Внутреннее шлифование – шлифование поверхностей цилиндрических, конических и фасонных отверстий на универсальных и специальных станках. Внутреннее шлифование применяется при необходимости получения отверстий высокой точности (6…9 квалитет) с шероховатостью поверхности (Ra = 1,6…0,16 мкм).
Область внутреннего шлифования охватывает все типы производства. Оно применяется при обработке отверстий во втулках, кольцах подшипников, гильзах цилиндров двигателей, деталях гидро-, пневмоаппаратуры, шпинделях станков и т. д.
Внутреннее шлифование чаще всего применяют при обработке точных отверстий в закаленных деталях или деталях из высокотвердых и труднообрабатываемых материалов, точных отверстий с пересеченной поверхностью, например с выточкой, со шпоночными и шлицевыми пазами, а также точных отверстий больших диаметров (свыше 100 мм), когда развертывание не может обеспечить требуемую точность.
1. Актуальность темы
Внутреннее шлифование имеет ряд особенностей, среди которых особо важно выделить высокие требования к жесткости и виброустойчивости шпиндельных устройств шлифовальных станков, связанные с малыми обрабатываемыми диаметрами, и, в ряде случаев, с большой длиной отверстий. В связи с малой жесткостью шпиндельного узла для получения необходимых точности и качества применяют, как правило, 20-30 и более двойных ходов выхаживания. При этом отжим инструмента близок к установленной глубине резания, и лишь некоторые отдельные зёрна круга пластически деформируют неровности обработки []. Это приводит к тому, что время выполнения выхаживающих проходов может превышать время выполнения рабочих ходов. Поэтому поиск решений, обеспечивающих точность и качество отверстий на операциях внутреннего шлифования, является актуальной научно-технической задачей.
2. Цель и задачи исследования
Цель работы: повышение производительности операций внутреннего шлифования за счет сокращения количества выхаживающих проходов на основе назначения неравномерного значения врезной подачи с учетом жесткости технологической системы.
Задачи:
1. Провести анализ влияния конструкторских и технологических факторов на производительность процесса внутреннего шлифования.
2. Провести экспериментальное определение жесткости передней бабки и шпинделя внутреннего шлифования станка модели 3Е12.
Понятие шлифования
... пылеотсосов. Наряду с общими явлениями, присущими и другим видам обработки металлов резанием, процесс шлифования имеет особенности: 1) режущая кромка шлифовального круга не сплошная, а ... этот процесс чаще является окончательной (отделочной) операцией. Однако шлифование успешно применяют и для снятия больших объемов металла, заменяя обработку заготовки резцом или фрезой. Процесс стружкообразования ...
3. Разработать модель деформации технологической системы при внутреннем шлифовании под влиянием радиальной составляющей силы резания в программной среде SolidWorks Simulation.
4. Исследовать влияние врезной подачи на величину упругой деформации в зоне контакта заготовки и инструмента.
5. Определить рациональное распределение припуска на шлифование на каждый двойной ход с целью получения минимального количества выхаживающих проходов.
6. Разработать рекомендации по назначению технологических условий обработки на операциях внутреннего шлифования деталей.
3. Обзор исследований и разработок
Процесс выхаживания характеризуется тем, что обработка производится с отключенной радиальной подачей. В этом случае процесс съема обрабатываемого материала и формирования параметров качества обработки происходит под действием упругой силы, возникающей в технологической системе. Чем выше режущая способность круга и жесткость технологической системы, тем меньшее время необходимо для достижения требуемых показателей точности обработки []. Следовательно, для сокращения количества выхаживающих проходов необходимо задействовать конструкторские (увеличением жесткости технологической системы) и технологические (уменьшением силы резания) методы.
Главным источником пониженной жесткости при внутреннем шлифовании является оправка, на которой крепится шлифовальный круг. Расчеты показывают, что доля данного элемента в податливости всей технологической системы может доходить до 75…90% [].
Основными методами повышения жесткости шпиндельных оправок являются:
- увеличение диаметра оправок за счет применения однослойных абразивных кругов;
- применение оправок с большим модулем упругости;
- применение оправок конической формы.
При применении однослойного стеклоабразивного инструмента с ориентированным рельефом диаметр его режущей части близок к диаметру оправки, и жесткость шпиндельной оправки увеличивается. Недостатком данного метода является частая смена инструмента из-за низкой его стойкости, что в конечном счете ведет к значительным потерям вспомогательного времени.
Применение шлифовальных головок с оправками из материала с большим модулем упругости используется для получения точных отверстий, например, в деталях топливной аппаратуры []. В качестве материала для изготовления оправок можно применять твердые сплавы. Их модуль упругости более чем в два раза превышает модуль упругости сталей. Недостатком метода являются высокая стоимость материала и трудоемкость изготовления оправок.
Шлифовальные оправки конической формы имеют более высокую жесткость, чем цилиндрические. Область эффективного использования конических оправок определяется только величиной зазора между торцом шпинделя и торцом обрабатываемого отверстия для благоприятной подачи смазочно-охлаждающей технологической жидкости в зону резания.
Технологические методы решение задач повышения эффективности внутреннего шлифования основаны на стремлении к уменьшению силы резания. Силы резания определяются свойствами обрабатываемого материала, режимными параметрами обработки, режущими свойствами шлифовального инструмента, применением эффективных смазочно-охлаждающих технологических жидкостей.
Расчет, конструирование и составление теплового баланса установок ...
... должна сопровождаться документом о качестве. Требования к вяжущим материалам. В качестве вяжущих материалов следует применять портландцементы по ГОСТ 30515-97. Требования к заполнителям. В качестве ... диска производится затирка поверхности конструкции до образования гладкой глянцевой поверхности. Тепловлажностная обработка. Форма-вагонетка с изделием подается на передаточную тележку и далее с ...
Смазочно-охлаждающие технологические жидкости (СОТЖ) не только снижают температуру в зоне резания, но и уменьшают значение силы резания. Однако ограниченное пространство при внутреннем шлифовании является серьезным препятствием для эффективного использования СОТЖ. Чем больше отношение L/D, тем эффект от применения СОТЖ ниже. Для повышения эффективности шлифования рекомендуется использовать смазочно-охлаждающие технологические жидкости, содержащие поверхностно-активные вещества, в частности, для шлифования сталей, олеиновую кислоту [].
Режущие свойства шлифовального инструмента определяются его характеристиками, в первую очередь зернистостью и маркой абразивного материала. Зернистость регламентируется качеством обрабатываемой поверхности. В качестве прогрессивных абразивных материалов Применение прогрессивных абразивных материалов рассматривают кубический нитрид бора – КНБ (эльбор) и алмаз. Применение для внутреннего шлифования эльборовых кругов, имеющих острые режущие кромки, в условиях пониженной жесткости, является весьма перспективным. При этом в 2…3 раза снижается сила резания (по сравнению с корундовыми кругами), уменьшается упругая деформация шлифовальной оправки, увеличивается точность обработки, производительность повышается – в 2…З раза, стойкость – до 10 раз []. Недостатком эльборовых и алмазных кругов является высокая их стоимость.
Силы резания при шлифовании зависят от многих параметров:
- материала обрабатываемой заготовки и его физикомеханических свойств;
- характеристики шлифовального круга;
- схемы шлифования;
- режимов и условий обработки;
- способов осуществления правки;
- продолжительности обработки с момента выполнения правки и др.
Аналитическое выражение зависимости силы резания от параметров обработки основывается на эмпирических данных и представляется в виде []:
Как видно из данного выражения силы резания при шлифовании определяются скоростью детали Vд и шлифовального круга Vкр в зоне резания, поперечной подачей на двойной ход t, величиной продольной подачи S и шириной зоны контакта шлифовального круга и заготовки В.
Показатели степени при различных элементах режимов шлифования колеблются в широком диапазоне. Характерно, что показатели степени при скорости детали, продольной подаче, глубине шлифования за один проход и высоте круга имеют положительные значения, а при скорости круга – отрицательные. Следовательно, снижение силы резания без потери производительности обработки возможно за счет повышения скорости резания.
Уменьшение составляющих силы резания при увеличении скорости резания происходит по причине уменьшения силы трения и увеличения температуры в зоне контакта. Уменьшение силы внешнего трения приводит к уменьшению толщины стружки, которая может быть снята единичным зерном. Для получения высоких скоростей резания требуются частоты вращения шпинделя в несколько десятков тысяч оборотов в минуту, что вызывает серьезные трудности.
Негативным фактором высокоскоростной обработки является образование на поверхности шлифовального круга пузырьков воздуха, что препятствует подводу смазочно-охлаждающих технологических жидкостей к зоне резания [].
Разработка технологического процесса (2)
... и поперечному размеру поверхности заготовки при шлифовании торцом круга. Точение Скорость резания, силы резания и мощность рассчитываем по формулам ( ... резания (7) Шлифование Разработку режима резания при шлифовании начинают с установления характеристики инструмента. Окончательная характеристика абразивного инструмента выявляется в процессе пробной эксплуатации с учетом конкретных технологических ...
При шлифовании, особенно при внутреннем шлифовании, которое характеризуется низкой жесткостью технологической системы, фактическая глубина резания отстает от номинального значения врезной подачи на двойной ход (глубины резания на двойной ход).
В результате этого сила резания увеличивается с каждым последующим проходом. При выполнении выхаживающих проходов процесс съема обрабатываемого материала и формирования параметров качества обработки происходит под действием упруго-восстанавливающей силы, возникающей в технологической системе []. Графическая иллюстрация изменения сил резания при выполнении рабочих и выхаживающих проходов представлена на рисунке 1 [ 3 ].
Анализ представленных зависимостей показывает, что количество выхаживающих проходов тем меньше, чем меньше величина силы резания перед началом выхаживания. Кроме того, количество выхаживающих проходов будет тем меньше, чем выше режущая способность круга и жесткость технологической системы.
Если в результате выполнения рабочих проходов при внутреннем шлифовании в технологической системе создан начальный натяг величиной y0 и шлифование производится с отключенной радиальной подачей станка, т.е. съем материала происходит за счет возникающих в технологической системе упругих перемещений, то на первом проходе круга (в продольном направлении) будет выполняться условие []:
- где t1 – глубина шлифования на первом проходе круга;
- y – величина упругого перемещения в технологической системе.
Упругое перемещение в технологической системе определяется зависимостью:
- где Ру – радиальная составляющая силы резания;
- с – приведенная жесткость технологической системы.
Таким образом, чем меньше значение радиальная составляющая силы резания и выше жесткость технологической системы, тем больше будет фактическая глубина резания при каждом выхаживающем проходе.
Выводы
Анализ процесса внутреннего шлифования деталей показал, что производительность процесса можно существенно повысить за счет сокращения количества выхаживающих проходов. Количество выхаживающих проходов зависит от величины деформации технологической системы на момент последнего рабочего прохода с набором глубины.
Сокращение количества выхаживающих проходов и, соответственно, повышение производительности процесса внутреннего шлифования, возможно путем применения как конструкторских, так и технологических решений. Конструкторские решения направлены на повышение жесткости технологической системы, прежде всего шпиндельной оправки. Технологические методы должны быть направлены на уменьшение сил резания, особенно на последних рабочих ходах, проводимых с набором глубины резания.
Список источников
[Электронный ресурс]//URL: https://inzhpro.ru/referat/jestkost-tehnologicheskoy-sistemyi/
1. Никифоров И.П. Шлифование глубоких отверстий малого диаметра: проблемы и решения / И.П. Никифоров. – Псков: Изд-во политехн. ин-та, 2006.–200 с.
2. Бережной, Р.А. Повышение точности и производительности обработки на этапе выхаживания при шлифовании / Р.А. Бережной // Наукові праці Донецького національного технічного університету. Серія: Машинобудування і машинознавство. – 2009. – С. 14–19.
Изучение функционально-технологических свойств комбинированных пищевых систем
... производства. Эта группа пищевых добавок, как отмечалось выше, включает соединения двух функциональных классов: загустители - вещества, которые используются для повышения вязкости продукта; гелеобразователи - соединения, которые предоставляют пищевому продукту свойства геля (структурированной высокодисперсной системы, ...
3. Маслов Е.Н. Теория шлифования материалов / Е.Н. Маслов. – М:. Машиностроение, 1974. – 320 с.
4. Васин, М.П. Адаптивное управление процессом шлифования колец высокоточных подшипников / М.П. Васин, В.В. Горбунов, С.А. Игнатьев // Вестник СГТУ. – 2006. – Т. 1. – №3. – С. 129–136.
