Moscow, Moscow, Russian Federation
Moscow, Moscow, Russian Federation
Moscow, Moscow, Russian Federation
Moscow, Moscow, Russian Federation
UDK 62 Инженерное дело. Техника в целом. Транспорт
GRNTI 55.13 Технология машиностроения
The work purpose: the accuracy investigation of parts machined with chromium diiodine grinding disks, and also roughness and structural state of surface layer material in parts after working with the impregnated tool; the investigation data are a part of the scientific work which has been started since 2012. The investigation methods: the accuracy and quality of machining parts with the impregnated grinding tool were analyzed; there was carried out a generalization of the data obtained regarding quality parameter changes in the surface layer of parts during working having an influence upon their operation characteristics. The investigation results and novelty: the impregnation method including additional mechanical oscillation at the moment of tool impregnation; the investigation results of accuracy and effectiveness of the mentioned method of working; the investigations of roughness parameters and distribution of residual stresses in the surface layer of parts. Conclusions: at present in the Russian industry there are widely used methods and technologies of import substitution, industry needs low cost and efficient methods of working; thereupon there are urgent different investigations in the field of updating technology for metal grinding with the estimate of their effectiveness and qualitative characteristics of parts when using tools offered.
part, abrasive tool, impregnation, chromium diiodine, durability, structure, structure, surface layer, roughness
Введение
Повышение эффективности абразивной обработки поверхностей деталей машин является важной задачей в современном машиностроительном производстве, которая может быть решена в том числе и импрегнированием абразивных инструментов поверхностно-активными веществами (ПАВ).
Существует довольно большое разнообразие способов пропитки абразивных инструментов различными веществами и композициями [1-8], как органического, так и неорганического происхождения, подтвердивших свою эффективность при абразивной обработке деталей.
Для повышения эффективности работы абразивного инструмента был использован способ [11] импрегнирования шлифовальных кругов в водном растворе дийодида хрома, который включает пропитку инструмента водным раствором в емкости, содержащим 20-
мин,
где V – объём абразивного инструмента, см3; а0 – нормативная пористость абразивного инструмента из заданного абразива, связки и состава, принимаемая в соответствии с ГОСТ Р 52781-2007 "Круги шлифовальные и заточные. Технические условия"; а – пористость импрегнированного абразивного инструмента из того же абразива, связки и состава, определяемая весовым способом в соответствии с рекомендациями, изложенными в работе [14].
Исследование эффективности применения импрегнированных дийодидом хрома шлифовальных кругов осуществлялось путем обработки образцов из стали 12ХН3А диаметром
Исследования точности обработки
В настоящем исследовании определялось изменение стойкости шлифовальных кругов Т после их правки, результаты которого показывают, что стойкость импрегнированных дийодидом хрома шлифовальных кругов в процессе их правки уменьшается: вначале существенно, затем медленнее, в среднем на 3-5% после каждой последующей правки, а далее начинает расти по отношению к стойкости стандартного инструмента, что может быть объяснено непрерывным вымыванием применяемой смазочно-охлаждающей жидкостью дийодида хрома из межзеренного пространства шлифовального круга и особенностями приработки импрегнированного шлифовального круга.
Исследования состояния поверхностного слоя образцов из стали 12ХН3А, подвергнутых шлифованию, импрегнированным дийодидом хрома абразивным инструментом [8, 13] показывают, что в процессе шлифования активный йод взаимодействует с ювенильными поверхностями деталей, образуя на них иодиды железа, которые имеют слоистую структуру и обладают низким коэффициентом трения.
Одним из важнейших показателей эффективности использования шлифовальных кругов является обеспечение ими необходимой точности размеров обрабатываемых деталей в течение всего периода стойкости инструмента [15, 16]. В связи с этим была проведена обработка шлифованием валов из стали 12ХН3А, при которой определялись поля рассеивания размеров партии деталей в пределах стойкости шлифовального круга. Подконтрольной обработке подвергались валы диаметром обрабатываемых поверхностей
Стандартный круг новый
а)
Стандартный круг правка
б)
Рис. 1. Распределение размеров в партии обработанных деталей стандартным кругом:
в начале работы – а и перед правкой круга – б
Импрегнированный круг новый
а)
Импрегнированный круг правка
б)
Рис. 2. Распределение размеров в партии обработанных деталей
импрегнированным кругом: в начале работы – а и перед правкой круга – б
Также были проведены исследования точности обработки путем сравнения полей рассеивания при обработке первой 
, 
и последней 
, 
партии деталей, как новыми кругами, так и постепенно изношенными в этом процессе и требующих переточки. Результаты изменения за период стойкости инструмента при допустимом диапазоне изменения размеров обрабатываемых деталей в обобщенном виде представлены на рис. 3.
Рис. 3. Рассеивание размеров партий деталей в пределах поля допуска на размер Td
при обработке обычным и импрегнированным кругом
Исследования параметров качества обработки
В рассмотренных случаях обработки имеет место превышение полей рассеивания размеров деталей, обработанных новыми кругами по отношению к таковым, полученным кругами на исчерпании периода их стойкости. Это может быть объяснено уменьшением числа режущих зерен и увеличением сглаживающих и давящих [12]. Об этом свидетельствует также уменьшение параметра шероховатости Ra обработанных поверхностей деталей и увеличение величины технологических остаточных растягивающих напряжений в материале поверхностного слоя σост (рис. 4) при одновременном уменьшении съема металла в единицу времени.
При этом имеет место закономерность изменения полей рассеивания размеров деталей, обрабатываемых стандартным и импрегнированным кругами ˃ и ˃ .
Степень влияния принятого вида и способа применения ПАВ на точность получаемых размеров обрабатываемой детали может быть оценена коэффициентом [8]
где Δω1 = – ; Δω2 = – .
При этом Δω1 ≥ Δω2.
Данные подконтрольной обработки шлифованием деталей, позволили определить ориентировочные значения коэффициента КΔ при обработке деталей из стали 12ХН3А в поле допуска 8h квалитета точности размера и способа применения импрегнатора (в данном случае, дийодида хрома), которые составили 1,8-1,9. Эти значения коэффициента КΔ можно использовать при выборе способа применения ПАВ для абразивной обработки шлифовальными кругами 14АF60К7V.
Рис. 4. Изменение параметра шероховатости обработанной поверхности детали Ra и
технологических остаточных напряжений σост за период стойкости Т
стандартного и импрегнированного шлифовального круга
Заключение
Таким образом, абразивная обработка деталей импрегнированными дийодидом хрома кругами позволяет увеличить стойкость используемых инструментов, повысить точность размеров обрабатываемых деталей, улучшить качественные показатели поверхностного слоя, а также создать на обработанных поверхностях деталей структуры, обладающие низким коэффициентом трения, что является важным для деталей трибосистем.
1. Rudometov, Yu. I. Primenenie abrazivnyh instrumentov, propitannyh suspenziyami impregnatorov / Yu. I. Rudometov // Stanki i instrument. - 2012. - № 11. - S. 34-37.
2. Patent № 2047476 RF, MPK B 24 D 3/34 (1995). Impregnator dlya shlifoval'nyh krugov : № 2047476: zayavl. 1993.01.11: opubl. 1995.11.10 / Serdyuk V. V., Kucenok Yu. B., Stepanov A. B., Ashkinazi L. A. ; zayavitel': Serdyuk V. V.
3. Chirkov, G. V. Vliyanie impregnirovaniya shlifoval'nogo kruga na kachestvo obrabotki / G. V. Chirkov // Tehnologiya mashinostroeniya. - 2007. - № 2. - S. 22-23.
4. Nikitin, A. V. Shlifovanie trudnoobrabatyvaemyh materialov impregnirovannymi krugami kak sposob povysheniya ih rezhuschih svoystv / A. V. Nikitin // Instrument i tehnologii. - 2010. - № 28. - S. 52-58.
5. Patent № 101791786 CN, B 24 D 3/34 (2010). Impregnant for impregnated grinding wheels and application thereof in preparing impregnated grinding wheels / Li Wei, Tian Qianjun, Zhang Bo.
6. Tsai, M. Y. Development of a micro-graphite impregnated grinding wheel / M. Y. Tsai, S. X. Jian // International Journal of Machine Tools and Manufacture. - 2012. - V. 56. - Pp. 94-101.
7. Nosenko, V. A. Povyshenie effektivnosti shlifovaniya s ispol'zovaniem galogenoobrazuyuschego impregnatora / V. A. Nosenko, A. P. Mitrofanov, A. A. Krutikova // Izvestiya vysshih uchebnyh zavedeniy. Mashinostroenie. - 2015. - № 8 (665). - S. 65-72.
8. Butenko, V. Method for improving the quality of the product obtained by abrasive treatment with impregnated tools / V. Butenko, L. Gusakova, D. Durov, B. Safoklov, O. Dolgov // Advances in Science, Technology and Engineering Systems Journal Vol. 5, No. 6, 398-402 p. (2020).
9. Patent RF № 2618682 S1 MPK B24D 3/34(2006.01). Sposob impregnirovaniya abrazivnyh instrumentov. zayavl. 2015-11-17: opubl. 10.05.2017 Byul. № 13 / V. I. Butenko.
10. Butenko, V. I. Naukoemkie tehnologii sozdaniya vysokoresursnyh detaley mashin / V. I. Butenko, D. S. Durov, R. G. Shapovalov. - Taganrog: Izd-vo YuFU, 2014. - 404 s.
11. Patent RF №2703063 RF MPK B24 D 3/34 (2019). Sposob impregnirovaniya abrazivnyh instrumentov: zayavl. 2019-05-21 : opubl. 2019-10-15 / V. I. Butenko, K. V. Davidenko; zayavitel' Butenko V. I.
12. Ryzhkin, A. A. Fizicheskie osnovy obrabotki metallov rezaniem: ucheb. posobie / A. A. Ryzhkin, V. S. Dmitriev, M.M. Klimov [i dr.]. - Rostov-na-Donu: Izdat. centr. DGTU, 1996. - 354 s.
13. Butenko, V. I. Tehnologicheskaya sovmestimost' funkcional'nyh sloev i pokrytiy / V. I. Butenko. - Rostov-na-Donu, 2020. - 169 s.
14. Ostrovskiy, V. I. Teoreticheskie osnovy processa shlifovaniya / V. I. Ostrovskiy. - M.: Mashinostroenie, 2010. - 284 s.
15. Dimov, Yu. V. Matematicheskaya model' dlya opredeleniya proizvoditel'nosti obrabotki detaley polimerno-abrazivnymi krugami / Yu. V. Dimov, D. B. Podashev // Vestnik mashinostroeniya. - 2018. - № 8. - S. 56-63.
16. Podashev, D. B. Optimizaciya finishnoy obrabotki detaley elastichnym instrumentom: monografiya / D. B. Podashev. - LAP Lambert Academic Publishing, OmniScriptum GmbH&Co. KG (Germaniya), 2017.
