РОЗДІЛ 2
ДОСЛІДЖЕННЯ ВПЛИВУ ТЕМПЕРАТУРНОГО ПОЛЯ В ЗОНІ ШЛІФУВАННЯ НА ЯКІСТЬ ПОВЕРХНЕВОГО
ШАРУ РІЗЬБИ
2.1. Дослідження розподілу густини теплового потоку по різних ділянках профілю,
що шліфується
Відомо, що якість поверхневого шару різьби ходових гвинтів залежить від
температури в зоні обробки. Перевищення критичного рівня цієї температури
призводить до появи шліфувальних дефектів — припіків і мікротріщин, які різко
погіршують експлуатаційні властивості оброблених деталей. Наприклад, зменшення
твердості поверхневого шару з 60 HRC до 50 HRC призводить до зниження
контактної міцності у два рази [108]. У цьому зв'язку задача визначення
раціональних режимів шліфування (при яких не утвориться шліфувальний дефект), а
також задача діагностики технологічної системи є актуальними. Однак визначення
температури профільного шліфування відноситься до числа проблемних питань у
зв'язку з тим, що густина теплового потоку в зоні різання є різною на різних
ділянках профілю. Як правило, густину теплового потоку визначають
розрахунково-експериментальним методом, відповідно до якого експериментально
визначають потужність, затрачувану на різання, і розраховують площу плями
контакту при відомих режимах обробки. Такий підхід не дозволяє керувати
процесом, оскільки оцінка теплонапруженості здійснюється після того, як процес
закінчився.
Відомо метод визначення густини теплового потоку на різних ділянках профілю
круга, відповідно до якого оцінку теплонапруженості процесу роблять на етапі
врізання профільного шліфувального круга в заготовку, визначаючи відношення
приросту потужності шліфування до приросту площі плями контакту [37]. Однак,
цей метод дотепер не одержав належного теоретичного обгрунтування, чому і
присвячений даний розділ. Для теоретичного дослідження густини теплового потоку
по профілю довелося вжити імітаційне моделювання процесу, у результаті якого
густину теплового потоку визначають не через обмірювану потужність шліфування,
а через питому роботу шліфування [52]. Перевагою такого підходу є те, що в
результаті геометричних розрахунків можуть бути знайдені миттєві значення
глибин шліфування в кожній точці профілю, а, отже, у кожній точці профілю буде
відома густина теплового потоку.
Однак поряд із цією перевагою є недоліки, а саме: питома робота вибиралася
довільно, але з діапазону можливої її зміни; питома робота приймалася
постійною, тобто не залежною від режимів шліфування.
Густина теплового потоку може бути виражена через режими різьбошліфування таким
чином [35]
, (2.1)
де — коефіцієнт тепловоду, що характеризує частку теплової енергії, що
переходить у заготовку;
— питома робота шліфування, Дж/мм3;
— нормальна до профілю круга глибина шліфування, мм;
— довжина дуги контакту в напрямку вектора швидкості заготовки, мм;
— вертикальна глибина шліфування (у напрямку поперечної подачі круга), мм;
— еквівалентний діаметр, мм;
— діаметр шліфувального круга, мм;
— діаметр заготовки, мм;
— час дії теплового джерела, с.
В формулі (2.1) позначимо як . З аналізу залежності (2.1) виходить, що миттєва
густина теплового потоку визначається значеннями миттєвих величин і . Для
аналітичного розрахунку розподілу густини теплового потоку розглянемо схеми
формування канавки різьби напівкруглого профілю для першого (рис. 2.1) і
наступних (рис. 2.2) проходів.
Рис. 2.1. Схема формування канавки різьби напівкруглого профілю для першого
проходу
Для визначення вертикальної (миттєвої) глибини шліфування розглянемо
геометричну схему (рис. 2.1). Видно, що
. (2.2)
У свою чергу із прямокутного трикутника О1СD відрізок О1С= .
Тоді
, (2.3)
де — величина поперечної подачі на першому проході, мм;
— радіус профілю шліфувального круга, мм;
— кут, що визначає положення розглянутої точки на профілі круга і змінюється в
інтервалі .
Рис. 2.2. Схема формування канавки різьби напівкруглого профілю для наступних
проходів
Нормальна глибина шліфування може бути знайдена таким чином (рис. 2.1)
. (2.4)
Формули (2.2) — (2.4) справедливі в наступному інтервалі зміни кута . Кут
знаходимо із трикутника О1FG
. (2.5)
З урахуванням формул (2.3) і (2.4) одержимо
. (2.6)
Для наступних проходів, починаючи із другого, вертикальна глибина шліфування ,
де — глибина шліфування на m-му (m>1) проході (рис. 2.2). Величину знаходимо як
різницю між відрізками О2С і О2А. Відрізок О2А визначається із трикутника О1АО2
за теоремою косинусів
.
Тоді для наступних (починаючи із другого) проходів залежність (2.1) приймає вид
.(2.7)
Формула (2.7) справедлива в інтервалі кута , що змінюється від 0о до деякого
критичного значення кута . Кут знаходимо із прямокутного трикутника О2GD (рис.
2.2), у якому катет О2G дорівнює сумі відрізків О2F і . Причому
О2F= .
Тоді відрізок О2G
;
. (2.8)
На ділянці профілю, де кут змінюється в інтервалі , нормальну глибину
шліфування знаходимо як різницю відрізків і . Відрізок знайдемо із трикутника .
Тоді
.
Величину знайдемо як різницю відрізків і . Відрізок знайдемо із трикутника .
Тоді визначимо як
.
У свою чергу для знаходження необхідно знайти відрізки і . Відрізок знайдемо із
трикутника . За теоремою косинусів
.
Відрізок дорівнює різниці відрізків (трикутник О2FK) і (трикутник О2GD)
.
Кут із трикутника за теоремою косинусів
;
. (2.9)
Тут
;
.
Із трикутника О2FE знаходимо
(2.10)
Тоді густина теплового потоку на ділянці профілю складе
. (2.11)
Густина теплового потоку на бічних ділянках профілю
, (2.12)
де — кут, що визначає положення розглянутої точки, яка ле
- Київ+380960830922