ШЛИФОВАНИЕ  СТЕКОЛ  С  ОБРАЗОВАНИЕМ  ВЫПУКЛОСТИ  ИНСТРУМЕНТОМ,  ОСНАЩЕННЫМ  УПРУГИМИ  ЭЛЕМЕНТАМИ

Лебедев  Павел  Владимирович

магистрант,  Арзамасский  политехнический  институт  (филиал)  Нижегородского  государственного  технического  университета

им.  Р.Е.  Алексеева,  РФ,  г.  Арзамас

E-mail:  pawellebedew@yandex.ru

Игнатьев  Дмитрий  Анатольевич

канд.  техн.  наук,  доцент,  Арзамасский  политехнический  институт  (филиал)  Нижегородского  государственного  технического  университета

им.  Р.Е.  Алексеева,  РФ,  г.  Арзамас

E-mail:  pawellebedew@yandex.ru

GRINDING  GLASS  WITH  THE  FORMATION  OF  BULGE  TOOL  WITH  ELASTIC  ELEMENTS

Pavel  Lebedev

master  of  degree  of  Engineering  and  Technology,  Arzamas  Polytechnic

Institute,  Russia,  Arzamas

Dmitry  Ignatiev

candidate  of  Technical  Sciences,  Associate  Professor,  Arzamas  Polytechnic  Institute,  Russia,  Arzamas

АННОТАЦИЯ

В  научно-исследовательской  работе  рассмотрен  процесс  торцевого  шлифования  с  использованием  шлифовального  круга,  оснащенного  системой  виброгашения.  При  обработке  таким  инструментом  выявлено,  что  после  первого  прохода  инструмента  на  обработанной  поверхности  образуется  выпуклость,  которая  срезается  при  возвратном  движении  инструмента.  Инструмент,  оснащенный  системой  виброгашения,  позволяет  повысить  производительность  за  счет  возможности  увеличения  срезаемого  слоя.

ABSTRACT

In  The  research  work  consider  of  the  process  of  butt  end  grinding,  with  the  use  of  grinding  wheel,  equipped  with  system  of  vibration  damping.  At  processing  such  a  tool  found  that  after  the  first  pass  tool  on  the  machined  surface  of  the  bulge  is  formed  which  is  cut  off  during  the  return  movement  of  the  tool.  Tools  equipped  with  a  vibration  damping  system  improves  performance  by  allowing  the  increase  of  the  shear  layer

Ключевые  слова:  шлифование;  стекло;  выпуклость.

Keywords:  grinding;  glass;  bulge.

В  настоящие  время  детали  из  хрупких  неметаллических  материалов  получили  большое  распространения  в  машиностроении,  приборостроении  и  радиоэлектронике,  а  также  в  оптической  промышленности.  На  рис.  1  представлена  базовая  деталь,  выполненная  из  ситалла  и  предназначенная  для  высокоточного  прибора  (лазерного  гироскопа).

Рисунок  1.  Моноблок  гироскопа

Для  таких  деталей  предъявляются  высокие  требования  к  точности  и  качеству  исполнительных  поверхностей.  Указанные  материалы  в  связи  с  их  физическими  характеристиками  (высокая  твердость,  хрупкость)  обрабатываются  в  основном  абразивными,  чаще  алмазными  инструментами  [2].

Шлифование  алмазным  инструментом  независимо  от  вида  выполняемой  операции  представляет  собой  процесс  хрупкого  разрушения  стекла,  которое  происходит  в  результате  царапающего  воздействия  закрепленных  зерен.  Когда  режущая  кромка  зерна  вступает  в  контакт  со  стеклом,  в  его  поверхностном  слое  под  действием  сил,  совпадающих  с  направлением  подачи  и  направлением  движения  зерна,  возникает  внутреннее  напряжение.  По  мере  нарастания  силы  резания  напряжение  увеличивается,  достигает  предела  прочности  стекла  и  превышает  его.  При  этом  перед  режущей  кромкой  зерна  появляются  трещины,  направленные  в  сторону  его  движения.  Происходит  хрупкое  разрушение  стекла  —  выкалывание  частиц,  отделяемых  от  основной  массы.  В  дальнейшем  зерно  вновь  входит  в  контакт  со  стеклом,  процесс  нарастания  усилий,  напряжений  и  разрушение  повторяется.

На  работающее  алмазное  зерно  действует  сила  Р_р  (рис.  2),  с  которой  стекло  сопротивляется  оказываемому  на  него  разрушающему  воздействию.  Составляют  ее  Р_у  —  осевая  сила,  направленная  в  сторону,  противоположную  усилию  прижима  зерна  к  стеклу;  Р_х  —  сила,  действующая  в  плоскости  движения  зерна  по  стеклу  и  направленная  в  противоположную  сторону  подачи;  Рz  —  сила,  действующая  в  плоскости  движения  зерна  по  стеклу  и  направленная  по  касательной  к  вращательному  движению  круга  в  обратном  направлении  [1]. 

Сила  Р_у  стремится  переместить  зерно  в  глубь  материала,  но  встречает  сопротивление  последней.  Таким  образом,  исходя  из  условия  прочности,  минимальное  значения  зерна,  необходимое  для  процесса  резания,  можно  определить  из  следующего  выражения:

,  (1)

где:    —  предел  прочности  материала  при  сжатии;

  —  площадь  пятна  контакта  зерна.

Рисунок  2.  Схема  действия  сил  на  алмазное  зерно  и  стекло  в  процессе  шлифования

В  общем  случае,  когда  на  поверхность  действует  не  одно  зерно,  минимальную  силу  прижима,  необходимую  для  процесса  резания,  можно  рассчитать,  пользуясь  следующим  выражением: 

,  (2)

где:    —  площадь  контакта  инструмента  с  заготовкой;

  —  концентрация  зерен  на  поверхности  инструмента.

В  случае  жесткого  закрепления  абразивных  зерен,  на  обработанной  поверхности  в  районе  зоны  врезания  и  выхода  инструмента  наблюдаются  сколы  и  трещины,  что  в  некоторых  случаях  приводит  к  появлению  неисправимого  брака.  При  торцевом  шлифовании  на  низкой  скорости  резания  (до  800  мин^-1)  круг  начинает  перегреваться,  то  же  самое  происходит  при  увеличении  глубины  резания,  что,  в  свою  очередь,  приводит  к  снижению  производительности. 

В  случае,  когда  шлифование  производится  инструментом,  в  состав  которого  входят  упругие  элементы  (упругий  подвес  рабочей  части),  сила  прижима  инструмента  будет  величиной  непостоянной  и  будет  зависеть  от  жесткости  упругих  элементов,  а  также  от  площади  контакта  инструмента  с  заготовкой.  На  рис.  3  представлена  схема  торцевого  шлифования  инструментом  с  упругим  подвесом  рабочей  части.  Такая  конструкция  также  позволит  снизить  амплитуду  колебаний  шпинделя  станка,  передаваемую  на  обрабатываемую  поверхность.

Рисунок  3.  Схема  обработки  заготовки  кругом,  оснащенным  системой  виброгашения

Процесс  обработки  происходит  при  выполнении  условия  (),  когда  минимальная  сила  прижима,  необходимая  для  процесса  резания,  будет  меньше  упругой  силы,  развиваемой  упругими  элементами  шлифовального  круга.  Поэтому  процесс  обработки  осуществляется  в  следующем  порядке:  в  момент  врезания  шлифовального  круга  сила  сопротивления  врезания  инструмента  в  материал  минимизируется,  и,  следовательно,  глубина  резания  в  начальный  момент  приблизится  к  заданному  значению.  В  дальнейшем  при  увеличении  площади  контакта  рабочая  часть  круга  поднимется  на  определенную  величину  до  момента,  в  котором  минимально  необходимая  сила  резания  уравновесится  упругой  силой.  На  выходе  инструмента  наблюдается  обратный  эффект.  Таким  образом,  процесс  резания  инструментом,  оснащенным  упругими  элементами,  является  постепенным.  Глубина  резания  будет  непостоянной,  зерна  врезаются  в  обрабатываемый  материал  постепенно,  тем  самым  уменьшая  ударные  воздействия  инструмента. 

Такая  обработка  позволяет  повысить  производительность  и  качество  обработанной  поверхности.  Сколы,  которые  образуются  на  поверхности  во  время  врезания  и  выхода  инструмента,  минимизируются  за  счет  упругих  элементов,  которые  позволяют  перемещаться  рабочей  части  инструмента  в  вертикальном  направлении.

В  ходе  эксперимента  было  выявлено,  что  такой  инструмент  позволяет  производить  обработку  при  таких  глубинах  резания  (до  1  мм),  при  которых  круг,  применяемый  в  действующей  технологии  обработки  данной  детали,  начинает  перегреваться  и  им  приходится  достигать  заданной  глубины  за  несколько  проходов  с  переналадкой  оборудования.  Но  в  связи  с  тем,  что  рабочая  часть  инструмента  имеет  вертикальное  перемещение  в  ходе  эксперимента  при  глубине  резания  в  1  мм,  после  первого  прохода  на  обработанной  поверхности  появляется  выпуклость  (ГОСТ  24462-83),  образованная  в  направлении  траектории  прямолинейного  движения  шлифовального  круга  с  упругим  подвесом  рабочей  части,  с  различной  толщиной  детали  в  сечении,  величина  которой  меняется  в  зависимости  от  подачи  (чем  больше  подача,  тем  больше  выпуклость),  но  при  обратном  движение  выпуклость  срезается  и  плоскость  входит  в  поле  допуска.  В  случае  обработки  кругом,  применяемом  в  действующей  технологии  при  глубине  резания  в  1  мм,  приходилось  обрабатывать  за  три  прохода  инструмента,  в  противном  случае  круг  перегревался.  Также  в  зонах  врезания  и  выхода  инструмента  не  наблюдалось  сколов. 

Список  литературы:

1.Справочник  технолога-оптика:  справочник/И.Я.  Бубис,  В.А.  Вейденбах,  И.И.  Духопел  и  др.;  под  общ.  Ред.  С.М.  Кузнецова  и  М.А.  Окатова.  Л.:  Машиностроение,  Ленингр.  отд-ние,  1983.  —  414  с.,  ил.

2.Филимонов  Л.Н.  Плоское  шлифование/Под  ред.  В.И.  Муцянко.  3-е  изд.,  перераб.  и  доп.  Л.:  Машиностроение,  Ленингр.  отд-ние,  1985.  —  109  с.