Перейти к публикации

Изменен п. 12 раздела "Другие ограничения", просьба ознакомиться. Расшифровка и пояснения - тут

tmpr

Технология шлифования: немного теории.

Рекомендованные сообщения

В продолжение тем про строение шлифовальных кругов и технологию правки, теперь собственно о технологии шлифования.

 

Взаимодействие абразивного зерна с обрабатываемым материалом можно описать тремя процессами:

  • микроцарапание - деформация материала детали абразивным зерном, при котором не происходит удаления материала, но остаётся след-царапина, с выдавленными краями. Сила резания с которой каждое отдельное зерно действует на деталь слишком маленькая. Поэтому преобладает трение и пластическая деформация тонкого поверхностного слоя детали. Такой процесс характерен при малой глубине врезания или если зерно имеет большой радиус при вершине.

post-1540-049165700 1390054260_thumb.png

  • микрорезание - удаление материала детали, в первом приближении аналогичный точению или фрезерованию. При этом объём стружки сравним со объёмом внедряющейся в деталь части абразивного зерна. В идеале шлифование должно состоять из резания, но при реальном шлифовании резание всегда сочетается с пластическим деформированием и трением.

post-1540-011299700 1390054277_thumb.png

  • микроскалывание - удаление материала, преимущественно за счёт образования трещин. В этом случае объём стружки может быть существенно больше, чем объём внедряющейся в деталь части абразивного зерна. Такой процесс в основном связан с обработкой твёрдых хрупких материалов.

post-1540-034216000 1390054299_thumb.png

 

Реальное шлифование - всегда сочетание этих процессов. Но в зависимости от свойств обрабатываемого материала, инструмента и режимов резания, одни процессы могут преобладать над другими. Тип процесса определяет также режим образования стружки и, следовательно, шероховатость поверхности, температуру в зоне шлифования и силы резания.

С точки зрения теории шлифования режимы резания описываются несколькими параметрами. Несколько из них можно изложить достаточно просто для понимания основных закономерностей:

  • длина дуги контакта между шлиф. кругом и деталью;
  • глубина врезания абразивного зерна в деталь и толщина стружки;
  • соотношения между подачей на врезание, скоростью подачи, скоростью резания;
  • сила резания действующая на отдельное абразивное зерно;
  • нормальная и тангенциальная силы резания;
  • мощность и удельная энергия шлифования;
  • температура в зоне шлифования.

Длина дуги контакта между шлиф. кругом и деталью

При шлифовании контакт абразивного зерна с деталью можно разделить на три этапа:

  • начало контакта - глубина врезания небольшая, преобладает эластичная деформация верхнего слоя детали и трение между зерном и деталью, без образования стружки
  • глубина резания возрастает до максимальной. преобладает эластичная и пластическая деформация, материал сминается и начинает выдавливаться зерном.
  • зерно выходит из контакта с деталью, стружка отделяется от детали, в сочетании с трением между зерном и деталью и между деформирующимися слоями детали.

post-1540-014223200 1390054367_thumb.png

 

Длину контакта можно определить чисто геометрически, исходя из величины подачи на врезание и диаметров шлифовального круга и детали. Но реальная длина контакта существенно больше, чем геометрическая из-за деформаций связки шлифовального круга под воздействием сил резания. Считается что при шлифовании кругами на керамической связке реальная длина контакта может быть в 2-3 раза больше, чем вычисленная геометрически.

При увеличении подачи ae и диаметра круга зона контакта увеличивается. Значит в резании будет участвовать большее кол-во зёрен и сила резания будет больше, а каждое отдельное зерно будет совершать больший путь в контакте с деталью.

Чем больше длина контакта, тем медленнее зерно врезается в деталь. Это значит также будет увеличиваться участок на котором происходит трение и деформация материала без удаления стружки и абразивное зерно будет быстрее затупляться. В этом случае предпочтительно применять шлиф.круги с более высокой структурой (т.е. меньшим количеством зёрен) и более мягкие круги (т.е. с более высокой самозатачиваемостью)

 

При уменьшении длины контакта, количество зёрен участвующих в резании сокращается, это значит, что на каждое отдельное зерно будет действовать бОльшая сила в течение меньшего времени, т.е. характер нагрузки будет ударный. В этом случае предпочтительно использовать более твёрдые круги (т.е. круги в которых больше связки и зерно держится крепче)

Длина дуги контакта сильно зависит от вида обработки. Видно, что при одном и том же диаметре круга, длина контакта при круглом шлифовании меньше, чем при плоском

post-1540-009217500 1390054421_thumb.png

 

Особенно чувствительна в этом отношении внутренняя шлифовка. Сравнивая круглое наружное и внутреннее шлифование, видно что при одном и том же диаметре обработки при внутреннем шлифовании длина контакта существенно больше.

При выходе круга из детали зона контакта меняется от максимума до нуля, вместе с ней и меняется сила резания. Учитывая, что при внутреннем шлифовании часто приходиться применять тонкие нежёсткие оправки для шлифовальных кругов, деформации могут сильно изменяться на вход и выходе из детали и это будет отражаться в виде нецилиндричности.

Кроме того, круг небольшого диаметра успевает поворачиваться на больший угол в контакте с деталью, а значит биение круга будет отражаться сильнее на поверхности детали.

post-1540-041842400 1390054464_thumb.png

 

Ещё один характерный случай: шлифование торцем круга и кругом установленным под углом: при шлифовании торцем круга (чашкой) длина контакта больше, чем при шлифовании кругом установленным под углом. При торцовом шлифовании, как правило, круг работает только узкой кромкой, для того чтобы сократить площадь контакта, а значит и стойкость круга ниже чем при работе всей поверхностью.

При шлифовании кругом установленным под углом процесс аналогичен плоскому шлифованию.

post-1540-085063700 1390054488_thumb.pngpost-1540-069473400 1390054497_thumb.png

 

Чтобы не создавалось впечатление что увеличение длины и площади контакта - это плохо сразу напишу: существуют технологии основанные как на радикальном уменьшении (точечное шлифование со скрещенными осями или quickpoint) так и на радикальном увеличении длины контакта (технологии глубинного шлифования).

Изменено пользователем tmpr

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

За один проход шлифовальный круг удаляет с детали некий объём материала. Величину этого объёма легко вычислить:

Объём [мм³] = ширина шлифования [мм]* подача на врезание [мм] * длина заготовки [мм]

 

Часто используется удельный объём - т.е. объём материала снятый 1 мм ширины шлифовального круга:

 

По мере сошлифовывания материала с детали, шлифовальный круг изнашивается и периодически правится.

Для оценки стойкости шлифовального круга используется коэффициент шлифования К (в иностранной литературе обычно называется G-ratio):

 

К = G = объём снятого материала / объём абразива

здесь, объём абразива - это объём изношенной части шлифовального круга (с учётом расхода круга на правку).

 

Чем выше коэффициент шлифования, тем выше будет производительность и ниже расходы на абразивный и правящий инструмент. Для правящихся кругов нормальных структур коэффициент при шлифовании закалённых сталей порядка 1...10, для высокопористых кругов и кругов из СТМ коэффициент может достигать нескольких тысяч.

Ориентировочные значения коэффициента шлифования для типовых условий есть в гостах:

ГОСТ Р 52781-2007 Круги шлифовальные и заточные. Технические условия

ГОСТ 21963-2002 Круги отрезные. Технические условия

 

В процессе шлифования даже при одних и тех же режимах износ круга меняется непропорционально объёму удалённого материала. Коэффициент шлифования может уменьшится при малом или при слишком большом объёме удалённого материала.

post-1540-034742400 1391686742_thumb.png

 

В начале шлифования после правки из шлифовального круга сразу вырывается некоторое количество зёрен плохо закреплённых в связке или расположенных существенно выше остальных. При плоском шлифовании этот процесс происходит на длине порядка 0,5-1 м. Это может быть особенно заметным при шлифовании нескольких коротких деталей при небольшом припуске и крупном зерне. В этом случае приходится после правки делать несколько проходов, для того чтобы удалить с деталей погрешности первоначального износа круга и сделать окончательный проход при минимальном стабильном износе

 

Далее объём снятого материала и износ круга становятся пропорциональны друг другу и коэффициент шлифования повышается. Это нормальный участок работы, на котором и нужно оценивать коэффициент шлифования.

 

Когда объём снятого материала превышает некоторую максимальную величину, начинается катастрофический износ шлифовального круга и на детали появляются прижоги и геометрические погрешности.

 

Оптимальный интервал правки можно выразить в виде объёма снятого материала:

  • при черновом шлифовании оптимальным будет интервал при котором будет снят объём ближе к области катастрофического износа;
  • при чистовом шлифовании оптимальным будет интервал при котором износ круга позволяет получить необходимую точность и шероховатость.

С точки зрения точности наиболее выгодным будет такой режим, при котором можно будет полностью снять чистовой припуск без правки. Особенно это важно при шлифовании больших плоскостей, при шлифовании большого количества деталей в один размер, зубо- и резьбошлифовании.

 

На практике обычно оптимальный режим выражают в виде подачи на врезание и длины прошлифованной поверхности (или суммарной длины нескольких деталей). Разумеется это будет справедливо только в конкретных условиях для постоянных характеристик круга и детали и постоянных значениях остальных параметров шлифования и правки.

Ориентировочно считается, что при плоском шлифовании закалённых сталей кругами диаметром 400 мм при подаче 0,01-0,02 мм длина шлифования может составлять 15-30 м. между правками.

Изменено пользователем tmpr

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Скорость резания Vs, скорость детали Vw и подача ae.

 

Основные соотношения при шлифовании можно рассматривать по аналогии с фрезерованием. Аналогично подаче на зуб фрезы можно оценивать подачу на одну режущую кромку абразивного зерна.

q = Vs [м/c] / Vw[м/мин] * 60

Этим соотношением можно оценить насколько часто будет контактировать с деталью отдельная режущая кромка при перемещении детали на единицу расстояния. Чем выше соотношение, тем больше резов сделает отдельная режущая кромка, тем меньше будет размер снимаемых стружек и шероховатость поверхности.

post-1540-064280100 1392056662_thumb.png

 

Подача на отдельную режущую кромку:

s [мм] = Vw [м/мин] / Vs [м/c] * L[мм] / 60

 

Расстояние между зёрнами L вообще вычислить теоретически достаточно сложно, так как оно зависит от характеристики круга и режима правки. Но эта зависимость хорошо показывает как изменение режимов и характеристики круга будет влиять на шероховатость детали и на нагрузку на каждое отдельное зерно.

 

Один и тот же припуск можно снять двумя противоположными способами за одно и тоже время: с маленькой подачей и высокой скоростью за несколько проходов или с большой подачей с маленькой скоростью за один проход. Скорость удаления материала (removal rate, stock removal ratio) при этом будет одинаковой:

Q[мм³/с ] = ae [мм] * Vw [м/мин] * B [мм] * 10³ / 60

здесь В - ширина шлифования.

Или удельная скорость удаления материал на 1 мм ширины шлифовального круга:

Q`[мм³/мм/с] = ae[мм] * Vw[м/мин] * 10³ / 60

 

post-1540-041342200 1392056414_thumb.png

Линия Q=const показывает режимы с одинаковой производительностью. На этом графике можно выделить три области, которые соответствуют основным технологиям шлифования:

  • традиционная маятниковая (reciprocating grinding) обычно происходит при небольших подачах (до 0.05 мм) и высокой скорости (до 30 м/мин). Нормальными считаются значения Q в диапазоне от 1,5 мм³/мм/с (чистовое шлифование) до 5-10 мм³/мм/с (производительная черновая обработка).
  • глубинное шлифование (creep-feed grinding) обычно при подаче 0.1 мм и выше и низкой скорости (до 1 м/мин). В некоторых случаях возможно шлифование с подачами до 20-30 мм. Нормальные значениями Q = 15-30 мм³/мм/с.
  • Высокоскоростное шлифование (HEDG - high efficiency deep grinding) при которых Q достигает значений сотни и тысячи мм³/мм/с. При этом, для сохранения приемлемой подачи на одну режущую кромку требуется применять шлифовальные круги из СТМ допускающие высокую скорость резания (80-200 м/с) или применять непрерывную правку шлифовального круга.

За счёт снижения скорости детали при глубинном шлифовании q существенно становится выше, чем при маятниковом. Это означает, что хотя подача на врезание больше, но стружка снимаемая каждой отдельной режущей кромкой существенно меньше. При увеличении подачи увеличивается длина контакта между кругом и деталью (см.выше) в результате полная нагрузка и выделение тепла тоже вырастают. Поэтому для глубинного шлифования требуются большая мощность приводов и жёсткость станка. Кроме этого требуются шлифовальные круги с меньшей твёрдостью и открытой структурой (большой пористостью). Поэтому глубинные методы обычно выгоднее применять при профильном шлифовании и шлифовании труднообрабатываемых сталей, т.е. там где лезвийная обработка тоже была бы дорогая.

 

Маятниковая технология наоборот позволяет снизить требования к мощности станка и применять более дешёвые шлифовальные круги нормальных структур. Но высокая скорость детали требует бОльшего пути разгона/торможения, а припуск приходиться снимать за большее число проходов, поэтому производительность снижается из-за увеличившихся холостых ходов. Кроме этого характер нагрузки более ударный, и проблемы связанные с вибрациями будут заметнее.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Ну что же язык изложения приближен к народу, весьма похвально!

Снимаю шляпу перед объемом проведенной работы :hi: С одними рисунками сколько посидеть нужно.. :wacko:

 

Расскажите так же о необходимых условиях достижения предельной и максимальной экономической точности шлифования.

Изменено пользователем T-Duke

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Просьба не засорять тему посторонними вопросами.

 

Обсуждение тонких пластин перенесено в тему http://www.chipmaker.ru/topic/170878/

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Создайте аккаунт или войдите в него для комментирования

Вы должны быть пользователем, чтобы оставить комментарий

Создать аккаунт

Зарегистрируйтесь для получения аккаунта. Это просто!

Зарегистрировать аккаунт

Войти

Уже зарегистрированы? Войдите здесь.

Войти сейчас

  • Сейчас на странице   0 пользователей

    Нет пользователей, просматривающих эту страницу.


×