1.2 Якість поверхонь при алмазному шліфуванні

Надійність, довговічність та інші експлуатаційні властивості деталей машин в значній степені залежать від якості оброблюваних поверхонь. Під якістю поверхні розуміють весь комплекс параметрів, що визначають точність обробки, геометричну форму і фізикомеханічні властивості, що отримують в результаті обробки поверхні тим чи іншим технологічним способом.

Важливим показником якості обробки, що істотно впливає на експлуатаційні властивості деталей, є шорсткість оброблюваних поверхонь. Мікрорельєф поверхонь залежить від кінематики і режиму шліфування, властивостей оброблюваного матеріалу, характеристики круга, вібрацій, що супроводжують процес шліфування, степені пластичної деформації поверхневих прошарків матеріалу, що зрізується, виду і способу подачі СОЖ в зону обробки. Теорія і практика показує, що із зменшенням зернистості шліфувального круга шорсткість оброблюваної поверхні знижується.

Зростання твердості круга і складності його структури сприяє зниженню мікронерівностей оброблюваних поверхонь.

Так як шліфування м'яких пластичних матеріалів супроводжується утворенням значних розвалів по краям слідів зрізу окремих зерен круга, то збільшення твердості і зниження пластичності оброблюваного матеріалу приводить за інших рівних умов до зменшення шорсткості обробки.

Деякі рекомендації по вибору характеристик алмазних кругів в залежності від заданої шорсткості обробки при шліфуванні різних матеріалів приведені в таблиці 1.

Процес шліфування супроводжується вібраціями. До числа найбільш значущих джерел коливань слід віднести неврівноваженість шліфувального круга, що обумовлюється похибками його форми і розмірів, нерівною густиною структури інструмента та іншими причинами.

Висота мікронерівностей при алмазному шліфуванні твердого сплаву торцем круга може бути розрахована за наступною формулою:

,

де – коефіцієнт, що залежить від виду зв'язки алмазного круга;

– глибина шліфування;

– повздовжня подача деталі;

– швидкість обертання круга;

– площа обробки;

– поправочний коефіцієнт на інші умови шліфування;

– число коефіцієнтів що враховуються;

, , , – показники степенів. Значення , , , , , можна знайти в [2].

Таблиця 1.1 – Вибір характеристик алмазних кругів

Вид шліфування	Зернистість круга	Значення, мкм при металічній зв’язці
Чорнове	125/100	1,25
	80/63	0,63
Попередне	63/50	0,4
	50/40	0,25

1.3 Методика розрахунку режиму різання при шліфуванні

Задача визначення оптимального режиму шліфування виконується в три етапи:

1. Складання системи рівнянь, що описують технічні обмеження, що накладаються на режими різання вимогами до деталі, верстата, інструменту і умовами виробництва.

2. Математичне описання цільової функції, тобто функції що виражає мету оптимізації.

3. Сумісний розгляд технічних обмежень і цільової функції та визначення на цій підставі оптимального режиму різання.

Технічні обмеження, що накладаються на режим різання вимогами до вибору наступні:

• гранично допустима висота шорсткості на оброблюваній поверхні;

• точність розмірів деталі (допуск );

• температура оброблюваної поверхні гранично допустима з точки зору припіків, залишкових напружень і т. д.

Математичні вирази, що описують обмеження:

• по шорсткості оброблюваної поверхні

;

• по точності деталі

,

де – частина допуску, яка може бути використана на похибки, пов'язані з прогином деталі та відхиленням круга;

– жорсткість системи верстат-пристосування-круг-деталь;

• по граничній температурі , допустимій з точки зору відсутності припіків,

.

Технічні обмеження, що накладаються на режим різання верстатом наступні:

• потужність приводу шліфувального круга ;

• найбільші і найменші частоти обертання шпинделів і значення подач, передбачених кінематикою і конструкцією відповідних, механізмів верстата ( і т. д.).

Зважаючи на малі значення сил, що виникають при шліфуванні, міцність верстата, як правило не обмежує режими різання. Винятками можуть бути випадки обдирочного шліфування і обробки деталей на верстатах з одночасним шліфуванням декількома кругами.

Математичні вирази, що описують обмеження:

• по потужності приводу шліфувального круга

або ,

де – ККД приводу круга верстата;

• по частоті обертання шпинделя верстата

;

• по швидкості подач

,

.

Технічні обмеження, що накладаються на режими різання шліфувальним кругом наступні:

• стійкість інструмента;

• гранична температура на ріжучих зернах;

• міцність круга.

Математичне описання обмежень:

• по стійкості інструмента

;

• по граничній температурі на ріжучих зернах

;

• по міцності круга

,

де – гранична швидкість обертання, що допускається міцністю круга.

Цільові функції являються математичним описом мети, з якою проводять оптимізацію режиму шліфування. В залежності від конкретних умов виробництва при оптимізації можна забезпечити найменшу собівартість обробки на даній операції, досягнення на даній операції найбільшої продуктивності, мінімальні затрати на шліфувальний круг. Можуть бути і інші конкретні цілі оптимізації.

В більшості випадків при визначенні оптимальних режимів різання метою оптимізації повинно бути досягнення мінімальної собівартості операції. Як правило, варіант режимів різання, що забезпечує найменший штучний час, разом з тим і є найбільш економічним.

Тому доцільно за основу оптимізації прийняти досягнення найбільшої продуктивності процесу. Найбільшій продуктивності відповідає найбільший хвилинний об'єм матеріалу Q, що зрізується:

де – швидкість деталі, м/хв;

– подача в напрямку перпендикулярному швидкості, мм/хв;

– глибина шліфування, мм.

Геометрична величина не залежить від значення швидкості шліфування . Однак на практиці внаслідок зносу круга і його віджимання в процесі обробки залежність хвилинного зняття від елементів режиму різання виявляється більш складною і тому цільова функція може бути представлена у вигляді:

.

При відсутності осьової подачі у формулу підставляють ширину площадки контакту інструмента з деталлю. Задача оптимізації полягає в тому, щоб отримати:

.

Можна показати, що при знаходженні оптимальних режимів різання методом лінійного програмування постійний коефіцієнт не виявляє впливу на вирішення задачі, тому

Наведені вище вирази разом з цільовою функцією представляють математичну модель оптимального режиму різання. Для вибору припусків на обробку і призначення режимів шліфування можна використовувати також і раніше розраховані табличні значення приведені в [2, 3, 4].

В таблиці 1.2 приведені також значення режимів різання при алмазному шліфуванні деяких матеріалів.

Таблиця 1.2 – Режими різання при обробці алмазними кругами на металевій зв’язці

Операція шліфування	Швидкість круга , м/хв	Швидкість виробу , м/хв	Глибина шліфування , мм	, мм/хв	, мм/хв
Твердий сплав
Кругле зовнішнє попереднє	25-35	30-40	0,04-0,1	1000-1500	–
Кінцеве	25-35	10-30	0,005-0,01	1000-1500	–
Плоске периферією круга	25-35	5-10	0,06-0,1	–	1-2
Плоске торцем круга	25-35	1-3	0,01-0,1	–	1-2
Жароміцні і титанові сплави
Кругле зовнішнє попереднє	20-30	10-20	0,01-0,02	1000-1500	–
Кінцеве	20-30	10-20	0,01-0,02	1000-1500	–
Плоске периферією круга	10-30	10-15	0,01-0,02	–	0,5-1
Плоске торцем круга	15-20	10-15	0,01-0,02	–	0,5-1