Способ очистки эльборового шлифовального круга

Изобретение относится к машиностроению, а именно к обработке шлифованием, и может быть использовано при эльборовом шлифовании заготовок из материалов, обладающих высокой пластичностью, вязкостью и адгезионной активностью по отношению к шлифовальному кругу.

Известен способ очистки шлифовальных кругов, заключающийся в воздействии на рабочую поверхность вращающегося шлифовального круга эластичным инструментом, в качестве которого используют эластомер (а.с. 1775282 СССР, МКИ³ В24В 53/007. Способ чистки абразивных инструментов И.И.Кузнецов, №4847739/08; заявл. 03.05.90; опубл. 15.11.92, БИ №42).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, относится низкая эффективность удаления налипов металла с зерен шлифовального круга и большой размерный износ инструмента для очистки.

Известен способ очистки шлифовальных кругов, заключающийся в прижиме к рабочей поверхности вращающегося шлифовального круга абразивного бруска на эластичной связке (Патент 2185273 RU, МКИ В24В 53/007. Способ очистки шлифовальных кругов / Л.В. Худобин, А.Н. Унянин, Д.В. Тартас. №2000114938/02; заявл. 09.06.00, опубл. 20.07.02, БИ №20).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа очистки, относится невысокая эффективность удаления налипов металла с зерен круга.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по совокупности признаков является выбранный в качестве прототипа способ очистки шлифовального круга (Патент 2266189 RU, МКИ В24В 53/007. Способ очистки шлифовального круга / Л.В. Худобин, А.Н. Унянин. №2004116060/02; заявл. 25.05.04, опубл. 20.12.05, БИ №35), заключающийся в прижиме к рабочей поверхности вращающегося шлифовального круга абразивного бруска на эластичной связке, причем сила прижима определяется по математической зависимости.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа очистки, принятого за прототип, относится ограничение области применения способа очисткой шлифовальных кругов из традиционных абразивов (электрокорунда, карбида кремния), следовательно, невозможность применения способа при эльборовом шлифовании.

Сущность изобретения заключается в следующем. В период между правками круга при шлифовании заготовок из пластичных, вязких и адгезионно активных материалов его режущая способность нестабильна и постепенно снижается, что приводит к необходимости соответствующего снижения производительности бездефектного шлифования или (и) к ухудшению качества шлифованных деталей. Одним из путей повышения эффективности шлифования заготовок является очистка рабочей поверхности шлифовального круга. Очистка, осуществляемая несколько раз между правками круга, приводит к стабилизации режущей способности круга между правками, благодаря чему обеспечивается возможность увеличения производительности обработки и периода стойкости круга. Последнее, приводит к сокращению числа правок и экономии кругов, а также к улучшению качества шлифованных деталей.

Технический результат - увеличение производительности бездефектного шлифования путем форсирования режима обработки и (или) увеличения периода стойкости эльборового шлифовального круга и сокращения тем самым числа правок при обеспечении заданного качества шлифованных деталей.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что, как и в известном способе очистки, к рабочей поверхности вращающегося эльборового шлифовального круга периодически прижимается абразивный брусок, особенность при этом заключается в том, что сила прижима бруска к кругу определяется по математической зависимости

$$Q={\tau }_s\cdot K_{з}\cdot K_y\cdot a_{н}\cdot a\cdot \sqrt{1-4\cdot b^{-2}\cdot {\left(\frac{b}{2}-h_{и}\right)}^2}\cdot \sqrt{z_{р}}\cdot H$$ ,

где τ_s - напряжение сдвига при диспергировании зерном бруска налипа на зерне круга, Па;

а_н - высота налипа, м;

K_з - коэффициент засаливания, равный отношению размера налипа к размеру площадки затупления на зерне эльборового круга;

z_p - количество работающих зерен на единичной площадке рабочего слоя эльборового круга, 1/м²;

a, b - размеры осей эллипса, описанного около граней абразивного зерна круга, м;

Н - высота рабочей поверхности шлифовального круга, м;

h_и - линейный износ абразивного зерна, м;

K_y - коэффициент, определяемый по формуле

$$K_y=\frac{\cos \left(\beta +{\varphi }_s\right)}{\sin \beta \cdot \sin {\varphi }_s}$$ ,

где β - угол сдвига при диспергировании материала налипа, град.;

φ_s - угол внутреннего трения, град.

Если сила, с которой брусок прижимают к кругу, окажется ниже значения, определяемого по вышеприведенной зависимости, то диспергирование материала налипов будет осуществляться недостаточно эффективно. Большая сила приведет к интенсивному изнашиванию и затуплению зерен круга и бруска, что снизит эффективность процесса шлифования.

Схематизируя взаимодействующие при очистке объекты, было принято, что контуры зерен из эльбора описываются эллипсоидами вращения, а абразивные зерна бруска из традиционного абразивного материала (электрокорунда) представили в виде усеченных пирамид с площадками затупления. Подобное представление широко используется при моделировании абразивных инструментов и процесса шлифования. Зерна бруска диспергируют налипы, образовавшиеся на площадках затупления зерен круга, расположенных на некотором расстоянии от вершины наиболее выступающего зерна. Приняли допущение, что физико-механические свойства материала налипа не отличаются от соответствующих свойств материала шлифуемой заготовки.

Для расчета силы прижима Q бруска к кругу в процессе очистки определили площадь налипов металла, удаляемых всеми режущими зернами бруска в плоскости, параллельной оси круга, предположив, что налипы образовались на площадках затупления зерен круга.

Площадь налипов в рассматриваемой плоскости

F_н=а_н·L_н,

где а_н - высота налипа, м;

L_н - суммарный размер налипов в плоскости, параллельной оси круга, м:

$$L_{н}=y\cdot \sqrt{z_{р}}\cdot H$$ ,

где z_p - количество работающих зерен на единичной площадке рабочего слоя эльборового круга, 1/м²;

Н - высота круга, м;

y - размер площадки затупления на зерне эльборового круга, м.

Площадь f поперечного сечения эллипса, описанного около граней абразивного зерна круга:

$$f=\frac{\pi a^2}{4}\left(1-4b^{-2}{\left(\frac{b}{2}-h_{и}\right)}^2\right)$$ ,

где a, b - размеры осей эллипса, описанного около граней A3 круга, м;

h_и - линейный износ АЗ, м.

Так как поперечным сечением двухосного эллипса является круг, то справедливо следующее выражение:

$$f=\frac{\pi y^2}{4}$$ ,

4 Отсюда размер площадки затупления y:

$$y=a\sqrt{1-4b^{-2}{\left(\frac{b}{2}-h_{и}\right)}^2}$$ .

Сила прижима бруска к кругу определится по зависимости:

Q=τ_s·K_з·K_y·F_н,

где τ_s - напряжение сдвига при диспергировании зерном бруска налипа на зерне круга, Па;

F_н - площадь налипов в плоскости, параллельной оси круга, м²;

K_з - коэффициент засаливания, равный отношению размера налипа к размеру площадки затупления зерна круга;

K_y - коэффициент.

Подставив в последнюю зависимость выражение для расчета F_н, получим выражение:

$$Q={\tau }_s\cdot K_{з}\cdot K_y\cdot a_{н}\cdot a\cdot \sqrt{1-4\cdot b^{-2}\cdot {\left(\frac{b}{2}-h_{и}\right)}^2}\cdot \sqrt{z_{р}}\cdot H$$ .

Расчет силы Q выполнили для очистки круга зернистости 125/100 с площадкой затупления размером н=0,053 мм бруском из электрокорунда зернистостью М10 (материал налипа сталь 12Х18Н10Т). Число работающих зерен, в зависимости от режима шлифования составило: z_p=1,3…5,1 1/мм². Высота круга и бруска для очистки Н=10·10^-3 м. Напряжения сдвига при микрорезании налипов, τ_s=133 МПа. а_н=2 мкм=2·10^-6 м.

Среднее расчетное значение силы прижима для данных условий составляет Q=0,48 Н.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения с получением вышеуказанного технического результата.

При достижении определенной степени засаливания и затупления рабочей поверхности эльборового шлифовального круга, вращающегося с рабочей скоростью, к ней подводят и прижимают инструмент для очистки, выполненный в виде абразивного бруска. Абразивные зерна бруска удаляют налипы металла обрабатываемой заготовки с абразивных зерен шлифовального круга. За счет упругих свойств связки инструмента очищаются зерна круга, расположенные на удалении от условной наружной поверхности последнего. Использование оптимальной силы прижима бруска к рабочей поверхности круга позволяет осуществлять диспергирование налипов на зернах круга без образования на них площадок затупления. Очистка рабочей поверхности шлифовального круга обеспечивает повышение производительности шлифования при обеспечении заданного качества шлифованных деталей. Повышение производительности шлифования достигается за счет форсирования режима обработки и (или) увеличения периода стойкости шлифовального круга и сокращения тем самым числа правок.

Экспериментальные исследования провели при плоском маятниковом шлифовании заготовок из стали 12Х18Н10Т эльборовым кругом марки ЛО125/100СТ1Б1. Рабочая скорость круга составляла 35 м/с, скорость продольной подачи 10 м/мин, врезная подача 0,005 мм/дв. ход. В зону шлифования подавали 1%-ный раствор кальцинированной соды с расходом 10 дм³/мин. Рабочую поверхность круга очищали брусками из электрокорунда белого 25АМ10 ВМ1К20. Бруски прижимали к шлифовальному кругу 3 раза за период стойкости.

В качестве критерия оценки эффективности процесса шлифования использовали составляющие P_y и P_z силы шлифования при обработке заготовок.

Результаты исследований представлены в таблице.

Из полученных результатов следует, что если при очистке круга брусок прижимать к его рабочей поверхности с силой Q=0,5 Н, что близко к рассчитанной, равной Q=0,48 Н, то процесс шлифования характеризуется минимальным значением сил шлифования и, следовательно, меньшими теплонапряженностью и прижогообразованием. Если сила прижима отлична от значения, определенного по зависимости, то эффективность процесса шлифования ниже.

Способ очистки эльборового шлифовального круга, включающий прижим к рабочей поверхности вращающегося круга абразивного бруска, отличающийся тем, что силу прижима бруска к кругу определяют по зависимости:
$$Q={\tau }_s\cdot K_{з}\cdot K_y\cdot a_{н}\cdot a\cdot \sqrt{1-4\cdot b^{-2}\cdot {\left(\frac{b}{2}-h_{и}\right)}^2}\cdot \sqrt{z_{р}}\cdot H$$
где τ_s - напряжение сдвига при диснергировании зерном бруска налипа на зерне круга, Па;
а_н - высота налипа, м;
K_з - коэффициент засаливания, равный отношению размера налипа к размеру площадки затупления на зерне круга;
z_p - количество работающих зерен на единичной площадке рабочего слоя эльборового круга, 1/м²;
a, b - размеры осей эллипса, описанного около граней абразивного зерна круга, м;
H - высота рабочей поверхности шлифовального круга, м;
h_и - линейный износ абразивного зерна, м;
K_y - коэффициент, определяемый по формуле
$$K_y=\frac{\cos \left(\beta +{\varphi }_s\right)}{\sin \beta \cdot \sin {\varphi }_s}$$
где β - угол сдвига при диспергировании материала налипа, град;
φ_s - угол внутреннего трения, град.