ОБЕСПЕЧЕНИЕ КАЧЕСТВЕННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ДЕТАЛЕЙ, ОБРАБОТАННЫХ ИМПРЕГНИРОВАННЫМ АБРАЗИВНЫМ ИНСТРУМЕНТОМ
Аннотация и ключевые слова
Аннотация (русский):
Представлены результаты исследования точности обработки деталей импрегнированными дийодидом хрома шлифовальными кругами и эффективности применения данного способа. Приведены исследования качественных параметров и структурного состояния материала поверхностного слоя деталей после обработки импрегнированным инструментом, которые являются частью научной работы, начатой коллективом авторов в 2012 году.

Ключевые слова:
деталь, абразивный инструмент, импрегнирование, дийодид хрома, стойкость, структура, поверхностный слой, шероховатость
Текст
Текст произведения (PDF): Читать Скачать

 

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 20-25 г дийодида хрома на литр воды, и конвективную сушку абразивного инструмента при его вращении со скоростью 0,3-0,5 с-1в течение 1,5-2 часов при температуре 40-50°C, при котором пропитка абразивного инструмента осуществлялась в кипящем водном растворе дийодида хрома. Время пропитки tn рассчитывалось по формуле [9]:

 

 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 30 мм и длиной 200 мм после чистовой токарной обработки. Шлифование образцов осуществлялось на круглошлифовальном станке мод. 3У12ВФ11 кругами ПП 400×50×203 14АF60К7V ГОСТ Р 5281-2007 со скоростью резания Vкр = 35 м/с, скорости вращения образцов Vд = 0,314 м/с, продольная подача Sпр = 0,02 м/с, подача врезания Sвр = 0,01 мм/дв.ход, число двойных ходов m = 3. В качестве смазочно-охлаждающей жидкости использовался 5-процентный водный раствор эмульсола Укринол-14 [10].

 

 

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 30 мм, допуском 8 квалитета точности. По полученным результатам определялись поля рассеивания размеров диаметров деталей, обработанных без применения ПАВ ω1 и с применением различных способов подачи импрегнатора – дийодида хрома в зону обработки (импрегнирование, добавка в СОТС, введение в состав абразивной массы) ω2. Поля рассеивания определялись после обработки каждой партии деталей из 10 штук, а распределения размеров обработанных деталей приведены на рис. 1 и 2. Замеры производились гладким цифровым микрометром МКЦ 50 Зубр "ЭКСПЕРТ" 34482-50 с ценой деления 0,001 мм.

 

 

 

 

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 Δω1Δω2.

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.

Список литературы

1. Рудометов, Ю. И. Применение абразивных инструментов, пропитанных суспензиями импрегнаторов / Ю. И. Рудометов // Станки и инструмент. – 2012. – № 11. – С. 34-37.

2. Патент № 2047476 РФ, МПК B 24 D 3/34 (1995). Импрегнатор для шлифовальных кругов : № 2047476: заявл. 1993.01.11: опубл. 1995.11.10 / Сердюк В. В., Куценок Ю. Б., Степанов А. Б., Ашкинази Л. А. ; заявитель: Сердюк В. В.

3. Чирков, Г. В. Влияние импрегнирования шлифовального круга на качество обработки / Г. В. Чирков // Технология машиностроения. – 2007. – № 2. – С. 22-23.

4. Никитин, А. В. Шлифование труднообрабатываемых материалов импрегнированными кругами как способ повышения их режущих свойств / А. В. Никитин // Инструмент и технологии. – 2010. – № 28. – С. 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. Носенко, В. А. Повышение эффективности шлифования с использованием галогенообразующего импрегнатора / В. А. Носенко, А. П. Митрофанов, А. А. Крутикова // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. – 2015. – № 8 (665). – С. 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. Патент РФ № 2618682 С1 МПК B24D 3/34(2006.01). Способ импрегнирования абразивных инструментов. заявл. 2015-11-17: опубл. 10.05.2017 Бюл. № 13 / В. И. Бутенко.

10. Бутенко, В. И. Наукоемкие технологии создания высокоресурсных деталей машин / В. И. Бутенко, Д. С. Дуров, Р. Г. Шаповалов. – Таганрог: Изд-во ЮФУ, 2014. – 404 с.

11. Патент РФ №2703063 РФ МПК B24 D 3/34 (2019). Способ импрегнирования абразивных инструментов: заявл. 2019-05-21 : опубл. 2019-10-15 / В. И. Бутенко, К. В. Давиденко; заявитель Бутенко В. И.

12. Рыжкин, А. А. Физические основы обработки металлов резанием: учеб. пособие / А. А. Рыжкин, В. С. Дмитриев, М.М. Климов [и др.]. – Ростов-на-Дону: Издат. центр. ДГТУ, 1996. – 354 с.

13. Бутенко, В. И. Технологическая совместимость функциональных слоев и покрытий / В. И. Бутенко. – Ростов-на-Дону, 2020. – 169 с.

14. Островский, В. И. Теоретические основы процесса шлифования / В. И. Островский. – М.: Машиностроение, 2010. – 284 с.

15. Димов, Ю. В. Математическая модель для определения производительности обработки деталей полимерно-абразивными кругами / Ю. В. Димов, Д. Б. Подашев // Вестник машиностроения. – 2018. - № 8. - С. 56-63.

16. Подашев, Д. Б. Оптимизация финишной обработки деталей эластичным инструментом: монография / Д. Б. Подашев. – LAP Lambert Academic Publishing, OmniScriptum GmbH&Co. KG (Германия), 2017.