СПОСОБ ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ СМАЗОЧНО-ОХЛАЖДАЮЩИХ ЖИДКОСТЕЙ ПРИ ШЛИФОВАНИИ
EVALUATION OF LUBRICANT-COOLANT FLUID AT GRINDING

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при испытаниях смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) для шлифования.
Известен способ определения эффективности смазочно-охлаждающих жидкостей при шлифовании, заключающийся в том, что шлифуют образец, содержащий оправку с патрубком для подачи СОЖ, в котором размещают набор одинаковых пластин, образующих канал для подачи СОЖ в зону шлифования. Боковые пластины этого набора шлифуют без СОЖ, располагая их вне канала подачи СОЖ, а поверхность шлифовального круга, контактирующего с ними, используют как базу для сравнения износа на поверхности круга, контактирующей с каналом СОЖ. В качестве критерия эффективности СОЖ используют разность износа круга на участках, работающих без СОЖ и с ней [авторское свидетельство СССР N 1541492, кл. G01N 3/58, В54В 55/02, 1990].
Недостатком данного способа является снижение достоверности сравнительной оценки СОЖ из-за неравного количества сошлифованного материала на единицу ширины шлифовального круга в зонах шлифования без СОЖ (боковые пластины) и с ней (внутренние пластины). Указанный недостаток обусловлен тем, что при равной длине пластин в зоне шлифования оказывается дополнительная пластина для образования канала, перпендикулярная остальным. Таким образом, количество материала сошлифования в зоне с применением СОЖ оказывается большим по сравнению с зоной шлифования без СОЖ.
Известен способ испытания смазочно-охлаждающих жидкостей, заключающийся в том, что шлифуют с приложением нагрузки образец в ванной с испытуемой СОЖ.
Критерии технологической эффективности СОЖ при шлифовании:
УТ
- максимальную бесприжоговую нагрузку Р, Н, определяют при шлифовании заготовок из закаленных сталей (твердость более 45). Нагрузка должна быть постоянной в течение каждого эксперимента и равна 20, 25, 30, 35 Н и более до появления прижога. Прижог определяют после окончания эксперимента осмотром травленных в растворах кислот заготовок. Продолжительность эксперимента - 30 с;
- режущую способность шлифовального круга определяют по ГОСТ 2424, ГОСТ 21445;
- коэффициент шлифования К определяют по ГОСТ 2424, ГОСТ 21445;
УД
-3
- удельную мощность шлифования N, Вт·с·мм, вычисляют по формуле
<mrow><msub><mi>N</mi><mrow><mi>у</mi><mi>д</mi></mrow></msub><mo>=</mo><msub><mi>N</mi><mi>ш</mi></msub><mo>/</mo><msub><mi>Q</mi><mi>м</mi></msub><mtext>,                                                                                            </mtext><mrow><mo>(</mo><mtext>1</mtext><mo>)</mo></mrow></mrow>
Ш
Ш
Н
ХХ
где N - мощность шлифования, Вт, N=N-N,
H
xx
N, N - мощность привода шлифовального круга нагрузочная и холостого хода соответственно, Вт;
М
3
-1
Q - режущая способность шлифовального круга, мм·с;
- удельный расход сверхтвердых материалов g, мг/г, определяют по ГОСТ 14706;
a
- скорость изнашивания абразивного инструмента ν, м/с, определяют по ГОСТ 21445;
р
3
-1
-1
- коэффициент режущей способности круга К, мм·с·Н, вычисляют по формуле
<mrow><msub><mi>K</mi><mi>р</mi></msub><mo>=</mo><msub><mi>Q</mi><mi>м</mi></msub><mo>/</mo><msub><mi>P</mi><mi>у</mi></msub><mtext>,                                                                                                         </mtext><mrow><mo>(</mo><mtext>2</mtext><mo>)</mo></mrow></mrow>
у
где Р - радиальная составляющая силы шлифования, Н;
ОП
- относительную площадь прижогов F, вычисляют по формуле
<mrow><msub><mi>F</mi><mrow><mi>о</mi><mi>п</mi></mrow></msub><mo>=</mo><msub><mi>F</mi><mtext>n</mtext></msub><mo>/</mo><mi>F</mi><mo>,</mo><mtext>                                                                                                          </mtext><mrow><mo>(</mo><mtext>3</mtext><mo>)</mo></mrow></mrow>
n
2
где F - площадь структурно измененного участка, мм;
2
F - общая площадь обработанной поверхности, мм [ГОСТ Р 52338-2005 Чистота промышленная. Методы испытаний смазочно-охлаждающих жидкостей].
Недостатком известного способа является высокая трудоемкость проведения испытаний и отсутствие реальной схемы обработки. Не учитывается перемещение образца в отношении шлифовального круга во время обработки.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому изобретению является способ определения эффективности смазочно-охлаждающих жидкостей при шлифовании (патент №2063862, В24В 55/02, 1996), по которому с подачей СОЖ шлифуют образец, состоящий из набора пластин, одну из которых располагают перпендикулярно остальным, две боковые пластины размещают по концам первой, а остальные - с зазором S относительно первой, образуя канал для подачи СОЖ, при этом длину остальных выбирают из условия
<mrow><mi>l</mi><mo>=</mo><mi>L</mi><mo>−</mo><msub><mi>l</mi><mn>1</mn></msub><mo>=</mo><mi>S</mi><mo>,</mo><mtext>                                                                                                  </mtext><mrow><mo>(</mo><mtext>4</mtext><mo>)</mo></mrow></mrow>
где L - общая длина образца,
1
l - толщина каждой из пластин.
Недостатком прототипа является снижение достоверности сравнительной оценки СОЖ из-за неравномерной нагрузки шлифовального круга на единицу площади у центральной и боковых частей. Не учитывается скорость микрорезания в процессе абразивной обработки в непосредственной зоне контакта, обусловленной ступенчатой конструкцией шлифовального круга, подача СОЖ в зону обработки существенно отличается от условий плоского шлифования, отсутствует силоизмерительная система, которая позволяет измерить тангенциальную составляющую силы шлифования и количественно оценить эффективность СОЖ.
Техническим результатом заявляемого способа является повышение достоверности оценки эффективности СОЖ при шлифовании путем обеспечения одинаковых условий испытаний, обеспечения равного количества снятого материала, скорости и эффективности обработки с использованием различных СОЖ.
Задача изобретения состоит в повышении точности оценки эффективности смазочно-охлаждающих жидкостей при шлифовании и уменьшении трудоемкости испытаний.
Поставленная задача решается, а технический результат достигается способом оценки эффективности смазочно-охлаждающих жидкостей при шлифовании, по которому шлифуют образец с подачей СОЖ, согласно изобретению образец фиксируют на подвижных салазках, расположенных на магнитной плите плоскошлифовального станка, с прикрепленной силоизмерительной системой, с которой записывают данные и сводят в таблицу, а в качестве критерия оценки эффективности используют отношение сумм тангенциальных составляющих силы шлифования одного или нескольких проходов с эталонной и испытуемой смазочно-охлаждающей жидкостью:
<mrow><mi>Э</mi><mi>ш</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><msubsup><mo>∑</mo><mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>n</mi></msubsup><mi>F</mi><mi>э</mi><mo>−</mo><msubsup><mo>∑</mo><mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>n</mi></msubsup><mi>F</mi><mi>и</mi></mrow><mrow><msubsup><mo>∑</mo><mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>n</mi></msubsup><mi>F</mi><mi>э</mi></mrow></mfrac><mo>∗</mo><mn>100</mn><mi>%</mi><mo>,</mo><mtext>                                                              </mtext><mrow><mo>(</mo><mtext>5</mtext><mo>)</mo></mrow></mrow>
ш
где Э - эффективность шлифования,
э
F - тангенциальная составляющая силы шлифования на эталонной смазочно-охлаждающей жидкости,
и
F - тангенциальная составляющая силы шлифования испытуемой смазочно-охлаждающей жидкости,
n - количество исследуемых проходов.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где изображена принципиальная схема устройства.
Пример конкретной реализации способа
Способ реализуется устройством для оценки эффективности смазочно-охлаждающих жидкостей при шлифовании, содержащим абразивный круг 1 для шлифования образца 2 с подачей на них испытуемой СОЖ, зафиксированного на подвижных салазках 3, расположенных на магнитной плите 4 плоскошлифовального станка, с прикрепленной силоизмерительной системой 5, связанной с компьютером 6.
ш
Устройство для оценки эффективности смазочно-охлаждающих жидкостей при шлифовании работает следующим образом: шлифуют абразивным кругом 1 образец 2, который закрепляют на подвижных салазках 3, расположенных на магнитной плите 4 плоско-шлифовального станка, которые соединяют силоизмерительной системой 5, данные поступают на компьютер 6. Их записывают и сводят в таблицу. Высчитывают эффективность шлифования Э как отношение сумм тангенциальных составляющих силы при шлифовании с эталонной и испытуемой смазочно-охлаждающей жидкостями.
Способ осуществляют следующим образом. Первоначально подбирают материал образца и подготавливают его, испытуемые СОЖ для сравнения эффективности. Перед каждым испытанием производится правка абразивного круга. Вертикальной подачей устанавливается заранее определенная глубина шлифования (глубина подачи). Количество исследуемых проходов n продольной подачи для расчета эффективности СОЖ выбирается равным количеству проходов необходимых для снятия металла на заданную глубину и определяется по снижению тангенциальной составляющей силы шлифования. Наличие силового показателя способствует повышению достоверности оценки СОЖ. Эффективность шлифования рассчитывают по формуле:
<mrow><mi>Э</mi><mi>ш</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><msubsup><mo>∑</mo><mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>n</mi></msubsup><mi>F</mi><mi>э</mi><mo>−</mo><msubsup><mo>∑</mo><mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>n</mi></msubsup><mi>F</mi><mi>и</mi></mrow><mrow><msubsup><mo>∑</mo><mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>n</mi></msubsup><mi>F</mi><mi>э</mi></mrow></mfrac><mo>∗</mo><mn>100</mn><mi>%</mi><mo>,</mo><mtext>                                                                      </mtext><mrow><mo>(</mo><mtext>6</mtext><mo>)</mo></mrow></mrow>
ш
где Э - эффективность шлифования,
э
F - тангенциальная составляющая силы шлифования на эталонной смазочно-охлаждающей жидкости,
и
F - тангенциальная составляющая силы шлифования испытуемой смазочно-охлаждающей жидкости,
n - количество исследуемых проходов.
Берут следующие исходные данные:
- плоскошлифовальный станок 3Г71,
- материал образца Ст 20,
- шлифовальный круг - белый корунд 14 А ПП,
- глубина вертикальной подачи 20, 25, 30 мкм.
<mrow><msubsup><mo>∑</mo><mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>n</mi></msubsup><mi>F</mi><mi>э</mi></mrow>
<mrow><msubsup><mo>∑</mo><mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>n</mi></msubsup><mi>F</mi><mi>и</mi></mrow>
<mrow />
Экспериментально полученные значения тангенциальной составляющей силы шлифования сводят в таблицу 1. В качестве эталонной СОЖ выбрана вода, сумма тангенциальных составляющих силы шлифования
при глубине подачи 20 мкм составляет 65,2 Н (37,3Н+13,9Н+9,5Н+4,8Н), для 25 мкм составляет 74,4 Н (20,7Н+25,2Н+13,9Н+14,6Н), для 30 мкм составляет 101,6 Н (30,8Н+29,9Н+18,2Н+22,7Н). В качестве испытуемой СОЖ выбрана Росойл-500 концентрации 5%, сумма тангенциальных составляющих силы шлифования
при глубине подачи 20 мкм составляет 56,3 Н (23,9Н+12,8Н+10,0Н+9,6Н), для 25 мкм составляет 60,4 Н (26,3Н+12,4Н+11,4Н+10,3Н), для 30 мкм составляет 63,1 Н (29,7Н+12,2Н+10,2Н+11,0Н). СОЖ Росойл-500 в концентрации 5% показала эффективность в сравнении с водой для глубины шлифования 20 мкм на 14% ((65,2Н-56,3Н)/65,2Н∗100%), для 25 мкм составила 19% ((74,4Н-60,4Н)/74,4Н∗100%) и для 30 мкм соответственно 38% ((101,6Н-63,1Н)/101,6Н∗100%), что позволило уменьшить потребные усилия на обработку и в зоне контакта, увеличить эффективность обработки.
Таблица 1
Эффективность шлифования
Глубина подачи, мкм
Тангенциальная составляющая силы шлифования F, Н
Эффект шлиф-я Э<sub>ш</sub>, %
Вода
Росойл-500
1
2
3
4
Σ
1
2
3
4
Σ
20
37,3
13,9
9,5
4,8
65,2
23,9
12,8
10,0
9,6
56,3
14
25
20,7
25,2
13,9
14,6
74,4
26,3
12,4
11,4
10,3
60,4
19
30
30,8
29,9
18,2
22,7
101,6
29,7
12,2
10,2
11,0
63,1
38
Итак, заявляемое изобретение позволяет повысить точность и уменьшить трудоемкость оценки эффективности смазочно-охлаждающих жидкостей при шлифовании.
Также изобретение позволяет повысить достоверность оценки эффективности СОЖ при шлифовании путем обеспечения одинаковых условий испытаний, обеспечения равного количества снятого материала, скорости и эффективности обработки с использованием различных СОЖ.