Д.т.н. Дьяконов А.А

ФГБОУ ВПО «ЮУрГУ» (НИУ), г. Челябинск, Россия

Стенд для исследования микрорезания новых
материалов при шлифования

Процесс шлифования – это процесс взаимодействия двух тел – заготовки и шлифовального круга, в результате которого происходит их разрушение, как первого, так и второго. Разрушение первого является полезным процессом – в его результате снимается припуск с обрабатываемой заготовки. Интенсивность его называют производительностью процесса резания. Разрушение второго тела, наоборот, является негативным процессом, его результат – износ шлифовального круга. Он определяет такой технологический показатель, как стойкость круга.

Стойкость шлифовальных кругов в несколько раз ниже, чем у резцов [1], т.е. процесс шлифования – это процесс с интенсивным износом инструмента. Поэтому изучение закономерностей износа абразивного инструмента является актуальной задачей.

С позиций современной трактовки процесса шлифования, как множественного микрорезания, шлифовальный круг можно представить как множество микрорезцов (абразивных зерен), случайным образом распределенных по его поверхности [2]. Тогда износ круга определяется интенсивностью износа его зерен. Поэтому необходимы исследования абразивных зерен, при работе их в условиях шлифования.

По причине того, что абразивные зерна весьма малы и в шлифовальном круге их находится большое количество, проследить за процессом резания и износа отдельного зерна во времени не представляется возможным. Вследствие этого для исследования процесса микрорезания необходимо выделить из шлифовального круга единичное абразивное зерно. Для этого необходимо создать специальный стенд, который позволял бы смоделировать работу отдельного абразивного зерна в соответствие его работе в шлифовальном круге.

Подобный стенд существовал на кафедре «Технология машиностроения», но он был предназначен для определения температурно-скоростных прочностных характеристик обрабатываемого материала [3] и позднее был доработан для определения обрабатываемости сталей шлифованием [4]. Стенд базировался на заточном станке 3А64.

В итоге возникла задача – используя идею шлифовального круга с единичным абразивным зерном, реализованную в стенде исследования обрабатываемости конструкционных материалов, создать лабораторный стенд как для исследования микроизноса абразивных зерен, так и для определения температурно-скоростных прочностных характеристик обрабатываемого материала.

Общая идея стенда заключается в следующем: на жесткое основание помещается электродвигатель; на электродвигатель закрепляется диск с абразивным зерном на периферии, который имитирует шлифовальный круг; обрабатываемый материал закрепляется в специальное устройство – маятник; осевую подачу будет реализовывает направляющие маятника; с помощью газовой горелки осуществляется нагрев обрабатываемого материала для имитации температуры самоподогрева в зоне резания; измерение температуры осуществляется при помощи бесконтактного пирометра. На рис. 1 представлена общая схема стенда.

Рис. 1. Общая схема стенда:

1 – вращающийся диск с единичным зерном; 2 – инерционный динамометр;

3 – датчик угла РДУ-5; 4 – конусные опоры; 5 – быстродействующий самописец Н3021–1; 6 – исследуемый образец; 7 – пирометр; 8 – газовая горелка; 9 – станок 3А64, 10 – фазочувствительный демодулятор

На рис. 2 представлен общий вид стенда.

Рис. 2. Общий вид стенда

Испытания показали, что созданный стенд обеспечивает следующие эксплуатационные показатели: скорость резания: 35–50 м/с; глубина резания: ~ 5 мкм; диапазон температур: 20–1000 ºС.

Эти показатели вполне позволяют моделировать нагрузку на абразивное зерно и обрабатываемый материал, соответствующие условиям шлифования.

Работа выполнена при финансовой поддержке Гранта Президента РФ
№ МК-873.2014.8

Литература:

1. 1. Общемашиностроительные нормативы режимов резания: Справочник: в 2-х т.: Т.2 / А..Д. Локтев, И.Ф. Гущин, Б.Н. Балашов и др. М.: Машиностроение,1991. – 304 с.

2. Корчак, С.Н. Производительность процесса шлифования / С.Н. Корчак. – М.: Машиностроение, 1974. – 280 с.

3. Клочко, В.И. Эффективность высокоскоростного шлифования разных сталей и сплавов с учетом точности и качества обработки: дис. … канд. техн. наук / В.И. Клочко. – Челябинск, – 1984. – 207 с.

4. Дьяконов, А.А. Оценка обрабатываемости материала в процессах шлифования: дис…кан. тех. нак.: 05.03.01: защищена 22.11.06: утв. 22.05.07 / А.А. Дьяконов. – Челябинск, 2006. – 292 с.