Производительность заточки твердосплавного инструмента алмазными кругами на органических связках

Технологическая подготовка производства завершается оформлением соответствующей документации (маршрутной карты, G-кода и т.д.), которая передается в систему управления предприятием для производства изделия.

Таким образом, применение разработанной подсистемы АСТПП нежёстких валов позволяет на базе известных математических моделей с учётом изменения силы резания и других динамических параметров технологической системы увеличить качество изделий и технологичность производства без дополнительных расходов.

Список литературы

1 Балакшин Б. С., Базров Б. М., Баранчукова И. М. и др.. Адаптивное управление станками : монография. М. : Машиностроение, 1973. 688 с.

2 Лазарева Т. Я., Мартемьянов Ю. Ф, Схиртладзе А. Г. Интегрированные системы проектирования и управления. Структура и состав : учебное пособие. М. : Изд-во Машиностроение-1, 2006. 172 с.

3 Ромбо Дж, Буч Г., Джекобсон А. Язык UML Руководство пользователя. URL: http://dit.isuct.ru/ivt/books/ CASE (дата обращения 09.03.17).

4 Свидетельство № 2014660861 Российская Федерация. Программа для расчёта погрешности обработки нежёстких заготовок под действием силы резания CalkRez: свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ /Е. С. Шелихов, А. М. Черноусова; заявитель

и правообладатель ФГБОУ ВПО «Оренбургский государственный университет». № 2014618445; заявл. от 21.08.14; зарегистр. 17.10.2014. 1 с.

5 Свидетельство № 2015617303 Российская Федерация. Программа минимизации погрешности токарной обработки нежёстких валов OptimRez: свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ / Е. С. Шелихов,

A. М. Черноусова, А.И. Сердюк; заявитель и правообладатель Е. С. Шелихов, А. М. Черноусова, А. И. Сердюк.

№ 2015614252; заявл. от 12.05.15; зарегистр. 6.07.2015. 1 с.

6 Шелихов Е. С., Черноусова А. М. Автоматизация технологической подготовки производства нежёстких валов // Научно-технический вестник Поволжья. 2015. №4.

С. 148-150.

УДК 621. 922.025

B.К. Коротовских

Курганский государственный университет

производительность заточки твердосплавного инструмента алмазными кругами на органических связках

Аннотация. В статье рассмотрен вывод формулы для определения производительности заточки твердосплавного инструмента алмазными кругами на органических связках с полыми сферическими частицами. Приведена зависимость для расчета продольной подачи с учетом заполняемо-сти межзернового пространства рабочей поверхности и параметров структуры пористых кругов.

Ключевые слова: режимы заточки, алмазный круг, твердосплавный инструмент, продольная и

поперечная подачи, скорость вращения круга. V.K. Korotovskikh Kurgan State University, Kurgan

efficiency of hard-face tool grinding with diamond circles on organic bonds

Annotation. The derivation of the formula for determining the efficiency of grinding a hard-face tool with diamond circles on organic bonds with hollow spherical particles is discussed in the article. The dependence for the calculation of the longitudinal feed, taking into account the fillability of the intergranular space of the working surface and the parameters of porous circles structure is presented.

Keywords: grinding regimes, diamond circle, hard-face tool, longitudinal and traverse feed, circle rotation speed.

Проведенный анализ [1] показал, что для заточки твердосплавного инструмента наиболее эффективными являются мелкозернистые (при d3 = 125/100 и ниже) алмазные круги на органических связках. Однако снижение зернистости приводит к уменьшению активной части межзернового пространства режущей поверхности кругов, а значит и производительности. Увеличить производительность и активную часть межзернового пространства мелкозернистых кругов рациональнее всего с помощью введения в состав кругов пористости. В качестве пористой структурной составляющей было предложено использовать полые сферические частицы (ПСЧ).

Производительность резания Q при торцевом шлифовании, реализуемом при заточке твердосплавного инструмента, определяется режимами резания:

Q = Snv Sn B

F , [мм3/мин]

где Эпр - продольная подача, мм/мин; Эп - поперечная подача, мм/дв.ход; В - ширина обрабатываемой пластины, мм.

Величина поперечной подачи Эп задается в зависимости от зернистости алмазов dз и принимается обычно для кругов на органических связках равной 1/3 - 1/4 размера зерна. Для кругов с ПСЧ она достигает половины размера зерна

й/2.

п з 4 '

Остается учесть влияние на производительность продольной подачи. Для этого установим взаимосвязь продольной подачи с характеристиками кругов из условия оптимальной заполняе-мости стружкой межзернового пространства их рабочей поверхности. Расчет активной площади поперечного сечения межзернового пространства алмазных кругов на органических связках приведен в работах [1; 2]. В кругах с ПСЧ

Бакт = ^

Здесь ёпсч - диаметр ПСЧ; А - среднестатистический вылет алмазных зерен над связкой. Величина вылета Дср может быть определена по формуле

Дср = 1,085

где 6 - относительное критическое значение глубины заделки зерен алмазов в связке. Для органических связок 6 изменяется в пределах 0,7-0,9. При нижнем, наиболее опасном значении 6 = 0,7, вылет зерен Дс будет равен

Д = 0,33d. ср

ср ' з 4 '

Результаты оптимизации параметров структуры кругов с ПСЧ показали, что диаметр частиц принимается равным размеру режущих зерен:

й = й.

псч з у '

Тогда с учетом (5) и (6) активную площадь межзернового пространства Ракт (формула 3) выразим через зернистость алмазов d :

Бакт =П (0,5ё3 + 0,33ё3)2 = 0,54ёз

Исходя из условия заполняемости активной площади, предельная площадь продольного сечения стружки

Б = Б • К

хстр хакт хчзап

где Кзап - коэффициент заполнения стружкой активной площади межзернового пространства. Для твердого сплава этот коэффициент примем равным К = 0,6.

1 зап

Тогда площадь сечения стружки

Б = Б • К хстр хакт 1Чзап

= 0,54ёз • 0,6 = 0,32(12

.

С другой стороны, площадь продольного сечения стружки Б зависит от режимов резания и

стр

определяется произведением

Б = я • Т

хстр аср ^ср

где а - средняя толщина слоя, снимаемого зерном, измеренная в направлении продольной подачи, мм; Тср- средняя длина срезаемой стружки, мм. Для схемы плоского шлифования торцом круга, реализуемой в процессе заточки, длина среза практически равна ширине обрабатываемой пластины твердого сплава В(Ь =В).

При плоском торцевом шлифовании средняя толщина стружки а , мм, может быть вычислена по формуле

аср

Бпр • !ср

6-104 ик

(1 + Б2 /(6-104 ик )2 пр

или, учитывая незначительную величину подкоренного слагаемого

аср = Бпр

1ср/6-104 ик

где I - средневероятное расстояние между

ср

режущими (рабочими) зернами, мм;

- скорость шлифования, м/с. При равномерном распределении зерен в объеме круга расстояние между зернами I мож-

ср

но выразить через соотношение

1сР = 11 ^,

7

где 1р - число рабочих зерен на единице площади поверхности круга, определяемое по формуле Резникова А.Н., шт/мм2

7 = 7 к = 3КМ(а) к

71р = 710 • кр =-"2 • кр

200п

где Z10 - общее число зерен на единице поверхности круга.

В конечном итоге зависимость (10) примет

вид:

Б =

Бпр • Тср

6-104 ик

3КМ (а )Кр

200л(

2 3

Здесь К - концентрация алмазных зерен, %; М(а) - функция (рисунок 1), зависящая от коэффициента формы алмазных зерен а (рисунок 2).

М

1 о,8 о,б а

Рисунок 1 - График функции М

Рисунок 2 - Схематизация зерен алмазов по А.Н. Резникову

72

Вестник КГУ, 2017. № 2

В паспорте на алмазные круги форма алмазных зерен обычно не устанавливается и не указывается. В работе [3] было определено число зерен АС2, АС4, АС6 величиной 63/50 - 200/160 различной формы в объемной и весовой единице алмазоносного слоя. При этом предложены изо-метричная, пластинчатая, игольчатая и промежуточная формы алмазных зерен. Установлено, что наиболее вероятной формой (до 84%) в навеске является промежуточная (между изометричными и пластичными, игольчатыми) с соотношением сторон равной а = 0,7 - 0,5. Кроме того, круги с зернами алмазов такой формы имеют наивысшие показатели работоспособности. Поэтому установим конкретную величину коэффициента формы равный двум - М(а) = 2.

Кр - коэффициент, учитывающий число рабочих зерен. Многочисленные исследования показали, что доля непосредственно снимающих стружку зерен обычно составляет от 10 до 12% от общего числа зерен на режущей поверхности кругов (Кр = 0,10 + 0,12). Примем среднее численное значение коэффициента Кр = 0,11.

Подставив известные и принятые величины в формулу Резникова А.Н. (14) получим:

3КМ (а) • Кр К

-10 " "

21р - 210 • Кр -

200пёз

100Мз

С учетом степени найденное выражение можно представить как:

0Дл/К 0,032Л/К

К

100м2

ё3л/10

а

3

Тогда окончательная формула (15) для нахождения величины площади срезаемой стружки будет иметь вид

Бпр • ^р • а3

р -

СТР 6-104 ик0,032л/К

Учитывая, что Ц.р =В и, объединив выражения

0,32а2 - ^ • ЬсР •

6 •Ю4 ик 0,032л/К

получим зависимость для определения максимально возможной продольной подачи Sпр:

614,4ё3 • икл/К

Бпр -

зерен алмазов - 100%-я (К = 100%). Размер алмазных зерен 100/80 (ё3= 0,1 мм) равен диаметру ПСЧ ( ё3= dпсч). Скорость круга °к = 30 м/с; ширина шлифуемой пластинки твердого сплава В = L ср = 10 мм. По зависимости (18) рассчитана величина продольной подачи Бпр = 1843,2 мм/мин = 1,8 м/мин. Это теоретически подсчитанное значение практически совпадает с рекомендуемой величиной подачи серийными кругами при чистовой заточке твердосплавного инструмента [4].

В конечном итоге, объединяя зависимости (1), (2) и (18), получим формулу для расчета производительности заточки твердосплавного инструмента алмазными кругами на органических связках

д - 6Н4а3вик^ • % • в - 307,2а2

2

Так, для приведенного выше примера

(ё3 = 0,130 м/с, ик =30 м/с, и К = 100%) численное значение производительности будет равно Q = 921,6 мм3/мин.

Анализ формулы подтвердил, что основное влияние на производительность оказывает размер алмазных зерен, ограничиваемый требуемой шероховатостью обрабатываемой поверхности (для твердосплавного инструмента шероховатость режущей части Rа не должна превышать 0,32 мкм). В меньшей степени на производительность влияет концентрация алмазных зерен. Полученные формулы могут быть использованы для разработки алгоритмов режимно-инструмен-тального оснащения операции заточки твердосплавного инструмента.

Список литературы

1 Курдюков В. И., Коротовских В. К. Повышение производительности шлифования алмазными кругами на органических связках //СТИН. 1999. №12. С.23-25.

2 Курдюков В. И., Коротовских В. К. Назначение режима заточки твердосплавного напайного инструмента // СТИН. 2002. №1. С.28-29.

3 Ящерицын П. И., Зайцев А. Г. Повышение качества шлифованных поверхностей и режущих свойств абразивно-алмазного инструмента. Минск : Наука и техника, 1972. 478 с.

4 Абразивная и алмазная обработка материалов : справочник /под ред. А. Н. Резникова. М. : Машиностроение, 1977. 391 с.

В

Для проверки достоверности данной формулы ниже приведен пример расчета максимальной продольной подачи Б заточки твердосплавных резцов алмазными кругами на органической связке В2-01 с ПСЧ. Соотношение объемов связки и ПСЧ, исходя из результатов оптимизации параметров структуры, принято равным 3. Концентрация