WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Д – параметры обрабатываемой детали;

Р – режимы обработки – управляющие параметры;

Т – технологические параметры процесса шлифования. Допущение:

технологические условия обработки, состав СОЖ, способ её подачи остаются постоянными.

Выходные параметры процесса:

П – объёмная производительность процесса шлифования,мм3/мин (целевая функция);

Ру – сила резания, Н;

Q – удельный расход алмаза, мг/мм3;

t – температура в зоне резания, оС;

l – стойкость круга между правками; ммF – эффективная контактная режущая поверхность, %;

К – коэффициент режущей способности алмазных кругов, мм3/минН.

Выходные параметры детали:

h – глубина нарушенного слоя, мкм;

Rz – высота неровностей профиля, мкм;

Rw – волнистость поверхности, мкм;

Y - точность исправляемых пластин по углу среза, мин.

Механизм алмазного шлифования был рассмотрен, как система взаимосвязанных физических процессов, одновременно протекающих в алмазном инструменте, материале детали и пространстве пары "круг-деталь", при силовом взаимодействии вращающегося алмазного круга с обрабатываемой деталью.

Процесс микрорезания единичным алмазным зерном (рис. 2) имеет циклический характер, который повторяется с частотой, определяемой несколькими факторами: размером алмазного зерна, физико-механическими свойствами материала, скоростью резания и величиной подачи. Скалывание (диспергирование) поверхности наступает при достижении напряжений в зоне резания, больших предела прочности хрупкого разрушения материала.

dy S H M З P z h P R P y Рис. 2. Схема, поясняющая работу единичного зерна Исследованиями, проведенными на специальном стенде со стабилизацией осевой силы резания, подтверждено, что основным действующим фактором, обеспечивающим диспергирование поверхности деталей из хрупких неметаллических материалов при алмазном шлифовании является радиальная сила резания Py. При создании модели процесса алмазного шлифования используем следующие положение.

Величины напряжений резания, создаваемые единичным алмазным зерном в обрабатываемом материале, должны быть больше его предела прочности при хрупком разрушении. Это соотношение с учетом сил резания и площадей контакта может быть записано в следующем виде.

F F P P, (1) д р д к р к уд ур где - предел прочности хрупкого разрушения материала; - напряжения, р д создаваемые на материале и зерне; P - действующая сила резания; Pу - уд р критическая сила резания, соответствующая порогу разрушения материала; Fк - площадь эффективной контактной режущей поверхности круга.

В связи с невозможностью варьирования выбранной целевой функции на структурах и параметрах одновременно моделирование по выбору оптимальных характеристик алмазных кругов и режимов обработки проводиться в два этапа. На первом этапе находятся параметрические модели влияния вида обработки и характеристик инструмента на параметры качества поверхности пластин из хрупких неметаллических материалов. На втором этапе проводится параметрическая оптимизация и выбор режимов обработки методом перебора для выбранной характеристики (структуры алмазного круга).

В третьей главе приведены результаты исследований качества поверхности ориентированных пластин при шлифовании алмазными кругами и алмазноабразивными суспензиями.

Известно, что процессы шлифования с применением абразивных суспензий имеют несколько большую производительность по сравнению с процессами шлифования алмазными кругами той же зернистости. Было выдвинуто предположение о возможности получения в условиях плоского шлифования алмазными кругами меньшей глубины нарушенного слоя кварцевых пластин по сравнению со шлифованием суспензиями на основе КЗ и ЭБ той же зернистости.

Позитивные результаты позволили бы применять более высокопроизводительные крупнозернистые круги без снижения качества обработки.

Опыты проводили на плоскошлифовальных станках мод. 3Г71М кругом типа АПП200х10х75х5 из природных и синтетических алмазов (АС6, АС20, А), различной зернистости на связках (К1, СК, М5, М1 и Б1). Обработку полученных данных осуществляли с использованием методов математической статистики.

Исследовались образцы кварцевых пластин из природного и синтетического кварца срезов yxl/+35°, yxl/52° с точностью ориентации ±5'.

Запись и измерение шероховатости по параметрам Rz, Ra и волнистости Rw производили на профилографах-профилометрах блочной конструкции мод. завода «Калибр» и «Talysurf-III» фирмы «Taylor Hobson».

Глубину нарушенного слоя h, равного сумме высоты микронеровностей Rz и величины трещиноватого слоя, определяли в трех сечениях по отношению к изучаемой поверхности: в косом сечении – методом клина, в перпендикулярном – контактным методом, в параллельном – классическим методом последовательного полирования и травления. Такая методика позволила изучить характер механических нарушений в микрообъеме, а также с достаточной степенью точности определить абсолютные значения глубины нарушенного слоя.

Рабочие измерения номинальных размеров кварцевых пластин производили оптиметром ИКВ с точностью ±0,5 мкм, контрольные измерения выполняли на ультраоптиметре ИКП-2 с точностью ±0,04+L/200 мкм, где L – число используемых делений шкалы.

Изучение и микрофотографирование исследуемых поверхностей кварца выполняли на микроскопе МБИ-6. Субмикрорельеф поверхности исследовали на электронном микроскопе мод. GJEM-6A.

В работе показано, что в основе хрупкого разрушения кварца связанным абразивом лежит образование микротрещин, являющихся концентраторами напряжений (рис.3).

а увеличение 550х б Рис.3. Микрофотографии профиля поверхности кварцевых пластин, обработанных алмазным кругом 63/50-К1-100% (а) и суспензией КЗ 63/50 (б).

Электронномикроскопические исследования субмикрорельефа (рис.4), поверхностей, обработанных абразивными суспензиями и алмазными кругами, показали, что в первом случае преобладает хаотичное микроскалывание, а во втором – локальное хрупкое микрорезание (диспергирование).

а увеличение 12000х б Рис. 4. Субмикрорельеф поверхности кварцевых пластин, шлифованных суспензией АМ20 (а) и алмазным кругом АС20-63/50-К1-100% (б).

В результате исследований получены уравнения регрессии зависимости высоты микронеровностей кварцевых пластин от зернистости алмазных кругов и алмазно-абразивных суспензий. Эти зависимости имеют вид:

Rz=ad+b (2) где a и b – числовые коэффициенты уравнения регрессии; d – размер зерна, мкм.

Значения коэффициентов приведены в табл.Таблица Характеристика Вид обработки a b инструмента ЭБ 0,074 0,Шлифование КЗ 0,081 0,суспензиями А 0,097 0,Шлифование АС20-К1-100% 0,017 0,алмазными кругами АС6-Б1-50% 0,015 -0,Определено, что глубина нарушенного слоя кварцевых пластин определяется зернистостью алмазного круга, видом связки и сортом алмазного зерна.

Доминирует зернистость алмазно-абразивных инструментов.

Получены экспериментальные зависимости глубины нарушенного слоя кварцевых пластин от зернистости:

для кругов АС6-Б1-50% – h=0,21d+8,7 мкм; (3) для кругов АС20-К1-100% – h=0,36d+2 мкм. (4) Экспериментально получена зависимость глубины нарушенного слоя кварцевых пластин от высоты микронеровностей поверхностей, шлифованных алмазными кругами разных характеристик на рабочих режимах:

h=20,8·Rz+6,6 (5) На рис.3 приведены микрофотографии профиля кварцевых пластин, шлифованных кругом из алмазов АС20 зернистостью 63/50 на керамической связке и суспензией на основе карбида кремния зелёного зернистостью №4(63/50).

При шлифовании кварцевых пластин суспензиями на основе карбида кремния зелёного №4 (63/50) глубина нарушенного слоя составляет ~59 мкм, при шлифовании алмазным кругом АС20-63/50-К1-100% - 29 мкм и шероховатость поверхности соответственно Rz=14,2 мкм и Rz=1,7 мкм.

Таким образом, шероховатость поверхности и нарушенный слой кварцевых пластин, шлифованных алмазными кругами, в среднем в 5-8 раз и в 2 раза меньше соответственно, чем шероховатость и нарушенный слой, полученный на пластинах, шлифованных суспензиями из алмаза или карбида кремния той же зернистости.

В результате исследований, подтверждено выдвинутое положение о возможности получения в условиях плоского шлифования алмазными кругами меньшей глубины нарушенного слоя по сравнению со шлифованием суспензиями на основе карбида кремния зелёного или электрокорунда белого той же зернистости. Это можно объяснить тем, что при шлифовании связанным абразивом в поверхностных слоях кварца создаются напряжения меньшие по величине напряжений диспергирования, создаваемых при шлифовании свободным абразивом.

Шероховатость поверхности и глубина нарушенного слоя кварцевых пластин, шлифованных алмазными кругами в исследуемом диапазоне, не зависит от режимов обработки. При форсировании поперечной подачи увеличивается глубина нарушенного слоя за счет вклада поперечной волнистости поверхности, возникающей вследствие изменения профиля алмазных кругов. При шлифовании алмазными кругами следует ограничиваться величиной поперечной подачи равной 0,6 – 0,8 мм/ход.

При шлифовании кварцевых пластин пастами и суспензиями на основе стандартных алмазных микропорошков на обработанных поверхностях образуются глубокие царапины и наблюдается увеличение общей величины нарушенного слоя по сравнению со шлифованием суспензиями из карбида кремния и электрокорунда. Применение шлифования кварца суспензиями на основе стандартных алмазных микропорошков нецелесообразно.

Четвёртая глава посвящена оценке работоспособности и выбору рациональных характеристик алмазных кругов в процессе шлифования кварцевых пластин на основе изучения рельефа их режущей поверхности. Рельеф рабочей поверхности круга зависит от прочности, формы, размера и количества алмазных зерен и связки.

В качестве основного метода изучения рельефа поверхности круга был применен метод профилографирования абразивной поверхности.

Рис. 5. Исследование процесса шлифования методом профилографирования.

Профилографирование шероховатости поверхностей проводилось в направлении, перпендикулярном вектору скорости резания при следующих увеличениях:

- для алмазного круга – вертикальное 1000х, горизонтальное 40х;

- для поверхности кварца – вертикальное 10000х, горизонтальное 100х.

Для кругов формы АПП профиль режущей поверхности записывался в 4-х осевых сечениях на профилографе-профилометре мод. 201. Базирование алмазного круга осуществлялось на специальном приспособлении, состоящем из основания, высокоточных центров и делительного диска.

Одновременно фиксировались: радиальная составляющая силы резания Py Н, фактический объем и весовой съем обрабатываемого материала W мм3 и Gм мг, расход алмаза Ga мг.

На первом этапе для определения влияния характеристик рельефа режущей поверхности алмазного круга на шероховатость поверхности пластин, режущую способность и удельный расход алмаза, оценку рельефа режущей поверхности проводили по следующим параметрам:

– относительной эффективной контактной поверхности профиля и ее изменения от высоты профиля:

n= z b n i =(6) = 100% F b n=z где - сумма отрезков, получаемых при пересечении профиля секущей, b n i=параллельной нулевому уровню в мм; b – длина профилограммы в мм.

– средневероятному расстоянию между зернами:

b M e bз =, (мм) (7) Zn где Me – масштаб трассы профилографирования; Zn – число зерен на длине профилограммы;

– среднему размеру зерна в поперечнике на определенном уровне:

n=z b M n e i=, (мм) (8) d = З Z n При получении этих параметров шлифование осуществляли напроход.

Однако метод оценки рельефа режущей поверхности алмазного круга и шероховатости шлифованной поверхности по приведенным выше параметрам не даёт возможности оценить частотные характеристики профилей, а также затрудняет переход к математической интерпретации процесса шлифования.

С целью изучения взаимного изменения характеристик профилей режущей поверхности алмазного круга и шероховатости поверхности детали в процессе врезного шлифования был применён вероятностный метод оценки указанных профилей с помощью случайных функций.

Режущие профили x(b) и профили поверхности y(b) были рассмотрены как реализации стационарной эргодической случайной функции.

Основными характеристиками случайной функции являются:

– корреляционная функция, характеризующая случайную форму профиля:

b-l Kx (l) = x(b) x(b + l)db (9) b - l – спектральная плотность дисперсии, представляющая частотную характеристику профилей:

Sx (w) = Kx (l) cosldl (10) где: b – длина профиля; l – аргумент корреляционной функции; w – аргумент спектральной плотности дисперсии.

Расчет средних величин высоты профиля корреляционных функций и спектральных плотностей дисперсии профилей производился на ЭВМ.

Исследования показали, что режущие свойства алмазных кругов разной характеристики, удельный расход алмазов и шероховатость шлифованной поверхности кварца теснейшим образом связаны с рельефом режущей поверхности.

Основными характеристиками рельефа режущей части поверхности алмазного круга являются кривая эффективной контактной поверхности F, и уравнение, аппроксимирующее корреляционную функцию профиля.

С уменьшением зернистости от 160 до 63 для кругов на керамической связке К1 значение относительной эффективной контактной поверхности увеличивается с 14% до 45%, коэффициент режущей способности снижается со 130 мм3/минН до 60 мм3/минН, шероховатость поверхности улучшается от Rz=3,3 мкм до Rz=1,мкм. Изменения шероховатости поверхности также наблюдаются с увеличением прочности алмазных кругов. Например, для кругов зернистостью 125/100 на связках К1 и М5, значения эффективной контактной поверхности составляют 18% и 23% соответственно, коэффициент режущей способности снижается со 118мм3/минН до 70мм3/минН, шероховатость поверхности улучшается от Rz=2,8мкм до Rz=2,4 мкм. Зависимости коэффициента режущей Рис. 6. Зависимость коэффициента режущей способности алмазных кругов и шероховатости обработанных поверхностей от их эффективной контактной поверхности для уровня 10 мкм.

способности (рис.6) и шероховатости поверхности от эффективной контактной поверхности профилей исследуемых кругов были аппроксимированы уравнениями регрессии вида:

K = -1,32 +144 (11) ;

m F -0,F Rz = 3,5 l (12) В качестве математических моделей рельефа режущих профилей поверхности кругов и профилей шероховатости обрабатываемой ими поверхности использованы аппроксимирующие уравнения корреляционных функций режущих профилей и профилей обработанных ими поверхностей (13):

Pages:     | 1 || 3 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.