Влияние схемы шлифования как динамического фактора процесса резания на дефектность и прочность изделий из ситаллов (стр. 2 из 2)

Изменение схемы шлифования приводит к изменению силовых, кинематических и геометрических характеристик процесса резания, что, в совокупности с переменной по длине обрабатываемого изделия жесткостью элементов системы СПИД, сказывается на глубине и структуре образующегося дефектного слоя. Учитывая, что прочность изделий из ситаллов является функцией дефектности слоев материала, непосредственно примыкающих к поверхности обработки, для каждого пояса изделия определялись средние размеры единичных дефектов точечного типа dдср в интервале глубин hд=0-350 мкм, то есть до выхода на бездефектную (по результатам обработки) поверхность. По полученным данным для глубины hд=0-80 мкм были построены соответствующие графики (рис. 2) для варианта шлифования с параметрами режима v=36 м/с, s=0,18 мм/об, t=2 мм, nд=80 об/мин СОТС - вода.

Рисунок 2 – Зависимость усредненных значений единичных дефектов dдср от места обработки для глубин залегания nд=80 об/мин. Шлифование изделий по схемам: 1 - «подача к фланцу»; 2 - «подача к носку»

Как следует из приведенных графиков, шлифование внутренней поверхности изделия по схеме «подача к фланцу» приводит к образованию неравномерной дефектной структуры его поверхностного слоя. Размеры единичных дефектов колеблются в диапазоне 22-15 мкм. Для случая шлифования по предлагаемой схеме («подача к носку») параметры дефектности в пределах длины одного изделия изменяются менее резко и составляют соответственно dдср=11,5-14,5 мкм.

Кроме этого в среднем по длине изделия величины единичного дефекта составляют соответственно: для предлагаемой схемы 12,7 мкм, для традиционной схемы 17,2 мкм, при которой и однородность распределения дефектов по длине изделия вдвое меньше по сравнению с предлагаемым вариантом обработки.

К отрицательным факторам воздействия традиционной схемы шлифования на структуру нарушенного обработкой слоя ситалла необходимо также отнести интенсивное развитие дефектов в конусной части изделия, проявляющиеся в образовании мощного трещиноватого слоя в области VI пояса, проникающего на глубину до 250 мкм (размеры отдельных трещин достигают 800 мкм), а также в формировании крупных единичных дефектов у поверхности обработки (см. рис. 2) у носка изделия (VIII пояс), где инструмент находится в наиболее неблагоприятных условиях. Причиной этого явления является необходимость внедрения инструмента вглубь изделия (врезание) перед последующим его перемещением по заданному профилю в направлении к торцу изделия.

Применение предлагаемой схемы обработки по сравнению с базовым вариантом позволило снизить глубину проникновения дефектного слоя в среднем по длине изделия в 1,35 раза. Следствием благоприятной структуры образующегося нарушенного обработкой слоя при предлагаемой схеме явилось повышение прочности изделий во всем исследованном диапазоне режимов обработки. В табл. 1 приведены результаты прочностных испытаний образцов, вырезанных из наиболее дефектных участков (III пояс) обработанных деталей.

Таблица 1 - Результаты прочностных испытаний деталей (обработка цилиндрической части, II пояс)

№п/п	Параметры режима обработки			Направление подачи	Параметры прочностных испытаний образцов
№п/п	nд,об/мин	s,мм/об	t,мм	Направление подачи	Прочность на изгибσи ,МПа	Среднеквадротичное отклонениеS, МПа
123456	808080808080	0,110,110,180,180,340,34	1,01,01,01,01,01,0	"к носку""к фланцу""к носку""к фланцу""к носку""к фланцу"	131,589,3116,292,469,950,8	22,411,612,623,515,712,4

Из полученных данных следует, что для обоих вариантов обработки прочность изделий уменьшается с увеличением подачи (увеличивается нормальная составляющая усилий резания, увеличивается напряженно-деформированное состояние в зоне резания, увеличивается глубина проникновения дефектов, вызванных обработкой). Однако для схемы шлифования «к фланцу» изделия из-за более неблагоприятного распределения сил резания по площади контакта круга с обрабатываемой поверхностью и более интенсивной динамике процесса резания все эти явления усугубляются, что сопровождается падением прочности образцов на всех исследованных режимах в среднем на 25%.

Неравномерности жесткости детали и структуры дефектного слоя по поясам приводят к колебаниям прочности изделия по его длине, что особенно ярко проявляется при использовании схемы «подача к фланцу». В табл. 2 приведены результаты прочностных испытаний деталей по длине, которые свидетельствуют о неравномерности прочности по поясам изделия, шлифованного по схеме «подача к фланцу». Максимальная разница в прочности (I и III пояса) составляет 30%, в то время как при обработке изделия по предлагаемой схеме разница в прочности по длине изделия не превышает 5%, что укладывается в интервал погрешности эксперимента. Причем неравномерность прочности хорошо согласуется с неоднородностью структуры дефектного слоя по длине изделия.

Сравнивая результаты, полученные при обоих вариантах обработки изделий рассматриваемого класса, можно заключить, что использование разработанной схемы позволяет в среднем на 25% снизить размеры дефектов в поверхностном слое изделий, где влияние структуры дефектного слоя на прочность изделия максимально.

Таблица 2 - Результаты прочностных испытаний деталей на различных участках по длине изделия

Схема обработки	№ пояса	Параметры прочностных испытаний образцов
Схема обработки	№ пояса	Прочность на изгибσи ,МПа	Среднеквадротичное отклонениеS, МПа
"подача к носу"	IIIIIIIVVсреднее	108,3106,8103,2107,6105,3106,24	3,65,29,46,811,27,24
"подача к фланцу"	IIIIIIIVVсреднее	99,292,470,583,979,185,02	17,26,523,46,011,312,88

При этом однородность структуры дефектного слоя по длине детали в сравнении с традиционной схемой шлифования повышается в 1,9 раза. Следствием благоприятной структуры дефектного слоя при предлагаемой схеме является повышение средней прочности изделия на 20% при более равномерном распределении значений прочности по поясам изделия.

Список литературы

1. Хрульков В.А., Тародей В.А. Механическая обработка деталей из керамики и ситаллов. - Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 1975. - 185 с.

2. Калафатова Л.П Влияние технологической наследственности на эффективность процессов механической обработки стекломатериалов // Справочник. Инженерныйжурнал. - М.: Машиностроение. -1997. - № 9. - С. 7-11.

3. Kalafatova L. Influence of conditions of grinding by diaqmond wheels on pyroceramics products defectiveness // Arhiwum Technologii Maszyn 1 Automatyzacji. - Poznan: Komisij budowy maszyn PAN. - 2004. - Vol. 24/ Nr. 2 spec. - P. 115- 123.

4. Калафатова Л.П. Проектирование рациональной схемы шлифования на основе результатов компьютерного моделирования напряженно-деформированного состояния в зоне резания // Резание и инструмент в технологических системах: Межа, научно-техн. сб. - Харьков: ХГПУ. - 2000. - Вып. 57. - С. 96-99.

5. Kalafatova L. Diagnostics of qualitative performances of products from engineering cetalls // Archiwum Technologii Maszyn i Automatyzacji. - Poznan: Komisij budowy maszyn PAN. - 1997. - Vol. 17, • 2. - P. 107-116.