к.т.н. Шмидт И.В., д.т.н. Дьяконов А.А.
Южно-Уральский государственный университет,
Россия
Реализация теплофизической модели
цикла круглого шлифования
Одним из основных методов обработки при обеспечении точности и качества поверхности является шлифование. Обработка на шлифовальных станках осуществляется по определённому циклу, позволяющему адаптировать производство детали к различным технологическим условиям.
Процесс абразивной обработки является теплонапряженным и сопровождается
выделением большого количества тепла в зоне обработки, что нередко приводит к
образованию различных тепловых дефектов. Поэтому одним из главных
ограничивающих критериев при проектировании циклов шлифования является
температура в зоне шлифования – предельная прижоговая температура.
При моделировании теплопередачи в обрабатываемой детали в цикле шлифования с учетом припуска, снимаемого на каждом обороте заготовки, поставлена смешанная краевая задача теплофизики в виде уравнения теплопроводности и совокупности краевых условий второго и третьего рода.
Решение задачи реализовано в виде программного модуля, который позволяет рассчитать температурное поле в цикле шлифования в зависимости от времени, интенсивности теплового источника на каждом обороте заготовки, интенсивности теплоотвода в технологическую жидкость, а также теплофизических свойств материала.
По разработанной модели рассчитаны температурные поля нагрева для цикла шлифования стальной заготовки. На рис. 1 представлены три варианта эпюр распределения температуры по глубине обрабатываемой детали на каждом обороте заготовки при одинаковых условиях обработки: D=100 мм; Sрад=1,015 мм/мин; n=88 об/мин; 2П=0,3 мм. Рис. 2 иллюстрирует температурное поле на обрабатываемой поверхности, соответствующее первому варианту расчета (рис. 1а).
Рис. 1 – Эпюры температур по глубине детали: а – с учетом общего снимаемого припуска; б – без учета снимаемого припуска; в – с учетом припуска, снимаемого на каждом обороте детали
Рис. 2 – Температурное поле на обрабатываемой поверхности в
цикле шлифования (первые 10 оборотов заготовки)
При первом варианте расчет температур
производится с учетом общего снимаемого припуска, т.е. расчет ведется от
поверхности заготовки. В этом случае критериальной (прижоговой) температурой
является температура на поверхности заготовки, в результате чего получаем
большой запас по предельному перегреву поверхностного слоя готовой детали (рис.
1а). Представленные на рис. 3б эпюры температур получены при расчете, не
учитывающем снимаемый припуск, т.е. отталкиваясь от поверхности готовой детали.
Здесь, как видно, критериальные температуры превышают температуру прижога (800 °С), поэтому требуется корректировка режимов
резания в сторону понижения.
Третий вариант температурных эпюр (рис. 1в) отражает реальный процесс снятия припуска за цикл шлифования при постоянной величине подачи. Можно увидеть, что при принятых технологических условиях поверхность готовой детали на первых десяти оборотах заготовки будет оставаться бездефектной, на последних трех оборотах температура на поверхности превысит предельную, т.е. здесь необходима корректировка режимов резания.
В результате анализа трех вариантов расчета подачи наиболее эффективным является третий способ, когда подача пересчитывается на каждом последующем обороте детали в течение всего цикла обработки.
Установлено, что температура на обрабатываемой поверхности не является достаточным критерием для определения бездефектных режимов резания при проектировании цикла шлифования, поскольку в этом случае не учитывается припуск, снимаемый в процессе обработки.
Также не гарантируется отсутствие тепловых дефектов, в случае если температуру относить к поверхности готовой детали, не учитывая при этом изменение величины припуска в течение цикла обработки.
Таким образом, одним из основных направлений увеличения производительности шлифования может являться варьирование режимов резания на протяжении цикла обработки, в частности подачи – ее увеличения в начале цикла обработки и снижения по мере подхода к готовой поверхности детали при обеспечении требования по бесприжоговости обработки.
Работа выполнена при финансовой поддержке Гранта Президента РФ № МК-873.20014.8.