Проблемы изготовления корпуса компенсатора

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

гидротолкатель компенсатор погрешность шлифование

Введение

1. Служебное назначение и условия работы гидротолкателя

1.1 Условия эксплуатации гидротолкателя, физико-механические характеристики материала корпуса, ТУ на изготовление рабочих поверхностей корпуса

1.1.1 Условия эксплуатации гидротолкателя

1.1.2 Технические требования

1.2 Технологические проблемы изготовления рабочих поверхностей корпуса компенсатора

2. Обзор и анализ факторов, влияющих на формирование погрешностей при круглом наружном бесцентровом шлифовании

2.1 Погрешности формы, возникающие в поперечном сечении детали

2.2. Погрешности формы, возникающие в продольном сечении детали

2.3 Виды брака при круглом наружном бесцентровом шлифовании

2.4 Выбор и назначение характеристик абразивного инструмента в зависимости от требований по точности и шероховатости шлифуемой поверхности при бесцентровом шлифовании

2.4.1 Выбор зернистости абразивного круга

2.4.2 Выбор связки

2.4.3 Выбор твердости

2.4.4 Выбор структуры

2.5 Рекомендации по выбору характеристик абразивного инструмента для бесцентрового шлифования стали 12ХН3А

2.6 Правка кругов

2.7 Смазочно-охлаждающие технологические среды

2.8 Режимы шлифования

2.9 Вывод из обзора и постановка задач исследования

3. Аналитическое описание сил резания при наружном бесцентровом шлифовании, анализ полученных зависимостей

3.1 Постановка и решение задачи о расчете усилий на контакте в экстремальных условиях

3.2 Анализ влияния условий шлифования на изменение составляющих силы резания

4. Расчет сил резания в зависимости от условия операции шлифования и характеристик абразивного инструмента

4.1 Алгоритм программы для расчета Pz

4.2 Программа для расчета Pz при круглом наружном бесцентровом шлифовании

4.3 Результаты расчета силы резания

5. Алгоритм формирования абразивного инструмента переменной характеристики, обеспечивающего временную стабильность сил при наружном бесцентровом шлифовании

6. Обсуждение результатов исследования, выводы и рекомендации

7. Экономическая часть

8. Охрана труда

8.1 Анализ вредных и опасных производственных факторов

8.2 Местная вытяжная вентиляция

8.3 Расчет объема удаляемого воздуха и подбор вентилятора

Список использованных источников

Введение

Качество машины, надежность, долговечность и экономичность в эксплуатации зависит не только от совершенства ее конструкции,

но и от технологии производства. Применение прогрессивных высокопроизводительных методов обработки, обеспечивающих высокую точность и качество поверхностей деталей машин, методов упрочнения рабочих поверхностей, повышающих ресурс работы деталей и машины в целом, эффективное использование современных автоматических и поточных линий, станков с программным управлением (в том числе и многооперационных), электронных вычислительных машин и другой новой техники, применение прогрессивных форм организации и экономики производственных процессов - все это направлено на решение главных задач: повышения эффективности производства и качества продукции. Качество изготовления продукции определяется совокупностью свойств процесса ее изготовления, соответствием этого процесса и его результатов установленным требованиям. Основными производственными факторами являются качество оборудования и инструмента, физико-химические, механические и другие свойства исходных материалов и заготовок, совершенство разработанного технологического процесса и качество выполнения обработки и контроля,

В машиностроении показатели качества изделий весьма тесно связаны с точностью обработки деталей машин. Полученные при обработке размер, форма и расположение элементарных поверхностей определяют фактические зазоры и натяги в соединениях деталей машин, а следовательно, технические параметры продукции, влияющие на ее качество, надежность и экономические показатели производства и эксплуатации. Все вышеуказанное в полной мере можно отнести к процессу изготовления корпуса компенсатора. Исследованию некоторых из технологических проблем изготовления корпуса компенсатора посвящена настоящая работа.

1. Служебное назначение и условия работы гидротолкателя

Гидротолкатель входит в цепочку газораспределительного механизма двигателя автомобиля ГАЗ-3110 «Волга» и автоматически обеспечиваем беззазорный контакт кулачков распределительного вала с клапанами, компенсируя «тепловое расширения и износ сопрягаемых деталей: кулачков, торцев корпуса гидротолкателя, корпуса компенсатора, клапана, фасок седел и тарелок клапанов.

Привод распределительных валов цепной, двухступенчатый. Первая ступень - от коленчатого вала на промежуточный вал, вторая ступень - от промежуточного вала на распределительные валы. Распределительные валы вращаются в два раза медленнее коленчатого.

Клапаны приводятся в движения от распределительного вала через гидротолкатель, для которых выполнены направляющие отверстия в головке цилиндров.

Гидротолкатель (рис.1) состоит из стального корпуса 2, который выполнен в виде цилиндрического стакана, внутри которого размещен компенсатор с обратным шариковым клапаном. На наружной поверхности корпуса выполнена канавка и отверстие для подвода масла внутрь толкателя из магистрали в головке цилиндров. Для повышения износостойкости наружная поверхность и торец корпуса гидротолкателя нитроцементированы и термообработаны.

Гидротолкатели устанавливаются в расточенные в головке цилиндров отверстия диаметром 35 мм между торцами клапанов и кулачками распределительных валов.

Компенсатор размещен в направляющей втулке 1, установленной и приваренной внутри корпуса гидротолкателя, и удерживается стопорным кольцом 3. Компенсатор состоит из поршня 5, опирающегося изнутри на донышко корпуса гидротолкателя, и корпуса 4, который опирается на торец клапана. Между поршнем и корпусом компенсатора устанавливается пружина 7, раздвигающая их и тем самым выбирающая возникающий зазор. Одновременно пружина 7 прижимает колпачок обратного шарикового клапана 6, размещенного в поршне. Обратный шариковый клапан пропускает масло из полости корпуса гидротолкателя в полость компенсатора и запирает эту полость при нажатии кулачка распределительного вала на корпус гидротолкателя. Работает гидротолкатель следующим образом: при нажатии кулачка распределительного вала на торец корпуса гидротолкателя 2 (открытие клапана) шариковый клапан 6 закрывается, запирая находящееся внутри компенсатора масло, которое становится рабочим телом, через которое передается усилие и движение от кулачка к клапану. При этом часть масла перетекает через зазор в плунжерной паре компенсатора в полость корпуса гидротолкателя, и поршень 5 несколько вдвигается в корпус компенсатора 4. При закрытии клапана, когда снимается усилие с гидротолкателя, пружина 7 компенсатора прижимает поршень 5 и корпус гидротолкателя 2 к цилиндрической части кулачка (затылку), выбирая зазор, шариковый клапан 6 в компенсаторе открывается, впуская в полость компенсатора масло, после чего цикл повторяется [3].

Рис. 1. Гидротолкатель

I - направляющая втулка компенсатора;

2 - корпус гидротолкателя

3 - стопорное кольцо;

4 - корпус компенсатора;

5 - поршень компенсатора;

6 - обратный шариковый клапан;

7 - пружина.

1.1 Условия эксплуатации гидротолкателя, физико-механические характеристики материала корпуса, ТУ на изготовление рабочих поверхностей корпуса

Гидротолкатель работает в условиях высокого давления масла в масленой магистрали, высокой температуры и в условиях постоянного трения. В связи с этим рабочие поверхности корпуса компенсатора (торец и наружная цилиндрическая поверхность) должны обладать высокой термостойкостью, износостойкостью, контактной прочностью которые обеспечиваются выполнением его из стали 12ХН3А и термообработка рабочих поверхностей до твердости: цементируемого слоя 56 HRC_э; сердцевины 26...41,5 HRC_э. Химсостав и физико-механические характеристики стали 12ХН3А приведены в табл. 1, 2.

Таблица 1

Химический состав в %

Сталь	С	Si	Мn	Сг	Ni
12ХН3А	0,09-0,16	0,17-0,37	0,30-0,60	0,60-0,90	2,75-3,15

Таблица 2

Характеристики механических свойств

Сталь	т, кгс/мм2	в, кгс/мм2	s, %	%	, КГСМ/СМ2
12ХН3А	70	95	11	55	9

1.1.1 Условия эксплуатации гидротолкателя:

1. Рабочая жидкость - масло моторное универсальное для автомобильных карбюраторных двигателей M-53/IOR1 ГОСТ 10541-78;

2. Давление рабочей жидкости, подводимой к гидротолкателю от системы смазки двигателя - 0,5...5 кгс/см²;

3. Температура рабочей жидкости: рабочая - -20°С...+90°С, предельная - -45°С...+150°С;

4. Чистота рабочей жидкости на входе в гидротолкатель обеспечивается фильтрацией через установленный в системе смазки двигателя фильтр с тонкостью фильтрации 25...30 мкм.

Технические условия на точность изготовления, точность взаимного расположения и шероховатость рабочих поверхностей корпуса компенсатора приведены на рис. 2. Основными из них являются следующие: по наружному диаметру Д (ш 14/О/ [ 0,002], Ra 0.32), по внутреннему диаметру (ш 10,8/О/ [ 0,002],© [0,005][Д], Ra 0.16). Жесткие требования по указанным параметрам точности взаимного расположения и шероховатости рабочих поверхностей корпуса компенсатора определяют ряд технологических проблем по существующему маршруту изготовления корпуса компенсатора.

1.1.2 Технические требования (к рис. 2)

1. Нитроцементировать кругом h 0,2...О,45 мм ?56 HRC_э слоя, 26... .41,5 HRC_э, сердцевины. Замер на образце-свидетеле. Допускается отсутствие нитроцементированного слоя по поверхностям Д₂, Д₃, Д, канавки К и торцов Т, Т₁ Группа контроля 3-2НЦ ОСТ 100021-78. Допускается цементирование деталей.

2. Обработать холодом при температуре минус (60-70)°С в течение двух часов.

3. Неуказанные размеры и предельные отклонения размеров, формы и расположения поверхностей по ОСТ 100022-80.

4. * Размер обеспечить инструментом.

5. Трещины не допускаются. Контроль деталей на отсутствие трещин 5% от партии.

6. ** Размеры для штампованного варианта. Материал лента:

2,4-15ХГЮА ТС 40-14-2001.

7. Допускается изготовление деталей из стали 12ХН3А ГОСТ 4543-71.

8. Допускается использование материала сортамента круг 15-h12 ГОСТ 7417-75.

1.2 Технологические проблемы изготовления рабочих поверхностей корпуса компенсатора

Как было отмечено выше, рабочими поверхностями корпуса компенсатора являются наружная и внутренняя цилиндрическая поверхности. Для подробного рассмотрения технологических проблем, возникающих при их изготовлении, приведем существующий маршрут обработки корпуса компенсатора (табл. 3)

Анализ приведенного технологического маршрута изготовления корпуса компенсатора, показывает, что технические требования по точности, отклонения формы и взаимному расположению рабочих поверхностей, шероховатости рабочих поверхностей формируются на следующих операциях: по наружному диаметру Д на четырех операциях - оп. 5 автоматная (Ш 14,5_-0,24 ,R_z 20), оп. 20 бесцентрово-шлифовальная (Ш 14,14_-0,04 ,R_а 1,25), оп. 70 бесцентрово-шлифовальная (Ш 14,07_-0,02, /О/ [0,004],R_z 0,63), оп. 88 бесцентрово-шлифовальная (Ш 14_-0,006 , /О/ [0,001], R_а 0,32). Причем при выполнении этих операций снимаются следующие припуски: оп. 5 2Z_max=0,74мм, оп. 20 2Z_max=0,4мм, 2Z_min=0,12мм, оп.70 2Z_max=0,09мм, 2Z_min=0,03мм, оп. 88 2Z_max=0,076мм, 2Z_min=0,05мм. Неправильный выбор режимов резания, а также неправильный подбор режущего инструмента, может повлиять на возникновение больших внутренних напряжений по контуру детали, что может привести к дефекту гидротолкателей, как во время дальнейшей обработки, так и во время сборки, испытаний и эксплуатации. Деталь является тонкостенной (толщина стенки ~1,5 при наружном диаметре 14мм.) и поэтому обработку необходимо вести на не интенсивных режимах резания во избежание ее нагрева, что может привести к короблению детали. На оп. 88, бесцентрово-шлифовальная очень высокие требования к геометрии детали, поэтому несоблюдение этих требований приводит к переносу негативных параметров на последующую операцию (Вн/шлиф.) где тоже заданы высокие требования к геометрии детали. После обработки всех выше перечисленных операций производится соответствующий контроль по замеру соответствия размеров и формы изготовленной детали конструкторским требованиям, что исключает возможность передачи деталей не соответствующих заданным параметрам на последующие операции механической обработки.

2. Обзор и анализ факторов, влияющих на формирование погрешностей при круглом наружном бесцентровом шлифовании

2.1 Погрешности формы, возникающие в поперечном сечении детали

При бесцентровом наружном шлифовании обрабатываемая поверхность является одновременно и базирующей, поэтому в данном случае существует, если можно так выразиться обратная связь, т. е. результат шлифования за какой-то промежуток времени влияет на дальнейший процесс шлифования. Допустим, что в какой-то момент шлифования возникла погрешность геометрической формы (например, впадина). При центровом шлифовании эта погрешность устраняется, при дальнейшей обработке и шлифуемая поверхность получается строго концентричной оси изделия. При бесцентровом шлифовании эта погрешность может быть причиной возникновения новых погрешностей и привести к окончательному искажению геометрической формы обрабатываемой поверхности. То же самое может произойти, если обрабатываемая поверхность имела погрешности, оставшиеся от предыдущей обработки. Задача при наладке бесцентрово-шлифовального станка заключается в том, чтобы уменьшить влияние этих погрешностей на окончательную точность шлифуемой поверхности. Поскольку деталь жестко не закреплена, то большое влияние на качество шлифования имеет положение детали в рабочей зоне станка в момент шлифования. Это положение зависит от формы рабочей зоны станка, которая определяется расположением точек контакта обрабатываемого изделия с кругом и опорным ножом. В зависимости от формы рабочей поверхности ножа и от положения оси детали относительно линии центров кругов рабочая зона станка может иметь различную форму.

Предположим, что ось детали совпадает с линией, проходящей через центр кругов (рис,4а) проведем касательные в точках контакта детали с кругами и получим, что деталь вращается между параллельными плоскостями, расстояние между которыми постоянно. Практикой доказано, что в данном случае деталь может получиться не круглой, Если же точка контакта детали с кругами лежит выше линии центров кругов, то рабочая зона станка примет V- образную форму, способствующую получению более точной геометрической формы детали. Из этого следует что, при бесцентровом шлифовании необходимо делать наладку станка таким образом, чтобы центр детали на какую-то величину h превышал линию центров кругов. Известно, что валик правильной цилиндрической формы может вращаться вокруг своей оси, находясь в квадратном отверстии, причем сторона квадрата равна диаметру валика. Точно также может вращаться и валик с поперечным сечением в виде трехгранника, но с несколько криволинейными сторонами. Особенность такого сечения состоит в том, что все диаметральные его размеры равны друг другу. Такой граненый валик также легко будет вращаться, находясь в постоянном контакте с двумя параллельными плоскостями. Это значит, что если в таких условиях шлифовать граненую деталь, то первоначальная гранность все время будет как бы воспроизводиться, т. е. она никогда не может быть выведена. Больше того, при наличии погрешности процесса шлифования (радиальное биение кругов) при данном методе шлифования могут возникнуть предпосылки для получения псевдоокружности из идеально круглой детали.

Если же такой валик вращать в призме, то в некоторые моменты валик будет опираться о поверхность призмы вершинами гранности.

А поскольку призма представляет собой форму рабочей зоны станка, то гранность в данном случае быстро выводится. Следовательно, для получения лучшей формы обрабатываемой детали ее центр не должен совпадать с линией центров кругов. Причем большинство деталей шлифуется при установке центра детали выше линии центров. Исключение составляет обработка длинных, тонких деталей типа прутков, центр которых устанавливается ниже оси центров.



Рис. 2.1 Псевдоокружность

Следует отметить, что чем выше помещается центр изделия по отношению к линии центров, тем больше трехгранность (псевдоокружность) склонна к исчезновению. Однако нельзя переходить определенный предел, выше которого возникают вибрации изделия, и появляется овальность.

Вращение детали, лежащей на опорном ноже, осуществляется ведущим кругом. Величина момента вращения зависит от усилия, с которым деталь прижимается к ведущему кругу, и от коэффициента трения между деталью и ведущим кругом. Прижим детали к ведущему кругу происходит под действием составляющей веса детали и усилия шлифования. Вращению детали ведущим кругом препятствует момент сил трения детали об опорную поверхность ножа.

Рис. 2.2 График изменения величины гранности в зависимости от положения точки контакта детали с ведущим кругом относительно центровой линии

Эти моменты вызывают торможение детали. Для обеспечения при шлифовании равномерного, без проскальзывания по отношению к ведущему кругу вращения детали необходимо, чтобы момент вращения на ведущем круге преодолевал торможение. Это достигается в том случае, когда деталь расположена на ноже возможно ближе к шлифующему кругу, так как при этом уменьшается плечо сил резания относительно точки опоры детали с ножом.

Чтобы обеспечить надежность прижима детали к ведущему кругу, необходимо:

1. Повысить режимы шлифования.

Возможность увеличения режима связана с величиной припуска, оставляемого на шлифование, требованием к качеству шлифуемой поверхности, деформацией детали при обработке, прочностью абразивного инструмента, мощностью и жесткостью станка. Повышение режима шлифования усиливает прижим детали к опорной поверхности ножа. Но нельзя бесконечно увеличивать режимы шлифования т.к. увеличивается трение и износ поверхности ножа и возникают задиры на обрабатываемой поверхности.

2. Увеличить угол скоса опорного ножа.

Угол скоса выполняется в пределах 0-30°. Дальнейшее его увеличение уменьшает прочность ножа и увеличивает давление детали на него. Чаще всего применяют ножи с углом скоса до 30°.

3. Дополнительно прижать деталь к ведущему кругу прижимным роликом или планками.

При бесцентровом шлифовании используют опорный нож не с горизонтальной опорной поверхностью, а с наклоном в сторону ведущего круга, что способствует более быстрому получению необходимой геометрической формы детали. В этом случае при контакте детали с опорной поверхностью ножа ведущим кругом центр детали поднимается вверх по наклонной поверхности ножа, а шлифующий круг снимает с противоположной стороны выступа меньший слой материала; некруглость исходной формы постепенно сглаживается, и шлифуемая деталь приобретает цилиндрическую форму.

Вторым видом погрешности, зависящей от величины h , является овальность. Овальность хорошо выводится, если центр детали находится на центровой линии кругов или как можно ближе к ней (рис.7, 1 - при h₀ =-5 mm; 2 - при расположении центра детали на линии центров кругов (h₀=O); 3 - при h₀=+5 мм; 4 - при h₀=+10 мм; 5 - при h₀=+20 мм).

Для вывода овальности нужно снять излишек металла с диаметрально противоположных сторон в направлении большей оси. Следовательно, увеличение h положительно сказывается на выводе гранности и отрицательно на выводе овальности. Таким образом, при выборе h необходимо обеспечить оптимальное значение этих параметров. Наглядно это можно представить графически. Из графика видно, что нужно обеспечить величину А, соответствующую точке А пересечения двух кривых.

Как уже упоминалось, при большом h появляются вибрации.

О . 1 2 3 4

Число проходов

Рис. 2.3. График изменения величины овальности в зависимости от числа проходов при различных высотах контакта детали с ведущим кругом

h,мм

Рис. 2.4. Зависимость гранности и овальности шлифуемого изделия от величины h.

Помимо величины h, при наладке станка нам необходимо знать величину h_о, которая определяет, на какой высоте точка контакта ведущего круга и детали отстоит от линии центров. Эта величина необходима для правильной установки правящего инструмента при правке ведущего круга. Она определяется по формуле:

h₀= ±h/(l+d/D) мм,

где d - диаметр изделия в мм;

D - диаметр ведущего круга в мм.

В. И. Муцянко [17] дает номограмму, по которой в зависимости от диаметра шлифуемой детали d и диаметра ведущего круга D можно определить величину h и ho.

Порядок пользования номограммой следующий. По шкале находится точка, соответствующая значению, диаметра шлифуемой детали. Из этой точка проводится горизонталь до пересечения с одной из линий А, Б, В, которая выбирается в зависимости от операции шлифования (комбинированное А, предварительное Б, окончательное В). Из точки пересечения на шкалу А опускается перпендикуляр. Полученное значение h является искомой высотой установки детали над линией центров кругов.

Для определения величины h₀ определяем отношения диаметра обработанной детали d к фактическому диаметру ведущего круга. По школе d/D находится точка, соответствующая установленному отношению d/D, из которой проводится горизонталь до пересечения с перпендикуляром, восстановленным к шкале h из точки, отвечающей ранее определенному значению h. Через точку пересечения из начало координат (точка О) проводится прямая до шкалы h₀. Точка пересечения прямой со шкалой h₀ дает требуемую величину смещения державки с правящим инструментом.

Величины h=7,5 мм и h_о=6,6 мм определятся по номограмме, в зависимости от диаметра шлифуемой детали d и диаметра ведущего круга D.

Рис. 2.5. Положение обрабатываемой детали при установке ее центра выше линии центров кругов

Рис. 2.6. Номограмма расчета высоты установки деталей и смещения правящего инструмента

Положение детали в рабочей зоне, а следовательно, и качество шлифования, в очень большой степени зависит от контакта шлифуемой детали с ведущим кругом. Для обеспечения устойчивого положения детали во время шлифования необходимо, чтобы она контактировала с кругом по всей образующей. При сквозном методе шлифования столб деталей, проходящий между кругами в рабочей зоне, может иметь одну из следующих форм:

1. Форма конуса, направленного меньшим диаметром в сторону выхода прошлифованных деталей, образуется при условии, что шлифовальный круг будет иметь форму.

2. Если шлифующий круг имеет форму, указанную на, то столб деталей приобретает форму тела вращения с образующей, идентичной образующей шлифующего круга, т. е. сочетание усеченного конуса с цилиндром.

В любом случае столб деталей должен иметь общие точки контакта с поверхностью ведущего круга и поддерживающего ножа. Для простоты рассуждений сначала представим себе, что ведущий круг и нож соприкасаются с цилиндрическим столбом деталей, после чего произведем некоторую корректировку с учетом действительной формы столба шлифуемых деталей. Известно, что для осуществления продольной подачи шлифуемых деталей ось ведущего круга находится под углом, а к оси шлифующего круга. Если ведущий круг оставить цилиндрическим, то он будет в контакте с цилиндрическим изделием только в одной точке. Необходимо ведущему кругу придать, такую форму, чтобы он находился в контакте с деталью по какой-то непрерывной линии. В первом приближении можно считать, что такому условию удовлетворяет гиперболоид вращения. Гиперболоид является линейчатой поверхностью, т. е. поверхностью, образованной вращением вокруг оси, скрещенной с нею, но не пересекающей ее прямой линии.

Представим себе, что мы смотрим на ведущий круг со стороны шлифующего круга (рис.12). Ось ведущего круга наклонена к оси шлифующего круга (к горизонтальной плоскости) под углом б. Если шлифование будет происходить с расположением центра детали на центровой линии кругов, то линией контакта должна быть прямая 1-1, но, как уже было отмечено, круг в виде цилиндра высотой Н в сечении 1-1, имеет форму бочки, поэтому контактировать по прямой линии не может.

Если нужно произвести правку, так, чтобы правящее острие перемещалось по прямой 1-1, то круг приобретает форму симметричного гиперболоида (с образующей прямой 1-1 и с образующей гиперболой I-I). Высота гиперболоида в данном случае равна ширине круга Н, горловое сечение его находится в плоскости СД. Точную форму шлифуемой детали нельзя получить при расположении центра ее на линии центров кругов. Нужно учесть еще одно обстоятельство, отрицающее расположения центра детали на центровой линии кругов.

Если ведущий круг будет иметь форму симметричного гиперболоида и деталь расположёна своим центрам на линии центров кругов (рис.13), то, вопреки ожиданиям, даже при совмещении образующей детали с прямой образующей гиперболоида (учитывая, что как цилиндр, так и гиперболоид являются линейчатыми поверхностями) непрерывного контакта не произойдет. Это объясняется явлением телесности соприкасающихся тел. Деталь соприкасается с поверхностью ведущего круга только по двум точкам а и в, расположенные со стороны торцов круга. Деталь окажется как бы закрытой между двумя кругами и возможности варьирования при наладке станка исключается. В частности, нельзя будет центр детали поднять или опустить относительно центра линии кругов. Поскольку в целях точности обработки есть необходимость поднять центр детали выше центровой линии, то понятно, что линия контакта детали с ведущим кругом также поднимется над линией центров. Следовательно, и правящее острие соответственно сместится. Повышение центра детали на величину h приводит к повышению линии контакта детали с ведущим кругом на величину ho. Тогда траекторией движения правящего острия будет линия 2-2 (т. е. линия ожидаемого контакта ведущего круга с деталью). Последняя является прямой образующей другого симметричного гиперболоида высотой Н_m с образующей гиперболой II-II, изображенной на рисунке штрих-пунктирной линией. Действительный круг является только некоторой частью этого гиперболоида, а поэтому он представляет собой однополостный гиперболоид.



Рис. 2.7. Шлифование в случае, когда ведущий круг имеет форму симметричного гиперболоида (регулировка положения центра детали по высоте невозможна)

Горло полного (воображаемого) гиперболоида находится в сечении EF, т. е. за торцом ведущего круга (со стороны подачи деталей в рабочую зону станка), но могут быть случаи, когда горловое сечение расположится внутри ведущего круга (при малом значении величины ho). Итак, положение горла зависит от величины смещения линии контакта ho, что видно из (рис.14; а - при ho=0; б - при + ho (горловое сечение внутри габарита круга); в - при + ho (горловое сечение вне габарита круга); г - при - ho (горловое сечение внутри габарита круга)). Следует отметить, что во всех случаях ведущий круг имеет не симметричную форму и похож на усеченный конус, направленный меньшим диаметром в сторону загрузки, а большим - в сторону выхода прошлифованных деталей. Исключением является случай смещения центра ниже линии центров (рис.14г). Кроме величины ho, форма круга зависит от его диаметра и угла наклона б. С формой же, придаваемой кругу правкой, связаны производительность и точность шлифования, а также дефекты деталей, стоимость правки, длительность службы круга и т. д.

Применение однополостного гиперболоида (т. е. использование пояса поверхности гиперболоида, лежащего целиком по одну сторону горловины) позволяет в целях повышения точности обработки широко варьировать наладочными факторами, как, например, изменением величины hо. Создается свобода установки детали в любом положении над центровой линией кругов, т. е. устраняется замок, который мы видели при расположении центра детали на линии центра кругов.

Было обусловлено в целях простоты рассуждений, что столб деталей в рабочей зоне станка имеет цилиндрическую форму. В действительности столб деталей имеет коническую форму с очень малым углом конуса, соответствующим снимаемому при шлифовании припуску. Столб деталей в рабочей зоне может иметь форму в виде сочетания конуса с цилиндром. Эти обстоятельства вносят некоторые изменения в формообразование ведущего круга. Но эти изменения очень незначительны, поэтому при теоретическом анализе этого вопроса ими можно пренебречь.

Необходимая окончательная форма получается в процессе приработки ведущего круга. После некоторой работы с момента правки круга точность шлифования повышается.

Для того, чтобы уменьшить влияние снимаемого припуска на точность базирования детали, рекомендуется ширину ведущего круга делать на величину S/2 меньше ширины шлифующего круга:

S=*d*tg б ,

где d - диаметр изделия в мм;

б - рабочий угол наклона ведущего крута в градусах.

Поясним это положение. Если ширину ведущего круга взять больше, чем ширину шлифующего, и разница будет выступать со стороны входа в рабочую зону, то деталь, перемещаясь в рабочую зону, меняет свою опорную поверхность, т. е. в первоначальный момент она базируется по нешлифованной поверхности А, которая по мере движения детали по стрелке К уменьшается. Затем, после сошлифовки значительной части детали, базирующей становится прошлифованная поверхность В. В момент смены базы возможны перекосы и нарушение точности детали. Деталь, перемещаясь в осевом направлении, проходит за один оборот путь S, следовательно, и каждая точка детали движется по винтовой линии с шагом S. Точка а, находящаяся в данный момент в контакте со шлифующим кругом, сделав пол-оборота и придя в контакт с ведущим кругом, пройдет в осевом направлении расстояние S/2, и, следовательно, для того чтобы деталь базировалась все время только по одной поверхности (по шлифуемой), необходимо переднюю кромку ведущего круга сместить относительно передней кромки шлифующего круга на величину, равную половине шага S/2. В этом случае деталь базируется только по одной поверхности и погрешности, возникающие в результате смены базы, исключаются.

2.2 Погрешности формы, возникающие в продольном сечении детали

Образование погрешностей формы в продольном сечении происходит иначе, чем в поперечном. Здесь положение детали относительно центровой линии кругов не имеет никакого значения. К основным геометрическим условиям, обеспечивающим наибольшую точность осевого сечения детали, можно отнести следующие:

1. Движение детали должно быть по прямой линии, параллельной оси шлифующего круга. Это значит, что ось детали на всех участках движения, а именно перед входом в рабочую зону, в самой рабочей зоне и при выходе из нее должна всегда лежать на одной общей прямой линии, параллельной оси шлифующего шпинделя. Это может быть только, в том случае, если столб деталей будет плотный, т. е. все детали своими торцами плотно прилегают друг к другу в течение всего рабочего цикла шлифования.

2. Форма рабочей зоны должна обеспечивать непрерывный контакт обоих кругов и поддерживающего ножа со шлифуемой поверхностью детали.

Рассмотрим первое условие. Если детали подаются в рабочую зону станка по направляющим щечкам, то нужно при наладке выдержать условия, указанные на рис. 2.8. Торцы щечек не должны доходить до торцов кругов на 3-5 мм. Регулировку делают с помощью прошлифованной цилиндрической оправки длинной около 300-350 мм с диаметром, равным диаметру обрабатываемой детали. Щечки со стороны шлифующего круга являются предохранительными и должны образовывать зазор с оправкой 0,4-1 мм. Со стороны ведущего круга щечки вместе со скосом ножа образуют призму и непосредственно направляют деталь, как на входной, так и на выходной сторонах станка. Необходимым условием их регулировки является параллельность оси шлифующего шпинделя или параллельность направлению движения деталей. Кроме того, у правой щечки со стороны выхода деталей необходимо предусмотреть небольшой зазор, чтобы детали не отжимались в сторону круга, в противном случае может произойти порча прошлифованной поверхности. Зазор у передней правой щечки обычно делают равным половине снимаемого за один проход припуска.

Рис. 2.8. Схема установки направляющих щечек

Неправильность формы в продольном сечении коротких деталей, как седлообразность, бочкообразность, конусность и др., является обычно следствием неправильной регулировки щечек и ножа.

Так, например, при смещении направляющих щечек в сторону ведущего круга детали получаются с выпуклой образующей. Они разворачиваются относительно левого края ведущего круга, изменяя направление движения (положение II). При этом округляется одна сторона детали, и она принимает форму положения III. Если бы направляющие на выходной стороне были установлены правильно, то детали остались бы такой формы. Если же щечки смещены в сторону ведущего круга, то при выходе (положение IV) скругляется вторая сторона, и они принимают форму деталей с выпуклой образующей.

Аналогично рассуждая, легко понять образование вогнутости на детали в случае смещения щечек в сторону шлифовального круга. При шлифовании более длинных деталей соответственно получится завал или подрезка концов.

Следует отметить, что бочкообразность и седлообразность, но менее резко выраженные, могут получиться при неправильной установке ножа или неправильной правке ведущего круга. В данном случае контакт деталей с ведущим кругом неправильный. Бочкообразность получится при выпуклой форме контактной линии ведущего круга и седлообразность - при вогнутой (рис.17г).

Особенностью процесса бесцентрового шлифования с продольной подачей является неодинаковая скорость осевого перемещения деталей, в результате чего они могут разойтись в рабочей зоне, при этом торцы выйдут из контакта и столб деталей будет неплотным. Разобщенные детали при шлифовании перекатываются, и в итоге получается неперпендикулярность обработанной поверхности к торцу.

Для анализа этого рассмотрим рис. 2.9. Выше было отмечено, что в обычном, случае, т. е. при положительной величине превышения центра детали над центровой линией, ведущий круг при правке принимает форму однополостного гиперболоидообразного тела. Его малый диаметр (горло) располагается в данном случае в сторону входа деталей, а большой - в сторону выхода прошлифованных деталей. Следовательно, окружные скорости различных точек поверхности ведущего круга будут различны. У малого торца окружная скорость будет наименьшей, а у большого - наибольшей. Эпюра изменения окружных скоростей показана на рис.18. Очевидно, что деталь А и В будут иметь различные скорости осевого перемещения. Допустим, что точка аив являются соответственно точками контакта с ведущим кругом. Окружная скорость ведущего круга в точке а (V') меньше, чем в точке b (V"). В соответствии с правилом проекций сил меньшая окружная скорость круга создает меньшую осевую подачу, т. е. V'<V''. Следовательно, по мере продвижения детали в рабочей зоне зазор между соседними деталями С будет увеличиваться. Для того чтобы не допустить образование зазоров между торцами деталей и сделать столб плотный, нужно создать подпор деталей на выходной, а лучше всего с обеих сторон одновременно. Имеется несколько методов осуществления подпора на входной стороне. Чаще всего его создают при помощи валового приспособления. Детали помещают на пару вращающихся валков. Один из них цилиндрический, а второй - конический. Сила подпора в основном зависит от количества деталей, находящихся на валках, а также от скорости их продольного перемещения. Во всех случаях валки нужно настраивать так, чтобы скорость перемещения деталей на них была больше скорости продольной подачи, сообщаемой собственно ведущим кругом (Другими словами, продольная подача на валках должна быть больше, чем в рабочей зоне). Чем больше разница в величине продольных подач, тем больше сила подпора. Подпор с выходной стороны (или противодавление) создается шлифуемыми деталями, находящимися на выходных направляющих щечках. Их суммарное трение о щечки и нож противодействует движению столба деталей, и это противодействие способствует его уплотнению. Регулировка подпора осуществляется за счет количества оставляемых на щечках деталей. При отсутствии разрывов столба деталей погрешность формы в виде неперпендикулярности образующей к торцу очень хорошо выводится (особенно если ее величина не превышает 0,2-0,4 величины припуска). Практикой установлено, что чем мягче шлифующий круг, тем он лучше исправляет неперпендикулярность. В мягком круге абразивные зерна выкрашиваются из связки при меньших усилиях, чем у твердых.

При затуплении зерна процесс резания сопровождается действием на него увеличивающейся силы резания и когда она превзойдет по величине силу, удерживающую зерно в связке, оно выпадает. Следовательно, мягкий круг обновляет зерна с меньшей степенью притупления, чем твердый. Работая более острыми зернами, он легче срезает металл с обрабатываемой поверхности. Сила резания при работе с острыми зернами меньше и, стало быть, меньше радиальная составляющая Р_у, которая не может перекосить обрабатываемые детали, и процесс идет при плотно прижатых друг к другу торцах.

При более твердых кругах в результате большого притупления зерен сила Р_y возрастает и стремится перекосить детали до полного контакта цилиндрической поверхности с кругом. При этом нарушается контакт торцов соседних деталей, первоначальная неперпендикулярность копируемся в процессе шлифования, и не может быть выведена. Следовательно, если применять более твердый шлифующий круг для вывода имеющейся неперпендикулярности деталей, процесс шлифования нужно вести с большой осевой силой, т. е. с большим подпором столба деталей.

Величина сил подпора с входной и выходной сторон влияет на точность шлифования и при нарушении их оптимального соотношения шлифуемые детали становятся конусными. Поэтому нужно так подбирать силы подпора, чтобы можно было вывести не перпендикулярность и выдержать в заданном допуске конусность. Считается, что ведущий круг может оказывать на столб деталей различное воздействие в зависимости от соотношения величин сил подпора с входной и выходной сторон. Известно, что при сквозном шлифовании продольное перемещения деталей осуществляется обычно за счет наклона оси ведущего круга. Если осевая скорость деталей на валках больше, чем в рабочей зоне, то детали стремятся протолкнуть в осевом направлении с большей скоростью, чем они двигались бы под действием только ведущего круга.



Рис. 2.9 Схема шлифования деталей с исходной неперпендикулярностью цилиндрической поверхности к торцу

Рис. 2.10 Влияние соотношения величин подпоров на входной и выходной сторонах на образование конусности шлифуемых деталей

Если на валках находится такое количество деталей, которое обеспечивает большой подпор на входной стороне по сравнению с подпором на выходной, то ведущий круг не ведет детали в продольном направлении, а наоборот, тормозит движения. Таким образом, в данном случае осевое движение деталей обеспечивается не за счет круга, а за счет подпора с входной стороны.

Сила трения детали о ведущий круг значительно больше, чем о поверхность ножа и о поверхность шлифующего круга, поэтому последними для простоты рассуждения можно пренебречь и считать, что движущиеся в осевом направлении детали получают внецентровое, т. е. боковое торможение. Поскольку «тормоз» приложен сбоку, то детали под действием подпора с входной стороны перекашиваются, а противодавления на выходной стороне ввиду его малости не может этому препятствовать. Несмотря на плотность столба, детали имеют перекос, и шлифующий круг будет больше срезать заднюю сторону вращающихся деталей. Детали приобретают форму так называемого заднего конуса, т. е. такого усеченного конуса, у которого больший диаметр находится впереди по направлению осевой подаче. Если подпор с выходной стороны (противодавление) увеличивать, то перекос деталей будет уменьшаться и при каком-то значении противодавления детали будут цилиндрическими. Если противодавления и дальше увеличивать, то собственно подпора на входе уже не хватает для обеспечения осевого движения деталей. Ведущий круг из тормозного режима работы переходит на моторный, т. е. начинает сообщать шлифуемым деталям осевое движение. Следовательно, в месте контакта деталей с ведущим кругом уже действует двигательная сила, а по оси - сила сопротивления столба деталей, находящихся на выходных планках. Создается пара сил, перекашивающая деталь в обратном направлении. При этом шлифующий круг будет больше срезать переднюю, сторону деталей. Детали получают форму «переднего конуса», т. е. детали меньшим диаметром располагаются по направлению к осевой подаче.

2.3 Виды брака при круглом наружном бесцентровом шлифовании

Приведем виды брака, возникающие на операциях бесцентрового шлифования (табл. 2.1), и способы их устранения [27].

Таблица 2.1.

Виды брака при изготовлении деталей методом бесцентрового шлифования и способы их устранения

Вид брака	Причина брака	Способ устранения	Метод шлифования
Разброс размеров	Повышенные зазоры шпинделя ведущего или шлифующего круга	Подтянуть подшипники шпинделя ведущего или шлифующего круга	Все методы шлифования
	Слабая затяжка клиньев салазок ведущего круга	Подтянуть клинья в салазках бабки ведущего круга	Все методы шлифования
	Проскальзывание ремней привода шлифовального круга	Увеличишь натяжения ремней привода	Все методы шлифования
	Недостаточная подача охлаждающей жидкости в зону шлифования	Увеличить количество охлаждающей жидкости подаваемой в зону шлифования	Все методы шлифования
Конусность	Неправильная установка входных направляющих щечек (конус на переднем конце детали)	Передвинуть входную направляющую щечку влево от образующей линии ведущего круга	Продольное шлифование
	Неправильная установка выходных направляющих щечек (конус на заднем конце детали)	Передвинуть направляющую щечку на выход влево от образующей линии ведущего круга	Продольное шлифование
	Выработка или непрямолинейность опорного ножа	Сменишь опорный нож	Все методы шлифования
	Неправильная правка шлифовального круга	Проверить установку салазок устройства для правки и произвести правку шлифовального круга	Врезное шлифование цилиндрических деталей
	Отжим устройства для правки шлифовального круга	Подтянуть клинья салазок устройства для правки шлифовального круга	Врезное шлифование цилиндрических и конических деталей
	направляющей щечки	направляющую щечку вправо от образующей линии ведущего круга (при срезе на передней части детали). Установишь строго параллельно направляющую щечку на выходе, а также проверить расположение ее по отношению к образующей линии ведущего круга	шлифование
Вогнутость или выпуклость	Неправильная установка направляющих (наклон в сторону шлифующего или ведущего круга)	Установить щечки параллельно оси шлифовального круга	Продольное шлифование
	Неправильная правка ведущего круга	Произвести правку ведущего круга	Продольное и врезное шлифование
	Неправильная установка опорного ножа	Проверить положения опорного ножа	Продольное и врезное шлифование
Неперпендикулярность наружной поверхности к торцу	Наличие зазора между деталями в рабочей зоне	Увеличить подпор деталей	Продольное шлифование
	Слишком твердый круг	Установить круг меньшей твердости Произвести правку круга	Продольное шлифование
	Затупление шлифовального круга	Увеличить подпор деталей	Продольное шлифование
	Неперпендикулярность заготовок		Продольное шлифование
Срез лыски на поверхности детали	Неправильная установка	Передвинуть входную	Продольное
Эллипсность (овальность).	Неправильное взаимное расположение торцов шлифующего и ведущего кругов	Проверить взаимное расположение передник торцов шлифующего и ведущего кругов и установить их в нужном положении	Все методы
	Металлический налет на рабочей поверхности ведущего круга	Произвести правку ведущего круга	Все методы
	Затупление шлифовального круга	Произвести правку шлифовального круга	Все методы
	Недостаточно эффективное охлаждение	Увеличить количества охлаждающей жидкости, подаваемой в зону шлифования	Все методы
Гранность	Недостаточная высота подъема центра детали по отношению к линии центров кругов	Поднять опорный нож	Все методы
	Чрезмерная затяжка шпинделя ведущего круга в подшипниках (замедляется вращение)	Уменьшить натяг подшипников	Все методы
Кольцевые спиральные риски и царапины	Расположение центра детали ниже линии центров.	Поднять деталь, что уменьшит давление на нож	Все методы
	Пониженная твердость опорной поверхности ножа, приводящая к налипанию металла и абразивной пыли	Установить нож большей твердости	Все методы
	Загрязнение охлаждающей жидкости	Очистить бак охлаждения и заполнить чистой охлаждающей жидкостью	Все методы
Дробленая поверхность	Не сбалансирован шлифовальный круг	Произвести повторную балансировку шлифовального круга	Все методы
	Неправильный выбор характеристик круга	Заменить круг	Все методы
	Затупление шлифовального круга	Произвести правку круга	Все методы
	Повышенный зазор в подшипниках шлифовального или ведущего кругов	Отрегулировать зазоры в подшипниках, чтобы исключить люфты в рабочем состоянии	Все методы
	Завышенная скорость ведущего круга	Уменьшить скорость ведущего круга	Все методы
	Износ ведущего круга	Произвести правку ведущего круга	Все методы
	Неплотная посадка планшайбы с кругом на конусе шпинделя станка	Проверить прилегания посадочного отверстия к конусу шпинделя по краске	Все методы
	Недостаточная жесткость опорного ножа	Увеличить толщину опорного ножа и усилить жесткость крепления	Все методы
	Высокое расположение опорного ножа	Опустить опорный нож	Все методы
	Непрямолинейность или выработка опорного ножа	Сменить нож	Все методы
	Неустойчивое положение и свисание детали на ноже	Применить люнеты или поддерживающие приспособления	Врезное шлифование

2.4 Выбор и назначение характеристик абразивного инструмента в зависимости от требований по точности и шероховатости шлифуемой поверхности при бесцентровом шлифовании

Производительное шлифование и высокое качество обрабатываемой детали зависит от правильного выбора характеристики абразивного инструмента. Если инструмент имеет не такую характеристику, которая требуется для данной работы, это влечет за собой снижения производительности, ухудшения качества поверхности детали, повышенный расход самого инструмента и увеличение стоимости обработки.

Одним из внешних признаков хорошо подобранного круга является шипящий звук при шлифовании в противном случае при шлифовании наблюдается дребезжащий шум и треск.

Исходным для выбора шлифовального круга (вид абразивного материала, зернистость, вид связки, твердость, структуры, формы и размера) служат, следующие данные:

1) форма, размеры и вид шлифуемой поверхности (сплошная, пересеченная и пр.) детали, точность обработки?

2) величина снимаемого припуска, исходная шероховатость поверхности, требуемое качество шлифованной детали (шероховатость, структура поверхностного слоя и др.);

3) тип станка (круглошлифовальный, плоскошлифовальный, и т, п.), его размеры, состояние и жесткость, мощность электродвигателя;

4) режим работы - скорость круга и изделия, величина подачи, способ охлаждения, автоматическое или ручное шлифование и др.

Для удаления больших припусков (предварительные и обдирочные операции) применяют крупнозернистые круги с открытой структурой. При съеме небольших припусков (чистовые операции) берут относительно мелкозернистые круги с более закрытой (плотной) структурой.

Влияние исходной шероховатости детали сказывается в том, что поверхность с большими микронеровностями вызывает относительно больший износ абразивных инструментов. Это влияние более заметно проявляется на чистовых и отделочных операциях. При больших микронеровностях исходной поверхности деталей применяют более твердые абразивные инструменты.

Нередко одна и та же операция шлифования может быть выполнена на станках разных размеров, жесткости и мощности. Большой шлифовальный станок с жесткими подшипниками, смонтированный на жестком фундаменте, обеспечивает спокойную, без вибраций, работу, а следовательно, и равномерную нагрузку на режущие зерна круга. Поэтому для работы на таком станке можно применять более мягкие круги, чем при работе на том же режиме на менее жестких станках.

Для достижения высокой точности и чистоты при шлифовании станок выставляют на отдельный фундамент с толщиной бетонной подушки 600-700 мм. Крепление осуществляется с помощью специальных анкерных болтов. Окончательная выверка рабочей станины 0,050 мм/м по специальному уровню. Проверяют и выверяют биение шпинделя в пределах 3-4 мкм. Балансировка кругов осуществляется в три этапа:

1. Круг ставят на станок, правят, после одевают на специальную оправку и статически балансируют.

2. После этого "круг ставят на станок и снова правят, снова снимают и проводят статическую балансировку на ножах.

3. После второй статической балансировки круг ставят на станок, правят, после чего он готов к работе.

При большей мощности станка имеется возможность применять более жесткие и производительные режимы шлифования и брать более твердые абразивные инструменты во избежание их быстрого износа.

Охлаждение способствует удалению стружки, уменьшает нагрев обрабатываемого изделия и спекание стружки, уменьшает засаливание рабочей поверхности круга, а следовательно, весьма существенно улучшает процесс шлифования. При обильном охлаждении рекомендуется брать круги примерно на одну степень более твердые, чем при шлифовании в сухую.

С повышением окружной скорости круга увеличивается число абразивных зерен, участвующих в процессе шлифования в единицу времени, а следовательно, уменьшается сечение стружки и величина нагрузки, приходящееся на одно зерно. В этих условиях абразивные зерна изнашиваются меньше. Наоборот, с уменьшением скорости круга в единицу времени в работе участвует меньшее количество зерен; нагрузка на них возрастает, круг изнашивается быстрее и потому должен выбираться более твердый. Для производительного шлифования необходимо работать с максимальными скоростями круга, допускаемыми его прочностью и обеспечиваемыми станком. Для поддержания примерно постоянной окружной скорости на шлифовальных станках необходимо применять приводы, обеспечивающие увеличение числа оборотов круга по мере его срабатывания.[33]

2.4.1 Выбор зернистости абразивного круга

Основным факторам, влияющими на выбор зернистости инструмента, являются: количество снимаемого при обработке материала, желаемая чистота обработки, физические свойства обрабатываемого материала, форма обрабатываемой поверхности.