.п. из твердых и хрупких материалов, таких как сапфир, нитрид кремния и карбид кремния, содержащих меньшее количество дефектов поверхности и обладающих превосходной гладкостью поверхности при высокой эффективности полировки. 3 н. и 5 з.п. ф-лы, 4 табл., 8 пр.

Изобретение относится к области технологии обработки оптических деталей и может быть использовано для финишной магнитореологической обработки прецизионных поверхностей оптических деталей. Обрабатываемую деталь приводят во вращение вокруг своей оси, в зону обработки попеременно подают под давлением и отводят магнитореологическую жидкость (МРЖ). Обработку ведут малым инструментом, формируемым в виде сгустка МРЖ, находящейся в зоне обработки и переведенной в вязкопластическое состояние под действием накладываемого на нее магнитного поля. В процессе обработки производят чередование периодов наложения магнитного поля на МРЖ и периодов его снятия. На поверхность обрабатываемой детали воздействуют торцевой поверхностью инструмента в виде сгустка МРЖ, заключенного в ограниченной по объему внутренней полости корпуса инструмента, с образованием площадного пятна контакта с поверхностью обрабатываемой детали. В результате расширяются технологические возможности и повышается производительность обработки. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх