Шрубченко И. В., д-р техн. наук, проф.,

Рыбалко В. Ю., аспирант, Мурыгина Л. В., аспирант, Щетинин Н. А., аспирант

Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова

К ИССЛЕДОВАНИЮ РЕЖИМОВ ЛЕНТОЧНОГО ШЛИФОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ КАЧЕНИЯ БАНДАЖЕЙ И РОЛИКОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ БАРАБАНОВ

shrubens@yandex.ru

Предложено использовать ленточное шлифование для обработки крупногабаритных изделий, та- ких как, бандажи и опорные ролики технологических барабанов. Представлены некоторые аспекты исследований по формированию шероховатости поверхностей. Установлены основные факторы, ока- зывающие влияние на формирование поверхности. Представлены номограммы режимов ленточного шлифования для различных типоразмеров бандажей.

Ключевые слова бандаж, мобильные технологии, шлифовальная головка, бесконечная шлифоваль- ная лента, зернистость ленты, шероховатость поверхности, твердость ролика, режимы ленточного шлифования, построение номограмм.

Для обеспечения заданной точности формы поверхностей крупногабаритных деталей, например, таких как бандажи и ролики враща- ющихся технологических барабанов (ТБ), широ- ко применяют различное мобильное оборудова- ние. Такое оборудование позволяет осуществ- лять обработку поверхностей непосредственно на работающем агрегате, без остановки произ- водственного процесса. На кафедре технологии машиностроения Белгородского государствен- ного технологического университета им. В.Г. Шухова была разработана и успешно апробиро- вана конструкция универсального встраиваемо- го станка модели УВС-01 [1]. Технологический процесс с применением такого станка предпола- гает в основном лезвийную обработку со съемом больших по величине припусков. Следует иметь в виду, что особенностью обработки поверхно- стей качения бандажей ТБ является бесцентро- вая схема, поэтому режимы обработки требуют тщательного подбора и анализа и особенно это относится к величине снимаемого припуска. Ряд проведенных ранее исследований [2, 3] показал, что оптимальной глубиной резания для таких схем обработки является достаточно большие величины, которые могут достигать более 3…4 мм. Однако при таких жестких режимах в тех- нологической системе возникают значительные по величине силы резания, а значит и отжатия, что, в конце концов, не позволяет получить не- обходимой точности. Очевидно, чтобы повысить точность обработки поверхностей качения бан- дажей, требуется осуществлять съем существен- но меньших по величине припусков за каждый рабочий ход. Так как длина обрабатываемых поверхностей достигает 1000…1100 мм, то при частоте вращения 1 об/мин для бандажа диамет- ром 6100 мм, основное время одного рабочего хода может достигать примерно 1000 мин. Без- условно, уменьшение глубины резания повлечет за собой значительное увеличение необходимо-

го времени. Попытки увеличения производи- тельности за счет изменения подачи и геометрии режущего инструмента также не всегда позво- ляют обеспечить надлежащее качество обработ- ки. Чтобы обеспечить необходимую точность и шероховатость поверхности требуется с одной стороны существенно уменьшить глубину реза- ния на каждом рабочем ходе, а с другой  стороны – уменьшить основное время выполне- ния рабочего хода. Такую противоречивую за- дачу позволит решить применение ленточно- абразивной обработки.

С целью расширения технологических воз- можностей предложено конструкцию универ- сального встраиваемого станка УВС-01 осна- стить шлифовальной головкой рис. 1 [4]. Уста- новка, оснащенная бесконечной шлифовальной лентой 1, базируется на траверсе 2 динамиче- ского самоустанавливающегося суппорта (ДСС). В конструкции предусмотрены сменные опоры: одиночные ролики 3, роликовые блоки 4 или плоские опоры 5, применение которых позволя- ет по разному осуществлять влияние на динами- ку процесса формирования поверхности при та- ких схемах обработки. Кроме того, конструкция ДСС позволяет изменять также межосевой раз- мер опор и радиальное положение шлифоваль- ной установки, что также оказывает влияние на процесс формирования поверхности. Вся кон- струкция ДСС имеет несколько степеней свобо- ды: покачивание вокруг шарниров 6 и осевые перемещения относительно продольного суп- порта станка, что в свою очередь позволяет осуществлять копирование глобальных переме- щений, вызываемых взаимным влиянием по- грешности бандажа с опорами технологического барабана. Применение ленточного шлифования для таких крупногабаритных изделий как бан- дажи и опорные ролики ТБ, является принципи- ально новой задачей и требует проведения ряда исследований, как по формированию точности,

так и шероховатости поверхностей. В данной статье представлены некоторые аспекты иссле- дований по формированию шероховатости по- верхностей качения бандажей.

Для вычисления параметров и построения номограмм будем использовать математическую модель [5]:

R  = 2,25×10-4 d 2,05(1-0,3811gHs)Hs1,69v  .

a                                        3                                              и

С учетом ранее проведенных исследований

5. было установлено, что при ленточном шли- фовании с постоянным усилием прижима ос- новными факторами, оказывающими влияние на шероховатость поверхности, являются: зерни- стость абразивной ленты d₃, твердость обрези- ненного покрытия контактного ролика Hs и ско- рость изделия v_и.

Используя эту математическую модель и

варьируя два из трех факторов, можно получить те значения третьего фактора, которые позволят получить необходимую шероховатость поверх- ности.

Ниже представлен текст программы для определения необходимой твердости контактно- го ролика, чтобы обеспечить при обработке ше- роховатость поверхности – Ra 5. Значения зер- нистости применяемой ленты взяты стандарт- ными, в диапазоне 18…80. Значения скорости резания взяты для различных диаметров банда- жей ТБ при частоте вращения 1 об/мин. Полу- чился диапазон фиксированных значений от 11,62 до 26,53 м/мин. Расчеты производились в среде математического моделирования MathCAD.

Ra := 5-   Задание значения требуемой шероховатости.

ORIGIN:= 1-  Вводится для начала отсчета с единицы.

æ 18ö

ç 20÷

æ 11.62ö

ç 12.25÷

ç   ÷       ç       ÷

Рис. 1. Универсальный встраиваемый станок УВС-01, оснащенный шлифовальной установкой

ç 25÷

ç 32÷

d :=

ç 13.53÷

ç 15.23÷

Для обеспечения заданного уровня шерохо-

ватости поверхности бандажей ТБ необходимо получить   оптимальные   значения   вышеприве-

ç 40÷

ç 50÷

ç 63÷

ç 17.17÷

ç 19.15÷

ç 21.35÷

денных параметров. Учитывая возможность их варьирования в значительных диапазонах, по- строим номограммы, которые позволят выби- рать необходимые режимы для различных схем и параметров обработки применительно к обра- ботке поверхностей качения бандажей и роли- ков ТБ.

ç   ÷       ç       ÷

è 80ø       è 26.53ø

Ввод значений зернистости шлифовальной ленты и

значений скорости резания

n1 := length (d) n2 := length (V)

Функции определения количества элементов в матрице.

z :=

for

i1 Î 1.. n1

for i2 Î 1.. n2

log(Ra) + 3.6481- 2.0507×log(d i1) - 0.1313×log(V  )

m

i2

(1.6939- 0.7805×log(d i1))

Цикл последовательного вычисления значений логарифма твердости контактного ролика в зависимости от варьируемых параметров

Xm :=

for

i1 Î 1.. n1

Ym :=

for

i1 Î 1.. n1

for i2 Î 1.. n2

m         ¬ d

for i2 Î 1.. n2 m              ¬ V

i1, i2          i1

m

i1, i2         i2

m

Задание матриц значений зернистости и скорости резания.

H :=

for

i1 Î 1.. n1

for

i2 Î 1.. n2

m

zi1 , i2

10

Цикл вычисление значений твердости контактного ролика

æ 193.478  191.609  188.14   184.09  180.077   176.5    173.006 166.232ö

ç 185.649 183.762 180.261 176.179 172.138 168.541 165.031 158.237÷

ç                                                                                            ÷

ç 167.372 165.458 161.915 157.794 153.726 150.115 146.601 139.826÷

ç 144.08

H = ç

142.169

138.64

134.551 130.532 126.978 123.533 116.929÷

÷

ç 119.853 117.994 114.573 110.627 106.769 103.375 100.099  93.864÷

Полученные значения твердости контактного ролика

Поверхность отклика модели можно пред- ставить как геометрическое место точек, отве- чающих только одному, конкретно заданному уровню параметра шероховатости Ra. При этом во всем факторном пространстве для двух про- извольно выбранных значений варьируемых факторов найдется единственное значение тре- тьего, при котором результат их взаимодействия будет находиться на поверхности отклика. В этом случае поверхность отклика модели можно использовать в практических целях как номо- грамму для определения рациональных режимов ленточного шлифования по гарантированному обеспечению заданной шероховатости поверх- ности. Из рассматриваемых параметров фикси-

рованными чаще всего являются шероховатость и зернистость. Скорость резания также можно задать дискретными значениями. Следователь- но, свободным фактором можно использовать твердость контактного ролика.

На рис. 2 представлены номограммы режи- мов ленточного шлифования для различных ти- поразмеров бандажей. Рассматривались восемь различных диаметров, значения скорости реза- ния при обработке которых составляют: v_и= 11,62;  12,25;  13,53;  15,23;  17,17;  19,15;   21,35;

26,53 м/мин. Зернистость ленты задавалась по- средством диаметра зерна, который составил:  d₃

= 18·10^-2; 20·10^-2; 25·10^-2; 32·10^-2; 40·10^-2; 50·10^-2; 63·10^-2; 80·10^-2 мм.

Рис. 2. Номограммы параметров режима ленточного шлифования различных типоразмеров бандажей по гарантированному обеспечению параметров шероховатости поверхности:

а – Ra ≤ 5 мкм; б – Ra ≤ 6,3 мкм; в – Ra ≤ 12,5 мкм; г – Ra ≤ 25 мкм

Анализ полученных номограмм показыва- ет, что на обеспечение параметров шероховато- сти Ra ≤ 5 мкм и Ra ≤ 6,3 мкм значительное вли- яние оказывает зернистость шлифовальной лен- ты. Чем меньше зернистость ленты, тем твер- дость контактного ролика может быть меньше. Для обеспечения параметров шероховатости Ra

≤ 12,5 мкм и Ra ≤ 25 мкм наблюдается несколь- ко обратная зависимость: чем меньше зерни- стость – тем твердость контактного ролика должна быть больше.

На рис. 3 представлены номограммы режи- мов ленточного шлифования поверхностей ка- чения бандажей при обработке на специальном стенде [6]. Значения диаметров обрабатываемых поверхностей выбирались аналогичными значе- ниям, выбранным в предыдущей задаче. Однако, учитывая возможности привода главного дви- жения специального стенда, скорость резания изменялась в пределах от 1 до 22 м/мин с шагом 3 м/мин.

Рис. 3. Номограммы параметров режима ленточного шлифования

при моделировании обработки бандажей на стенде по гарантированному обеспечению параметров шероховатости поверхности:

а – Ra ≤ 5 мкм; б – Ra ≤ 6,3 мкм; в – Ra ≤ 12,5 мкм; г – Ra ≤ 25 мкм.

Анализ этих номограмм показывает, что на обеспечение шероховатости Ra ≤ 5 мкм и Ra ≤ 6,3 мкм значительное влияние оказывают оба параметра: при уменьшении зернистости и уве- личении скорости резания необходимая твер- дость контактного ролика уменьшается. Для обеспечения шероховатости Ra ≤ 12,5 мкм и Ra

≤ 25 мкм наблюдается следующая зависимость: при уменьшении зернистости и небольших зна-

чениях скорости резания требуемая твердость контактного ролика увеличивается; при увели- чении скорости резания значения требуемой твердости снижается. Также при одинаковых значениях скорости резания и зернистости, зна- чения твердости увеличиваются с ростом значе- ния шероховатости. В табл. 1 представлены не- которые значения расчетных режимов для обес- печения шероховатости Ra ≤ 5 мкм.

Таблица 1

Расчетные значения параметров режима ленточного шлифования по гарантированному обеспечению шероховатости поверхности Ra ≤ 5 мкм

Однако, лучшие условия по обеспечению привода вращения шлифовальной ленты все же обеспечивают контактные круги обрезиненные. Поэтому возникает необходимость в исследова- нии зависимости режимов ленточного шлифо- вания при стабильной твердости контактного круга Hs = 90^°А по Шору. В табл. 2. представле- ны результаты расчета, полученные для таких условий.

Результаты исследования показывают, что применение ленточного шлифования для обес- печения требуемого качества поверхностей ка- чения бандажей и опорных роликов возможно и полученные номограммы можно использовать для определения оптимальных значений режи- мов.

Таблица 2

Шероховатость поверхности качения бандажа, получаемая

при ленточно-абразивной обработке (твердость контактного ролика

Hs = 90^°А по Шору)