Експериментальне дослідження процесу глибинного шліфування нахиленими тонкими абразивними кругами зовнішніх циліндричних поверхонь деталей

Abstract

Мета. Експериментальне дослідження процесу глибинного шліфування зовнішніх циліндричних поверхонь деталей тонкими абразивними кругами, нахиленими до обробленої поверхні. Методика. Дослідження здійснено із застосуванням методів теорії різання, планування експериментів, статистичного опрацювання результатів експериментів. Результати. Запропоновано новий технологічно гнучкий спосіб глибинного шліфування нахиленими тонкими абразивними армованими кругами за підвищеної колової швидкості обробки зовнішніх циліндричних поверхонь деталей із покриттями підвищеної зносостійкості та твердості або деталей, отриманих із важкооброблюваних матеріалів. Експериментально встановлено вплив режимів різання на величину ефективної потужності та головної складової сили різання під час оброблення зовнішніх циліндричних поверхонь деталей. Встановлено для попутного та зустрічного напрямків колових швидкостей оброблюваної циліндричної деталі та тонкого абразивного круга емпіричні співвідношення між режимами обробки та енергосиловими параметрами процесу обробки. Наукова новизна. Експериментальними дослідженнями впливу режимів обробки тонкими нахиленими абразивними кругами зовнішніх циліндричних поверхонь деталей встановлено, що для попутної обробки збільшення глибини різання та колової швидкості обертання деталі супроводжується зростанням ефективної потужності та головної складової сили різання, а зростання поздовжньої подачі – зменшенням. Для зустрічної обробки у разі збільшення подачі та колової швидкості деталі ефективна потужність та головна складова сили різання зростають, а у разі збільшення глибини різання зменшуються. Для досліджуваного процесу обробки важливим є сумісний, одночасний вплив декількох чинників режимів обробки. Оброблення належить до процесів із низьким енергоспоживанням. Для всіх комбінацій режимів різання ефективна потужність різання не перевищує 0,2 кВт. Низька ефективна потужність різання разом із незначноюплощеюконтакту абразивного круга з оброблюваною деталлю визначають незначний вплив на оброблену поверхню температури нагрівання в зоні обробки, що забезпечує збереження механічних характеристик поверхневого шару, отриманого на попередніх стадіях виготовлення деталі. Практична значущість. Запропоновано використовувати на операціях чорнового круглого шліфування або на чорнових переходах токарної операції оброблення нахиленими тонкими абразивними кругами циліндричних поверхонь деталей із важкооброблюваних матеріалів або з товстошаровими зносостійкими покриттями, що мають значні попередні поверхневі нерівності. Процес обробки може реалізовуватись на верстатах токарної групи, оснащених додатковим, змінним високошвидкісним електричним приводом обертання тонкого абразивного круга. Низькі енерговитрати процесу обробки циліндричних деталей нахиленими тонкими абразивними кругами визначають перспективність його практичного використання. Застосування цього способу обробки забезпечує: використання абразивних армованих кругів низької вартості, зменшення основного часу оброблення за рахунок більших глибин різання та зменшення кількості робочих проходів, зростання продуктивності, зниження собівартості обробки, підвищення універсальності процесу, завдяки можливості обробляти циліндричні поверхні деталей, що утворені із різноманітних матеріалів ізістотно відмінними фізико-механічними властивостями.Aim. Experimental investigation of grinding of external cylindrical surfaces of parts by thin abrasive wheels that are inclined to working surface. Methods. The investigation was carried out using the methods of cutting theory, the planning of experiments, statistical processing of experimental results. Results. The thin reinforced abrasive wheels (heightened circular speed gives for these wheels) are proposed to use to work up outer cylindrical surfaces of parts with covering heightened wear resistance and hardness or the details that were received of hard-to-machine materials. The influence of the cutting modes in the production process by thin abrasive wheels on the amount of effective power and the main component of the cutting force during the processing of external cylindrical surfaces of parts were experimentally determined. The empirical relations between production modes and power parameters of the production process were defined for oncoming directions and passing directions of circular speed for the machined cylindrical part and thin abrasive wheel. Scientific novelty. The ratio of production mode by thin inclined abrasive wheels on the effective cutter power and the main component of the cutting force during the processing of external cylindrical surfaces of parts, which were experimentally received, determines that accompanying processing by the increase of cutting depth and circular speed of rotation is accompanied to increase of effective cutter power and the main component of cutting force, and the increase of the longitudinal feed is accompanied to reduce them, but effective cutter power and the main component of cutting force increase during the growth of a feed and circular speed of the part for counter processing, however, these values reduce during the increase of cutting depth. The compatible, paired influence of several factors of processing modes on the power parameters of the process is important during the production process by the inclined thin abrasive wheel. The production process concerns processes with low energy consumption. The effective cutting power does not exceed 0.45 kW for all combinations of cutting modes. Low effective cutting power together with a small contact area of the abrasive wheel with the workpiece determine a small effect on the treated surface of the heating temperature in the processing area that ensures the preservation of the mechanical characteristics of the surface layer, which was obtained in the previousstages of manufacturing the part. Low energy consumption of the production process of cylindrical parts by inclined thin abrasive wheels determines the availability of its practical use. Practical significance. The production process of cylindrical workpiece surface of hard-to-process materials or with thick-layer wear-resistant coatings, which have significant previous surface irregularities, by inclined thin abrasive wheels was proposed to use on operations of rough round grinding or on rough transitions of turning operation. The studied machining process can be implemented on lathes that are equipped with the additional, replaceable high-speed electric drive of rotation of a thin abrasive wheel. The use of the method of processing the outer cylindrical surfaces by thin abrasive wheels provides: the use of low cost cutting tools, reduction of the main processing time due to the greater depths of cutting, increase productivity and reduce the cost of processing and versatility of the process, due to the ability to process the cylindrical surfaces of parts that are formed from a variety of materials with significantly different physical and mechanical properties.