Технологический процесс изготовления шпинделя токарного станка (стр. 12 из 22)
Рис. 7.4
Однако встает еще один вопрос о том, каким должно быть количество выступов. Из анализа проведенных опытов [34] следует, что шлифование сплошным кругом на всех режимах вызывает структурные превращения на глубину 140-170 мкм. Шлифование кругами с двумя и четырьмя вырезами не особенно улучшают качество поверхности. Обработка же кругами с двадцатью и с двадцать пятью вырезами существенно повышают качество поверхности (рис. 7.5.).
Зависимость степени отпуска N (сплошные линии) и глубины проникновения измененной структуры h (штриховые линии) от количества вырезов на круге
Рисунок 7.5
Оптимизируем характеристики круга. Шлифовальный круг содержит абразивный материал и связку.
С целью повышения производительности, снижения температуры шлифования и шероховатости обработанной поверхности предлагается абразивный инструмент с пористой структурой выполнить в виде соединенных керамической связкой полых сферических частиц абразивного материала и их осколков (рис. 7.6).
Рисунок 7.6
В процессе обработки полые сферические частицы 1 скалываются и в результате образуются дополнительные режущие грани 3, улучшающие режущую способность инструмента, а осколки абразивного материала 2 тем самым полируют обрабатываемую поверхность, что приводит к снижению шероховатости обработанной поверхности. Абразивный инструмент также содержит керамическую связку 4 и поры 5, а также выше указанные компоненты в следующем соотношении, об. %:
Полые сферические частицы абразивного материала 30-40
Осколки полых сферических частиц абразивного материала 15-35
Керамическая связка 7-13
Поры остальное
Характеристика шлифовального инструмента в виде условных знаков и символов предоставляет пользователю информацию о данном инструменте и его на эксплуатацию с максимальным эффектом. В зависимости от разновидности инструмента его характеристика включает в себя марку абразива, зернистость, содержание основной фракции, твердость и другие параметры. Отсутствие полной информации хотя бы об одном из параметров характеристики приводит к снижению производительности и качества шлифования, к повышенному износу инструмента, а так же способствует появлению прижогов и других негативных явлений. Поэтому целесообразно, чтобы характеристика содержала более полные сведения о свойствах, эксплутационных возможностях и области применения инструмента.
С этой точки зрения, существующая характеристика не вполне достаточна. В особенности это касается инструментов, изготовляемых из зерен, форму которых контролируют (сферокорунд, формокорунд), или из зерен, отсортированных по форме. Для таких инструментов (как, впрочем, и для обычных) важно знать форму зерен, которая оказывает непосредственное влияние на прочность, режущую способность и стойкость как самих зерен, так и инструмента в целом, а так же на качество обрабатываемой поверхности.
В исследованиях [36] приведены математические зависимости, отражающие взаимосвязь формы зерен (учитываемой коэффициентом КФ) и усилия Р разрушения единичного зерна для абразивов разных марок и различной зернистости производства России и Германии (табл. 7.1.).
Выявленные зависимости представляют собой гиперболические функции. Форму зерна фиксировали коэффициентом Кф , равным отношению диаметров описанной и вписанной окружностей проекции свободного зерна на плоскость перед его испытанием на прочность. В соответствии с этим определением Кф > 1 или Кф= 1 (идеальный случай). Чем больше коэффициент Кф отличается от единицы, тем более вытянутую (пластическую) форму имеет зерно. И наоборот.
Таблица 7.1.
| Наименование абразива | Марка абразива и зернистость | Формула для расчета усилия разрушения зерна,Н |
| Хромистый электрокорунд | 93А125 | Р=4,13+12,18/Кф |
| Нормальный электрокорунд | NK125 | Р=8,61+4,62/Кф |
| Карбид кремния черный | SKS125 | Р=11,44+4,95/Кф |
| Белый электрокорунд | EK100 24A16 | Р=6,48+4,59/Кф |
| Хромтитанистый электрокорунд | 95A63 | Р=0,65+0,25/Кф |
| Хромистый электрокорунд | RK63 | Р=0,73+0,08/Кф |
Анализ представленных в табл. 7.1. зависимостей показывает, что с уменьшением Кф (т.е. с приближением формы зерна к изометрической конфигурации) прочность зерен возрастает. Так, например. Прочность зерен хромистого электрокорунда 93А125 (при уменьшении Кф от средних значений 1,7 – 2,1 до 1,3) достигает прочности карбида кремния той же зернистости (в нормальном состоянии прочность этого электрокорунда в 2,2 раза меньше, чем у карбида кремния) это означает, что целенаправленно подбирая форму зерен, можно достаточно действенно корректировать их прочность, а получаемый при этом эффект может быть адекватен замене марки абразива.
Для исследования влияния формы зерен на работоспособность реальных шлифовальных кругов была изготовлена опытная партия кругов с разными характеристиками, отличающихся от стандартных кругов только наличием зерен, предварительно отсортированных по форме вибрационным способом рассева на фракции. Опытные круги были изготовлены по типовому ТП, чтобы исключить влияние на качество кругов каких-либо технологических особенностей, параллельно изготовляли круги из неотсортированных зерен, характеризуемых коэффициентом Кф.и. исходной формы.
При сравнительных испытаниях [36] контролировали качество обработки и стойкость кругов. Результат испытаний (табл. 7.2.) подтвердили, что форма зерен значительно влияет на эксплуатационные свойства не только специальных, но, видимо, и обычных шлифовальных кругов. Это подтверждается также результатами анализа распределения зерен по форме для абразивов различных марок и зернистости (табл. 7.3.). Как видно, каждый абразив имеет свое распределение зерен по форме. Даже абразив оной марки, изготовленный разными заводами, может отличаться распределением зерен по форме, а значит, и своими физико-механическими и режущими свойствами. Кроме того, характер такого распределения зависит от зернистости абразива.
Таблица 7.2.
| Характеристика типа круга |  | Результаты измерений | ||
| КТ | КR | КD | ||
| 24A16C1K6 |  | 3,9 | 1,5 | 1,3 (не круглость) |
| 24A16CM16K5 |  | 1,5-2,7 | 2,0-3,2 | 1,0 |
| 24A16CM18K5 |  | 2,0 | 1,3 | 2,3 (волнистость) |
| 24A16CM18K5 |  | 1,6 | 1,3 | 1,4 (волнистость) |
Примечание: КТ - коэффициент повышения стойкости круга;
КR – коэффициент снижения шероховатости;
КD - коэффициент уменьшения отклонения формы детали
Таблица 7.3.
| Зернистость | Марка абразива | Распределение (%)зерен в абразиве по КФ | |||||
| от 1,0 до 1,4 | св. 1,4 до1,8 | св. 1,8 до2,2 | св. 2,2 до 2,6 | св. 2,6 до3,0 | св. 3,0 | ||
| 160 | ЭС | 100 | - | - | - | - | - |
| 125 | ЭС 93А 13А NK SKS | 100 14 17 1 5 | - 54 52 32 17 | - 26 23 38 27 | - 4 3 17 26 | - 2 3 6 9 | - - 2 6 16 |
| 80 | 13A NK EK SKS | 14 - 1 2 | 49 25 30 20 | 31 31 37 35 | 5 25 22 16 | 1 7 7 10 | - 12 3 17 |
| 63 | RK 95A | 8 8 | 62 22 | 16 22 | 6 14 | 4 18 | 4 16 |
| 40 | 13A 92A NK EK SKS | 8 3 4 5 3 | 56 44 12 18 17 | 23 41 12 18 17 | 5 7 31 17 25 | 5 3 14 24 17 | 3 2 18 17 13 |
Примечание: ЭС – сферокорунд;
13А и 92А – нормальный хромотитанистый электрокорунд;
остальные обозначения см. табл. 7.1
Таким образом, форма зерен существенно влияет на свойства шлифовальных кругов.
Данная характеристика позволяет более точно идентифицировать свойства шлифовального инструмента и эффективнее использовать его.
7.4 Морфологичесский анализ
Сущность данного метода состоит в следующем: в объекте выделяют основные элементы, для каждого элемента выбирают альтернативные вариант, комбинируя их между собой, получают техническое решение.
Таблица 7.4.
| Шлифовальный круг | Конструкция | Материал | Связи (связка) |
| Режущая часть | Круглая С канавкой С фаской С пазами | Электрокорунд - белый -хромистый -титанистый -сложнолегированный Карбид кремния -черный -зеленый | Керамическая Бакелитовая Металлическая Силикатная Вулканитовая |
Перемножив, количества альтернативных вариантов в каждом столбце таблицы, получим число возможных вариантов шлифовального круга, которое можно получить на основе составленной морфологической таблицы:
(7.1.)