ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ АБРАЗИВНОГО ИНСТРУМЕНТА С ПРЕРЫВИСТОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ ДЛЯ ЗАТОЧКИ ИНСТРУМЕНТА ИЗ БЫСТРОРЕЖУЩИХ СТАЛЕЙ

В статье показано, что основной причиной выхода из строя инструментов из быстрорежущих сталей является его износ, скорость которого во многом определяется наличием на поверхностях зубьев термических дефектов, возникающих в процессе заточки инструмента. Исключить возникновение таких дефектов можно применением на операциях заточки абразивных кругов с прерывистой рабочей поверхностью. Приведен анализ существующих конструкций абразивных кругов с прерывистой рабочей поверхностью и предлагается метод формирования прерывистой поверхности круга для заточки сложнопрофильных зубьев инструментов из быстрорежущих сталей.

ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ АБРАЗИВНОГО ИНСТРУМЕНТА С ПРЕРЫВИСТОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ ДЛЯ ЗАТОЧКИ ИНСТРУМЕНТА ИЗ БЫСТРОРЕЖУЩИХ СТАЛЕЙ

УДК 621.923

ГРНТИ 55

Богуцкий Владимир Борисович

кандидат технических наук, доцент

ФГАОУ ВО «Севастопольский государственный университет»

кафедра «Технология машиностроения»

Политехнический институт

Севастополь, Россия

E-mail: bogutskivb@yandex.ru

SPECIFICS OF THE APPLICATION OF THE ABRASIVE TOOL WITH DISCONTINUOUS SURFACE FOR SHARPENING THE TOOL FROM HIGH-SPEED STEEL

Bogutsky V.В.

Candidate of technical sciences, associate Professor

FSEI of HE «Sevastopol State University

Department «Technology of mechanical engineering»

Polytechnic Institute

Sevastopol, Russia

E-mail: bogutskivb@yandex.ru

АННОТАЦИЯ.

В статье показано, что основной причиной выхода из строя инструментов из быстрорежущих сталей является его износ, скорость которого во многом определяется наличием на поверхностях зубьев термических дефектов, возникающих в процессе заточки инструмента. Исключить возникновение таких дефектов можно применением на операциях заточки абразивных кругов с прерывистой рабочей поверхностью. Приведен анализ существующих конструкций абразивных кругов с прерывистой рабочей поверхностью и предлагается метод формирования прерывистой поверхности круга для заточки сложнопрофильных зубьев инструментов из быстрорежущих сталей.

ABSTRACT.

In the article shows that the main cause of failure of tools from high-speed steels is its wear, the speed of which is largely determined by the presence on the surfaces of the teeth of thermal defects arising in the process of sharpening the tool. To exclude the occurrence of such defects can be used for grinding operations abrasive wheels with a discontinuous work surface. Are given the results of the analysis of the existing designs of abrasive wheels with a discontinuous working surface and the method of forming a discontinuous surface of the circle for sharpening complex teeth of tools from high-speed steels.

Ключевые слова: заточка металлорежущих инструментов, прижог, абразивный круг с прерывистой поверхностью, метод профилирования

Keywords: sharpening of metal-cutting tools, burn, abrasive wheel with a discontinuous surface, profiling method

Введение

Эффективность механической обработки деталей в значительной степени определяется свойствами и качеством применяемого металлорежущего инструмента [1-4].

Анализ причин выхода из строя инструментов из быстрорежущих сталей, выполненный по результатам их эксплуатации на ряде производственных предприятий (таблица 1) показывает, что поломка режущей части, скалывание отдельных зубьев, схватывание являются относительно редким явлением и возможны на заключительных стадиях эксплуатации инструмента. Основной причиной выхода из строя инструментов из быстрорежущих сталей следует признать его износ, который протекает особенно интенсивно при наличии термических дефектов, возникающих в процессе заточки инструмента.

Таблица 1. Причины выхода из строя инструментов из быстрорежущих сталей.

№ п/п Вид инструмента Причины выхода из строя, %
Поломка Скалывание Износ поверхностей зубьев Схватывание
1 Протяжка 2…4 6…15 64…72 2…5
2 Прошивка 1…3 2…6 82…87 1…3
3 Фреза концевая 2…4 2…5 65…81 5…9
4 Фреза червячная 1…2 2…4 73…86 4…8
5 Зенкер 2…4 2…6 72…81 7…9
6 Сверло 12…15 2…4 66…76 3…4

1. Постановка проблемы

При заточке зубьев инструментов из быстрорежущих сталей (особенно имеющих сложнопрофильную поверхность и нелинейную зону контакта абразивного инструмента с поверхностью зубьев ‒ см. рис. 1), в зоне резания возникают неблагоприятные термодинамические процессы. Поверхностный слой закаленной быстрорежущей стали подвергается вторичной закалке и высокому отпуску, в результате чего под ним возникает слой со структурой «троостит».

D:\НАУКА\НОВАЯ РАБОТА\рисункик дисс\фото круг+станок\999.jpg C:\Users\User\Desktop\hqdefault-1.jpg
а) б)

Рис. 1. Заточка зубьев: а) протяжки; б) червячной фрезы.

Часто структурные изменения сопровождаются возникновением на обрабатываемой поверхности цветов побежалости ‒«прижога» (рис. 2, а). Участки поверхности с изменившейся структурой подвергаются сжатию или растяжению соседними участками и, как следствие, в поверхностном слое возникают внутренние напряжения. Если внутренние напряжения превышают сопротивление материала на разрыв, то на поверхности детали возникают шлифовочные трещины (рис. 2, б) [5, 6].

Прижог, который наведен на предварительных проходах шлифования, устранить на последующих чистовых проходах не представляется возможным.. Уменьшение твердости материала режущей кромки вызывает снижение стойкости инструмента. Обнаружить его в заводских условиях также сложно. Этот дефект проявляется в дальнейшем при работе инструментов, например на автоматических линиях, вызывая неоправданные простои оборудования, что приводит к непредвиденным производственным затратам. С учетом с невысокой размерной стойкостью абразивного инструмента и вероятностью образования прижогов на поверхностях инструментов, для обеспечения заданного качества занижают режимы обработки, выполняют более частую правку абразивного инструмента, что, как следствие, снижает производительность операции заточки [7-10]. Следовательно, при шлифовании лезвий режущих инструментов необходимо подбирать такие режимы и характеристику круга, чтобы температура в зоне контакта не достигла критических точек структурных превращений.

C:\Users\User\Desktop\Фрагмент1.jpg
а) б)

Рис.2. Шлифовочные дефекты: а – прижог; б − шлифовочные трещины.

2. Анализ существующих конструкций шлифовальных кругов

с прерывистой рабочей поверхностью

Анализ возможных способов снижения температуры[11-13] в зоне резания показывает, что для шлифования зубьев инструментов из быстрорежущих сталей по передней поверхности можно применять прерывистые абразивные круги. В работе [14] рассмотрены основные конструкции абразивных инструментов с прерывистой рабочей поверхностью (см. таблица 2) эксплуатируемых на промышленных предприятиях.

Таблица 2. Конструкции шлифовальных кругов с прерывистой рабочей поверхностью.

Круг 1д Описание: C:\Users\Владимир\Pictures\Безымянный.tif Описание: C:\Users\Владимир\Pictures\Безымянный.tif
‒ с пазами по периферии и торцу ‒ с прямыми и косыми пазами по периферии
Описание: C:\Users\Владимир\Pictures\Безымянный.tif Описание: C:\Users\Владимир\Pictures\Безымянный.tif D:\ВСЕ СТАТЬИ\СТАТЬИ 2019\Статья Выбор конструкции шлифовального круга с прерывистой\Деталь1.jpg
‒ с радиальными пазами ‒ с радиальными отверстиями ‒ чашечный с пазами по торцу
Круг композ 1 C:\Users\Владимир\Desktop\Деталь тии.tif D:\НАУКА\НОВАЯ РАБОТА\Констр кругов\КРУГИ-РИС\Круг композ 2-1.jpg Описание: C:\Users\Владимир\Pictures\Безымянный.tif
‒ с композиционным наполнителем ‒ для стружечных канавок

К недостаткам большинства конструкций прерывистых абразивных кругов следует отнести значительный расход объема шлифовального круга при его правке или при получении прерывистого профиля на его рабочей поверхности, затраты времени на его профилирование вне станка, что является сдерживающим фактором для их широкого применения в инструментальной промышленности. Кроме того инструментальное производство – это многономенклатурное производство. Практически для каждой шлифовальной операции заточки зубьев инструментов из быстрорежущих сталей требуется индивидуальная форма прерывистой рабочей поверхности круга. Следует отметить, что прерывистость рабочей поверхности шлифовального круга вызывает появление периодически действующей силы, являющиеся источником дополнительных колебаний в технологической системе (ТС). При смене объекта производства (конструкции или типоразмера затачиваемого инструмента) и ТС (оборудования, оснастки) жесткость ТС меняется, что вызывает изменение частоты собственных колебаний системы.

В случае совпадения частоты возникающих колебаний с частотой собственных колебаний ТС возникает явление резонанса, вызывающее рост шероховатости поверхности, увеличение волнистости поверхности и погрешности формы в поперечном сечении [15-19].

Для исключения вышеуказанных процессов, необходимо формировать прерывистую рабочую поверхность абразивного инструмента и выполнять корректировку его профиля при его износе непосредственно на заточном станке.

3. Метод профилирования кругов с прерывистой рабочей поверхностью.

Указанного можно достигнуть при использовании метода профилирования (рис. 3) 20-22 с формированием выступов небольшой глубины (глубина прорезей ограничивается прочностью круга) на круге непосредственно на заточном станке. Процесс создания

C:\Users\Владимир\Desktop\Рисунок 1.7.tif C:\Users\User\Desktop\КРУГ-Тарельчатый.jpg C:\Users\User\Desktop\КРУГ-Тарельчатый1.jpg
Рис. 3. Схема формообразования прерывистой поверхности шлифовального круга. Рис. 4. Круг тарельчатый с прерывистой поверхностью для заточки протяжек.

прерывистой рабочей поверхности круга, вращающегося с частотой υкр, выполняется инструментом 1, возвратно-поступательно движущимся в радиальном направлении (перемещения инструмента синхронизированы с вращением абразивного круга). Инструмент формирует на рабочей поверхности круга впадины 2, равные по длине формирующимся выступам. При каждой следующей правке профиля круга фаза колебаний правящего инструмента сдвигается на заранее рассчитанный угол. На рис. 4 показан тарельчатый шлифовальный круг для заточки протяжек с выступами, полученными по предлагаемому методу.

Заключение

Для реализации предлагаемого метода профилирования рабочей поверхности абразивного инструмента необходимо разработать методику расчета геометрических размеров прорезей на поверхности круга с учетом размерных характеристик затачиваемого инструмента параметров и используемой технологической системы.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

  1. Кручинецкий, С.М. Отчет по маркетинговому исследованию рынка металлорежущего инструмента РФ. СПб.: Питер–Консалт 2013. – 23 с.
  2. Сидуленко О.А., Остапенко М.С., Василега Д.С. Квалиметрическая оценка качества металлорежущего инструмента//Известия Томского политехнического университета. Т. 318, № 2, 2011. – С.36-39.
  3. Металлорежущий инструмент: обзор зарубежных и отечественных производителей. М.: ООО «РТБ-КОНСАЛТИНГ», 2017. – 20 с.
  4. Narasimha1 M., Sridhar K., Reji Kumar R., Achamyeleh Aemro Kassie. Improving Cutting Tool Life a Review// International Journal of Engineering Research and Development. Vol. 7, Iss.1, 2013. – PP. 67-75.
  5. Евсеев Д. Г. Формирование свойств поверхностных слоев при абразивной обработке. Саратов: Изд–во Саратовск. ун–та, 1975. – 127 с
  6. Резников А.Н. Теплофизика процессов механической обработки материалов М.: Машиностроение, 1981. – 279 с.
  7. Пaлей М.М., Дибнер Л.Г., Флид М.Д. Технология шлифования и заточки режущего инструмента. М.: Машиностроение, 1988. – 288 с.
  8. Handbook of Machining with Grinding Wheels, Second Edition/ Ioan D. Marinescu, Mike P. Hitchiner. CRC Press, 2016. ‒ 750 p.
  9. Fritz Klocke. Manufacturing Processes 2. Grinding, Honing, Lapping. Springer-Verlag, Berlin, 2009. ‒ 451 р.
  10. Щепочкин В. А. Разработка и исследование технологии заточки режущих инструментов композиционными шлифовальными кругами Дисс. … канд. техн. наук. – Ульяновск, 202. – 219 с.
  11. Якимов А.В. Оптимизация процесса шлифования. М.: Машиностроение, 1975. – 175 с.
  12. Старков В.К. Шлифование высокопористыми кругами. М.: Машиностроение, 2007. – 688 с.
  13. Mark J. Jackson, J. Paulo Davim. Machining with Abrasives. Springer Science New York, 2011. – 432 р.
  14. Богуцкий В.Б., Шрон Л.Б., Богуцкий Б.В., Шрон Б.Л. Анализ конструкционных особенностей шлифовальных кругов с прерывистой поверхностью//Учёные записки Крымского инженерно–педагогического университета. Вып. 35. Технические науки. – Симферополь, 2012. – С.60-64.
  15. Novoselov Y., Bogutsky V., Shron L. Patterns of removing material in workpiece — grinding wheel contact// Procedia Engineering. Vol. 206, (2017) 4nd International Conference on Industrial Engineering (ICIE-2017). ‒ РР. 991-996.
  16. Stephen Malkin, Changsheng Guo. Grinding technology. Theory and Applications of Machining with Abrasives. Industrial press, New York, 2008. – 372 р.
  17. Доброскок В.Л., Шпилька А.Н. Регулирование вибраций при шлифовании труднообрабатываемых материалов путем формирования рационального продольного профиля рабочей поверхности кругов//Вiсник СевНТУ: зб. наук. пр. Серiя: Машиноприладобудування та транспорт. Вып. 139/2013. Севастополь, 2013. ‒ С. 76-78.
  18. Новоселов Ю.К., Братан С.М., Богуцкий В.Б. Влияние случайной составляющей отклонений профиля инструмента на динамику процесса круглого наружного шлифования//Наукоемкие технологии в машиностроении. 2016. № 5 (59). – С. 10-17.
  19. Huiliang Wang, Yangqi Cao. Influence of Machining Parameters on Vibration Characteristics of Gear Form Grindin // Journal of Advances in Applied Mathematics, Vol. 3, No. 3, 2018 https://dx.doi.org/10.22606/jaam.2018.33001
  20. Новоселов Ю.К. Способ правки шлифовального круга с прерывистой рабочей поверхностью /А.С. СССР №952556. МПК8 B24, B53/04. 1982. Бюл. № 31.
  21. Богуцкий В.Б. Приспособление для правки шлифовального круга с прерывистой рабочей поверхностью/ Патент №37655 Україна, МПК7 В24B 53/06, 2008, Бюл. №23.
  22. Богуцкий В.Б., Шрон Л.Б. Особенности правки шлифовальных кругов с прерывистой поверхностью Ученые записки Крымского инженерно-педагогического университета. Вып. 38. Технические науки, 2013. – С. 56-61.

 

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *