/
Автор: Орлов П.Н.
Теги: организация производственного процесса производственное планирование управление качеством отдельные машиностроительные и металлообрабатывающие процессы и производства машиностроение приборостроение детали машин технология машиностроения металлообработка
ISBN: 5-217-00256-5
Год: 1988
Текст
chip™ i ,.i
ДНОРЛОВ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ
ОБЕСПЕЧЕНИЕ
КАЧЕСТВА
ДЕТАЛЕЙ
МЕТОДАМИ ДОВОДКИ
chipmaker.ru
П.Н.ОРЛОВ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ
ОБЕСПЕЧЕНИЕ
КАЧЕСТВА
ДЕТАЛЕЙ
МЕТОДАМИ ДОВОДКИ
Chipmaker.ru
МОСКВА
«МАШИНОСТРОЕНИЕ»
1988
chipmaker.ru
ББК 34.637.7
0-66
УДК 658.562 : 621.923.74
Рецензент канд. техн, наук В. А. Хрульков
Орлов П. Н.
0-66 Технологическое обеспечение качества деталей методами
доводки. — М.: Машиностроение, 1988. — 384 с.: ил.
ISBN 5-217-00256-5
Изложены технологические возможности абразивной доводки как самого
эффективного метода чистовой обработки прецизионных деталей машиностроения
и приборостроения. Приведены сведения о технологических возможностях дово-
дочных станков, исполнительных механизмах н системах нагружения. Теория
формообразования доводимых плоских, цилиндрических и сферических поверх-
ностей деталей рассматривается в неразрывной связи с вопросами стабилизации
параметров качества обработки. Описаны высокоэффективные способы абразив-
ной доводки деталей, новые модели станков н результаты их внедрения. Приведены
технологические процессы окончательной обработки деталей приборов н машин
в условиях мелко-, среднесерийного и массового производства. Изложен новый
подход к проектированию технологического процесса изготовления деталей с при-
менением доводочных операций по эксплуатационным характеристикам изделия.
Для инженерно-технических работников машиностроительных и приборо-
строительных предприятий.
ББК 34.637.7
2704040000-238
°----038 (01)—88 238-88
ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ИЗДАНИЕ
ОРЛОВ Петр Николаевич
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ КАЧЕСТВА ДЕТАЛЕЙ
методами дово/ ;и
Редактор Н. П. Гурвич. Переплет художника Е. Н. Волкова
Художественный редактор А. С. Вершинкии
Технический редактор Н. В. Тимофеенко
Корректоры Л. Я. Шабашова и О. Ю. Садыкова
ИБ № 5925
Сдано в набор 31.08.87. Подписано в печать 29.12.87. Т-21581.
Формат 60X90*/],. Бумага офсетная № 2. Гарнитура литературная.
Печать офсетная. Усл. печ. л. 24,0. Усл. кр.-отт. 24,0. Уч.-изд. л. 24,8.
Тираж 9100 экз. Заказ 230. Цена 1 р. 60 к.
Ордена Трудового Красного Знамени издательство «Машиностроение»,
107076, Москва, Стромынский пер., 4
Ленинградская типография № 6 ордена Трудового Красного Знамени
Ленинградского объединения «Техническая книга» им. Евгении Соколовой
Союзполиграфпрома при Государственном комитете СССР
по делам издательств, полиграфии и книжной торговли.
193144, г. Ленинград, ул. Моисеенко, 10.
ISBN 6-217-00266-6
© Издательство «Машиностроение», 1988
ВВЕДЕНИЕ
В решениях XXVII съезда КПСС указано на необходимость
создания высокоэффективных машин, осуществления комплекса ме-
роприятий по совершенствованию технологии, производства, при-
менению новых материалов и созданию новых методов обработки.
За последнее десятилетие в несколько раз возросли требова-
ния к точности изготовления деталей в приборостроении и маши-
ностроении. Среди различных способов механической обработки,
обеспечивающих выполнение высоких требований к качеству
поверхностного слоя, точности размеров и формы обработанных
поверхностей, важное место занимает абразивная доводка. Для
внедрения доводки необходимо решить все взаимосвязанные
задачи по стабилизации качества обработки и автоматическому
управлению процессом доводки по комплексу его показателей.
Создание управляемого процесса доводки связано с повыше-
нием производительности доводочного оборудования, снижением
трудоемкости операций доводки и с увеличением процента выхода
годных деталей. При этом требуется принципиально новое реше-
ние задачи формообразования обрабатываемых поверхностей за-
готовки и формирования поверхностного слоя деталей.
Технологические процессы доводки состоят, как правило, из
нескольких операций, осуществляемых при различных уровнях
технологических и кинематических факторов процесса. Поэтому
основными этапами проектирования процесса доводки являются
выбор оборудования, число операций, выполняемых последова-
тельно на различных станках, и назначение режимов обработки.
Возможны два принципа построения технологических процессов
изготовления деталей.
1. Построение технологических процессов обработки поверх-
ностей деталей с учетом явления технологической наследствен-
ности: наследования конструктивной формы заготовок и деталей,
погрешности установочных баз, погрешностей формы и простран-
ственных отклонений заготовок, физико-химических свойств по-
верхностных слоев и т. д. Этот принцип основан на анализе струк-
турной схемы построения технологического процесса от заготовки
к детали и позволяет повысить параметры качества и надежности
детали и изделия в целом ]2[.
2. Проектирование технологического процесса изготовления
прецизионных деталей с применением доводочных операций
должно быть основано на получении требуемых эксплуатационных
свойств детали, т. е. на решении задачи синтеза по формированию
требуемых параметров качества детали и реализации принципа
3
chipmaker.ru
построения всего технологического процесса при движении от
окончательных операций к предшествующим и определению
требований к заготовке и выбору метода ее получения. Реализация
этого принципа построения технологического процесса позволяет
одновременно сократить трудоемкость изготовления изделия и
обеспечить требуемые параметры качества.
Проблема ускорения процесса проектирования и поиска опти-
мальной технологии доводки может быть решена путем модели-
рования на ЭВМ для нахождения рационального сочетания комп-
лекса факторов абразивного изнашивания материала заготовки и
притира. В процессе абразивного изнашивания заготовки и инстру-
мента-притира непрерывно происходит одновременно формооб-
разование нескольких поверхностей заготовки и рабочей поверх-
ности притира (притиров при двусторонней доводке).
Стабилизация процесса доводки по его показателям — первый
этап научного поиска при создании управляемого технологиче-
ского процесса доводки. Для этого необходимо проанализировать
закономерности процесса абразивной доводки по показателям
с учетом всех действующих факторов — кинематических, техно-
логических, динамических и геометрических, определяющих спе-
цифические особенности обработки,
Для стабилизации процесса доводки с целью обеспечения
требуемого качества обработки существуют два основных направ-
ления:
создание условий равномерного изнашивания поверхности
инструмента и сохранения его геометрической формы во времени:
программированное относительное перемещение заготовки по
поверхности инструмента путем программированного изменения
скорости, ускорения, давления и расположения деталей относи-
тельно центра притира.
В обоих случаях требуются принципиально новые схемы испол-
нительных механизмов доводочных станков и способы абразивной
доводки. Для практической реализации исполнительных механиз-
мов и способов доводки необходимо решение задач формообразо-
вания взаимоизнашиваемых поверхностей притиров и заготовок
для обеспечения точности размеров и формы обработанных поверх-
ностей и требуемых свойств поверхностного слоя, теоретическое
обоснование новых исполнительных механизмов и способов до-
водки на базе разработанных принципов стабилизации качества
обработки заготовок.
Указанные направления обеспечения качества обработки и
технические средства для создания управляемого процесса абра-
зивной доводки были использованы при разработке новых дово-
дочных станков с программным управлением и функциональных
схем автоматической системы регулирования режимов и условий
доводки. Практическая реализация выполненных работ была
осуществлена на заводах и в конструкторских бюро машино-
и приборостроительной промышленности.
4
ГЛАВА 1
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ДОВОДКИ
1.1. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ДОВОДКИ
Доводка является окончательным методом обработки, обеспе-
чивающим высокое качество поверхностного слоя до Rz = 0,050 ...
0,010 мкм, отклонения размеров и формы обработанных поверх-
ностей до 0,05—0,3 мкм. В табл. 1.1 приведены технические тре-
бования к некоторым точным сопряженным поверхностям деталей
топливной аппаратуры, гидропривода, гидравлических и пневма-
тических следящих систем, поверхностям калибров, концевых
мер длины, измерительных проволочек, механически закреплен-
ных твердосплавных пластин для режущих инструментов, а также
к элементам электронных приборов — полупроводниковым дискам
и кварцевым кристаллическим элементам. Требования к точности
размеров и формы плоских, цилиндрических, сферических по-
верхностей, шероховатости поверхности и свойствам поверхност-
ного слоя прецизионных деталей машин и приборов обеспечиваются
на окончательных операциях изготовления методами абразивной
доводки.
Работоспособность сопряженных поверхностей трения топлив-
ных насосов и форсунок, гидрораспределителей, дросселей, уплот-
няющих поверхностей корпусов задвижек, вентилей зависит от
геометрической точности и шероховатости рабочей поверхности,
свойств поверхностного слоя [1].
Диаметральный зазор высокоточных гидрораспределителей
с цилиндрическими золотниками составляет 0,005—0,010 мм при
допуске на зазор 0,003—0,005 мм, поэтому рабочие поверхности
гильзы и золотника изготовляют с отклонениями от цилиндрич-
ности не более 0,001—0,002 мм. Односторонний рабочий зазор
между плоским золотником и верхней или нижней пластинами
составляет 0,003—0,006 мм при допуске на зазор не более 0,001 мм.
Отклонение от плоскостности сопрягаемых рабочих поверхностей
золотника и пластин не превышает 0,0003 мм. Параметр шеро-
ховатости сопрягаемых поверхностей Ra — 0,080 ... 0,020 мкм.
При уменьшении отклонения от плоскостности уплотняющих
поверхностей вентилей и задвижек от 1,2 до 0,6 мкм утечка умень-
шается в 3—4 раза, а уменьшение параметра шероховатости по-
верхности Ra от 0,08 до 0,02 мкм понижает утечку на 30—50 %.
Наивысшие параметры качества обработки (Апл до 0,03 мкм
и Ra = 0,01 ... 0,005 мкм) должны быть обеспечены для плоско-
6
l.f. Технические требования, предъявляемые к типовым точным сопряженным поверхностям деталей
машино- и приборостроения
chipmaker, ru
В гидравлических следящих системах наряду с гндрораспределителями с цилиндрическими золот-
инками применяют гидрораспределители с плоскими золотниками с такими же выходными параме-
трами. Большое влияние на выходные параметры оказывает равномерность зазора между рабочими
поверхностями золотника и иижией и верхней пластинами, к которым предъявляют высокие требова-
ния к отклонениям от плоскостности и параллельности
Направляющий
гидрораспределитель
Элементы
сопряженной пары
Плита 1
Материал Твердость HRCa Допуск, мкм
Лгттт пл Лпар
12ХНЗА, 18Х2Н4ВА ШХ15, ХВГ 58 0,3 —
12ХНЗА, 18Х2Н4ВА, ШХ15, ХВГ, 9X18 58 0,6 1
Пята 3 12ХНЗА, 18Х2Н4ВА, ШХ15, ХВГ, 9X18 58 0,3 — "" 1
г 1/zpzL
Золотник 4 ОМ/ Y//A 12ХНЗА, 18Х2Н4ВА, ШХ15, ХВГ, 9X18 58 0,3 1
Влок концевых мер Блоки концевых мер, применяемые для проверки и градуировки измерительных средств, измерения раз- меров н т. д., составляют путем притирания составляющих мер друг к другу. Прнтнраемость концевых мер (способность мер сцепляться между собой) объясняется молекулярным притяжением в присутствии тончай- ших слоев смазочного материала и является одной из важнейших нх характеристик. Материал концевых мер должен быть стабильным, износостойким и коррозионно-стойким
Плоскопараллельная концевая мера длины Материал Твердость Допуск, мкм *
Ар(±) дпр ^пл
0,061/ 1 - J • В числителе допуск точности 3. ШХ15, X ВК6М на размер концевых мег HV 800 HRA 88—90 длины размером до 0,05—0,10 0,30 250 мм для классов т 0,05—0,06 0,30 зчиости 00, в знамена 0,03 0,10 геле — для класса
Продолжение табл. 1.1
Калибр-пробка
Калибры-пробки, применяемые для контроля цилиндрических отверстий, относят к прецизионным изде-
лиям. Изготовленные с высокой точностью, калибры-пробки дол:.:иы иметь повышенную износоустойчивость,
стабильность рабочих размеров, устойчивость против коррозии и относительно небольшую массу, необходи-
мую для повышения чувствительности контроля и облегчения работы контролера
Калибр-пробка
Материал
Твердость
У10А, У12А, ШХ15, X
ВК6, ВК6М
HRC3 58—64
Hl А 88—90
Диаметр D, мм Допуск цилнидричиости Дц, мкм
6—75 0,8—2,5
Измерение среднего диаметра
резьбы с помощью проволочек
В зависимости от класса точности провол >чек для измерения среднего диаметра резьбы, точность изме-
рения ± 1,5 ... 3,5 мкм. Это налагает соответствующие требования к условиям нх эксплуатации. Не раз-
решается использовать проволочки с поврежденной поверхностью, материал проволочек должен быть
износостойким, стабильным и коррозионно-стойким
Измерительная проволочка Материал Твердость rfRC8 Допуск, мкм *
Ар(±) дпр ДЦ
со
У10А, У12А, X, ШХ15 Р18 58 62 0,25—0,50 0,50—1,00 2,0—1,0 2,5—1,5 0,5—1,0 0,8—2,0
• В числителе допускаемые отклоиеиия проволочек для измерения среднего диаметра d резьбы до 26,231 мм для 0 класса точности, в знаменателе — для 1-го класса точности.
А Пластина пран ной трехгран формы с отверс иль- ной тием Пластины сменные многогранные твердосплавные для режущего инструмента по ГОСТ 19042—80 и ГОСТ 19086—80 изготовляют тр игранной, квадратной, ромбической, пятигранной и круглой формы. От точности формы, шерохова- тости опорных и боковых поверхностей пластин зависит их работоспособность
Материал Параметр шероховатости /?а, мкм Допуск, мм
дпар А вогнутость ПЛ выпуклость
ВК6, ВК6-М, ВК8, Т5К12В, ТТ7К12, ТТ10К8Б, Т15КЮ, Т14К8, Т15К6, Т30К4, ВКЗМ, ВК4 0,32—0,16 0,025 0,015 0,005
ЖЖ Гидрораспределители являются наиболее ответственными элементами следящих гидравлических систем. Такие выходные параметры распределителей, как надежность, высокая чувствительность к управляемому сигналу, линейность характеристики расхода, обеспечение заданной разности давлений в полостях гидроцилнндров (силовая характеристика), во многом зависят от точности изготовления сопряженных пар. Диаметральный зазор высокоточных распределителей составляет 0,001 — 0,003 мм, а отсекающие кромки гильзы и золотника должны быть расположены в одной плоскости с отклонением не более 0,01—0,015 мм
Гидрораспре делитель
Продолжение табл. 1.1
Элементы сопряженной пары Материал Твердость hrc8 Допуск, мкм
Лц дпр
Золотник 1
0,0th 12ХНЗА, 18Х2Н4ВА, ШХ15, ХВГ, 9X18 58 0,4—1 0,5
Гильза 2
-ф ш •' ф А 4 - 't=’| 12ХНЗА, 18Х2Н4ВА, ШХ15, ХВГ, 9X18 58 0,4—1 0,5
Плунжерная пара насоса
Плунжерная пара обеспечивает равномерную подачу топлива на всех режимах работы двигателя.
Детали плунжерной пары работают в условиях высоких переменных давлений н температур и поэтому
чтобы обеспечить надежность, долговечность и стабильность работы топливной системы, они должны
иметь высокую износостойкость, теплостойкость н коррозионную стойкость. После сборки плунжер
должен перемещаться во втулке плавко, без заеданий и прихватываний. Диаметральный зазор между
сопрягающимися цилиндрическими поверхностями для диаметров плунжеров до 10 мм должен быть
0,0006 мм, а от 10 и до 20 мм — 0,001 мм
Элементы
сопряженной пары
Материал
Твердость
Допуск, мкм
Ао
Дк
Ап
Плунжер 1
П ГЧГ-д
—
25Х5М
ШХ15
ХВГ
HV 820
HRC8 60
HRC8 60
0,5
0,6
25 (В)
Втулка 2
25Х5М
ШХ15
хв:
HV 820
HRC8 60
HRC8 60
1 0,6 20 (А)
1
Распылитель форсунок
дизелей
Распылители форсунок оказывают иепосредствеииое влияние на основные показатели работы дизелей, та-
кие, как мощность и расход топлива. Изготовленные с высокой точностью в сочетании с оптимальными зазо-
рами (диаметральный зазор между корпусом и иглой распылителя должен быть 1—2 мкм) они обеспечивают
герметичную работу с высоким качеством распыления (распыленное топливо должно быть туманообразным
без капель и струек). При работе игла распылителя перемещается в корпусе без задиров и плавно
А, Б, Е, Г — поверхности (плоские и цилиндрические) иглы 1 и корпуса 2 распределителя, имеющие до-
пуски формы и взг ямного расположения
Материал Твердость Допуск, МКМ
сопряженной пары hrc8 Ац А0 Ак Апл Дпр Аг Ап
4гла 1 "У Р18, Р18М 60—65 — 0,5 2 — 0,5 2 (Г) 50 (Е) 20 ГБ)
К 0,04/ орпус 2 ХХУ 18Х2Н4МА, ШХ15, ХВГ 56—60 0,5 0,5 — 0,6 (А) — 3(H) 20(A)
Продолжение табл. 1.1
В современных изделиях машиностроительной промышленности все большее применение находят сложные
гидравлические следящие системы, состоящие из различных комбинаций элементов гидроаппаратуры. Одной
из наиболее важных эксплуатационных характеристик таких систем является обеспечение герметичности стыков
в местах соединения элементов гидроаппаратуры между собой и с несущим корпусом
Монтаж корпусов
гидроаппаратуры
на несущий корпус
Элементы
сопряжеииой
пары
Материал
Твердость
13Х14НЗВ2ФР
HRC3 55—60
Корпус 1 упра-
вляющего золотника
Допуск, мкм
дпл дпар
3 —
□ АЛ 4 НВ 70 3 —
Н L
7*4
Несущий корпус 2
L' сэ* Корпу ника с 3 зол от- 13Х14НЗВ2ФР HRC8 55—60 3 Ю(А)
Топливный насос предназначен для дозировки и подачи топлива под высоким давлением к форсункам. Одним
из наиболее ответственных соединений топливного насоса является место стыка верхней части корпуса 1 с ниж-
ней частью головки 2, обеспечивающее герметичность его работы. Разгерметизация соединения может вызвать
попадание воздуха в систему питания, что приведет к падению мощности двигателя и перебоям в работе
Топливный насос
Элементы
сопряженной пары
Материал
Твердость
Продолжение табл. 1.1?
Допуск, мкм___________=
лпл
Корпус 1 насоса
АЛ11
НВ80
5,0—10,0 на длине
300—500 мм
Головка 2 топливного
насоса
Подвижные шаровые соединения обеспечивают вращение и поворот одной из соединяемых деталей от-
носительно другой практически в любое положение, определяемое конструкцией изделия и условиями
его работы. Вращение соединяемых деталей должно происходить плавно без заеданий и рывков, с обеспече-
нием наиболее полного контакта соединяемых шаровых поверхностей
Шаровое соединение
гидроаппаратуры
Элементы сопряженной пары Материал Твердость Площадь пятна контакта, % Допуск Дсф, МКМ
0,1Д/ ЗОХГСА HRQ, 45—50 75—85 0,5
Пята 1
Втулка 2 13Х14НЗВ2ФР НВ 229
Выходные характеристики оптических приборов зависят от качества изготовления таких деталей, как ливзы,
светозащитные пластины, шкалы и т. д.
Продолжение табл. 1.1
л>
Материал Дефекты чистоты полированной поверхности Рд = Pg, класс Отклонения стрелки кривизны поверхностей А = ЫБ Местные отклонения формы поверхностей ДМд = ДМБ
Стекло оптиче- ское бесцветное ма- рок ЛК, ФК, БК, тк И—IV 4 0,4
Примечание. Стекло оптическое бесцветное по ГОСТ 3514-76.
Зеркала применяют в зеркальных и зеркально-линзовых объективах оптических приборов; одна из по- верхностей зеркала является исполнительной. К ней предъявляют повышенные требования по качеству.
§ О K3000t£ i X, S
r30h14
Материал Дефекты чистоты полированной поверхности Рд, класс Отклонение стрелки кривизны поверхности Мд Допустимый астигматизм поверхности ДМдаст иа диаметре 290 мм
Ситаллы оптические С0115, С0156, С021 II 1 0,3
Пластины из кремния, германия, сапфира и других монокристаллов используют в качестве подложек
интегральных схем. Качество изготовления пластин определяет работоспособность интегральных струк-
тур
Кремниевая пластина
Диаметр D, мм Толщина Ь, мкм Допуск, мкм
иа размер h дпар дпл
50,8±0,4 280 330 381 5 25
76,2±0,5 381 457 508 ±15 38
100,0±0,8 525 575 625 6,5 50
Примечание. Параметры качества пластины приведены по данным фирмы «Wacker. (ФРГ).
chipmaker.ru
Продолжение табл. 1.1
18
параллельных концевых мер длины, которые выпускают 00, 0,
1, 2, 3 классов точности. Доводку концевых мер длины осуще-
ствляют за пять-шесть доводочных операций. Эксплуатационные
характеристики концевых мер длины (например, прнтираемость)
зависят от отклонения от плоскостности и состояния поверхност-
ного слоя.
Точность изготовления отверстий (диаметром —12 мм) пре-
цизионных деталей топливных насосов характеризуется откло-
нениями от круглости 0,0001—0,0002 мм, изогнутостью оси не
более 0,0003—0,0005 мы. и параметром шероховатости поверх-
ности Ra = 0,080 ... 0,020 мкм. Диаметральный зазор прн сборке
прецизионной пары (например, плунжера и втулки плунжера)
в ряде случаев достигает 0,002—0,004 мм. Такие высокие пара-
метры качества деталей в плунжерных парах насосов обеспечи-
вают хорошие показатели равномерности процесса подачи топлива
на всех режимах работы двигателя, на различных режимах и прн
частых подачах топлива, а также длительный срок службы.
Кристаллические элементы кварцевых резонаторов н фильтров,
полупроводниковых приборов на последних этапах механической
обработки подвергают абразивной доводке и полированию. Пара-
метры качества поверхности н поверхностного слоя кварцевых
кристаллических элементов ККЭ (шероховатость поверхности,
глубина нарушенного слоя) определяют основные параметры
кварцевых резонаторов и фильтров: добротность Q (Q = 105 ... 107
для высокодобротных, Q = 102 ... 104 для низкодобротных) и
долговременную стабильность (старение) по амплитудно-частотной
характеристике. При этом допуск плоскостности Дпл и ориентация
обработанных поверхностей относительно кристаллографических
осей должны отвечать требованиям, предъявляемым к ККЭ
среза АТ резонаторов повышенной и прецизионной точности:
Дпл = 0,27 ... 0,5 мкм для плоских ККЭ диаметром 8—15 мм;
Дпл = 0,14 ... 0,5 мкм для ККЭ фильтров, резонаторов; Дпл =
= 0,5 ... 2 мкм для ККЭ низкочастотных резонаторов камертон-
ного типа прямоугольной и брусковой формы. Разброс заданного
угла среза должен быть до + г .
Геометрические параметры пластин из монокристаллического
кремния для изготовления силовых полупроводниковых приборов
(толщина, отклонение от плоскостности н параллельности), а также
свойства поверхностного слоя оказывают существенное влияние
на ход последующих диффузионных процессов и электрические
параметры приборов.
Свойства поверхностного слоя формируются на операции
абразивной доводки незакрепленным абразивом зернистостью
М5—М20 в составе водной суспензии н оцениваются по параме-
трам шероховатости поверхности (Ra = 0,18 ... 0,63 мкм) и от-
сутствию локальных поверхностных дефектов (трещин, царапни,
точек, рнсок). Для пластин диаметром 25—60 мм допуск на тол-
щину составляет +10 мкм, допуск плоскостности до 10 мкм,
19
s
1.2. Параметры качества обработки поверхностей после тонкого шлифования, хонингования,
суперфиниширования н доводки
Метод обраГот' ч Припуск на диаметр, мм Характеристика инструмента Режим резания Давление р, кПа Параметры качества поверхности
Дф, мм параметр шероховатости, мкм &, мм
Тонкое шлифова- ние 0,04—0,10 Круги: абразивные зернистостью 12—14М; алмазные зер- нистостью 40/28—5/3 t = 0,005 ... 0,025 мм окр=10...40 м/с v8ar=10...50 м/мии $рад=0,005... 0,01 мм/дв. ход Snp=0,3...0,5 м/мии (круглое) Snp=1...2 м/мии (плоское) — 0,03 — 0,05 0,005—0,01 0,01—0,015 0,002—0,005 Ra 2,5 0,63 /?а=0,32...0,08 Ra= 1,25.. .0,32 Яа=0,16...0,04 0,005— 0,030
Хонинго- вание 0,2—0,03 0,02—0,005 Бруски: абразивные зернистостью: 16—6 5—М5 алмазные зер- нистостью 250/200—63/50 80/63—20/14 оОкр=20...80 м/мии Опоеф-=3...22 м/мин S=0,4...3 мкм/дв. ход 400—800 800—1500 200—400 0,05—0,09 /?з=4О...1О 0,005— 0,020
0,03—0,004 0,03—0,05 /?а=0,32...0,08 /?о=2,5...1,25 /?а=0,32...0,08 (за три операции) /?о=2,5...0,63 Яа=0,32...0,08 (за две операции)
0,002—0,003 (за три опе- рации) 0,006—0,015 0,001—0,003 (за две опе- рации)
0,2—0,3 0,02—0,005
Продолжение табл. 1.2
Метод обработки Припуск иа диаметр, мм Характеристика инструмента Режим резаиия Давление р, кПа Параметры качества поверхности
Лф. мм параметр шероховатости, мкм h, мм
Суперфини- ширование 0,01—0,025 0,003—0,008 0,01—0,025 0,003—0,008 Бруски: абразивные зернистостью: 8—5 М40—М5 алмазные зер- нистостью: 100/80—63/50 80/63—2и 14 Колебания бру- сков 400— 3000 дв. ход/мии с амплитудой 2—5 мм; цПр=2...2О м/мии Оокр. ваг= Ю-” 80 м/мии 100—500 0,003—0,005 0,0005—0,001 При размер- ном суперфи- нишировании /?г=2О...1О Ra= 1,25.. .0,63 Ra= 1,25... 0,32 /?а=0,16...0,08 /?о=0,32...0,08 /?а=0,08...0,02 0,005— 0,020
Доводка незакре- пленными абразив- ными зер- нами 0,001—0,05 Абразивная (ал- мазная) паста, су- спензия зернисто- стью: 5—М14 (60/40—14/10) для предвари- тельной М10—Ml (10/7—2/1) для чистовой доводки о=0,08...6 м/с 20—4СЭ (0,6—4)* 0,0002- -0,005 /?а=0,32...0,040 0,005— 0,020
Продолжение табл. 1.2
ipmaker.ru
Метод обработки Припуск на диаметр, мм Характеристика инструмента Режим резания Давление р, кПа Параметры качества поверхности
Дф, мм параметр шероховатости, мкм й, мм
Доводка притиром шаржиро- ванным абразив- ными (ал- мазными) зернами 0,0005— 0,005 Притир-чугун, сталь, медь и дру- гие материалы. Зернистость абра- зива М7—Ml 0=0,08...7 м/с 100—200 0,0001—0,001 От /?а=0,080... 0,020 мкм До Rz= 0,040... 0,0025 мкм 0,003— 0,010
• Для доводки наружных цилиндрических поверхностей плоским притиром нагрузка на единицу длины, кН/м. Примечания: 1. Большие значения отклонений формы Дф обработанной поверхности от номинального значения, параме- тра Ra шероховатости поверхности и глубины h поверхностного слоя соответствуют большим значениям зернистости применяемого абразива, давления р н исходной погрешности формы обрабатываемой поверхности и ее шероховатости. 2. При односторонней доводке, суперфинишировании и тонком шлифовании плоских поверхностей значения припуска надо умень- шать в 2 раза. 3. Рекомендацни даны для абразивных брусков и кругов на керамической н органической связках (последние для чистовой обра- ботки); алмазные — на металлических. 4. Ориентировочные параметры качества поверхностей приведены с учетом рациональных характеристик инструментов, нх под- готовки и составов СОЖ при осуществлении обработки за две-три операции (перехода). В числителе — исходные значения отклоне- ний формы Дф, параметра Ra шероховатости поверхности до обработки, а в знаменателе — значения Дф и Ra после обработки. 5. Достигаемая точность обработанных поверхностей прн тонком шлнфованнн н суперфинишировании соответствует 5—6 ква- литету, хонинговании — 6—7 квалнтету, доводке — 4—6 квалитету в зависимости от размера, погрешности формы обрабатываемой по- верхности и числа операций (переходов).
3
я
S
Ж
н
я>
Т5
S
Сй
S3
О
со
03
Сй
я
□ «
Сй
*о
Сй
2
3
о
Е
Сй
о.
S3
ЛИОН
CD х о\*<
ж
я
о
CD
S
Сй
к
к
(D
2
X
Сй
ф'
3
со
Сй
о
сл
ю
к
со
о
ж
Сй
о\
2
Сй
я
д
Е
X
я
W
о
Зз
W
К
О
о
X
X
о
о
Е
ь
я
о
и
Сй
X
X
X
я
CD
X
X
X
Ё
X
о
03
Сй
X
X
X
X
X
о
X
X
X
п
s
S
X
X
Я
S
м
д
X
я
о
W
rt>
X
X
о
сл-с
— я
X
я
2
я
X
о
X
д
я
S3
о
X
X
X
о
е>
X
CD
ж
я
X
о
о
оз
X
X
X
X
X
S3
X
X
%
3
о
ж
X
CD
ж
S
X
Зз *
CD
X»
СО
о
(7)
л *о
S' X
я
о
CD
Сй
03
X
X
2
о
Sa
X
X
Сй
CD
о
Сй
и
о
я
о
я л
s Й
л
ё
а
ё
X
х
w
Е
X
X
X
X
д
о
я
§ =
-Р X
о
X
Сй
CD
Сй
CD
х
X
Сй
CD
о
S
я
я
<т>
о
д>
s
S
Я
X д
AS .
chipmaker.ru
зависят от режимов и условий процесса обработки [3, 6, 19, 20].
Механическая абразивная доводка, позволяет повысить произ-
водительность обработки от 2 до 6 раз по сравнению с ручной
доводкой, обеспечивая стабильное получение выходных (эксплуа-
тационных) характеристик деталей агрегатов и машин (гидравли-
ческой, пневматической и топливной аппаратуры, зубчатых колес,
шариков и колец подшипников качения и т. д.), выходных пара-
метров кремниевых подложек, кварцевых кристаллических эле-
ментов, керамических опор гироприборов и т. д.
Основные принципиальные схемы доводки поверхностей пред-
ставлены на рис. 1.1. Одностороннюю или двустороннюю обра-
ботку плоских поверхностей осуществляют с помощью плоского
притира (притиров) в виде диска, плиты (рис. 1.1, а) или трубча-
того притира (рнс. 1.1, б). Доводку наружных цилиндрических
поверхностей осуществляют как плоскими (рис. 1.1, в), так и ци-
линдрическими притирами, а внутренних цилиндрических по-
верхностей — в основном разрезными цилиндрическими при-
тирами (рис. 1.1, ж). Выпуклые сферические поверхности обраба-
тывают сферическим инструментом в виде трубки или чашеобраз-
ной «шкалы», а вогнутые — инструментом в виде «грибка», диска
нли трубчатым инструментом (рис. 1.1, г—е, и); доводку шариков
производят между двумя притирами, одни из которых имеет коль-
цевую канавку, а другой — плоский (рис. 1.1, з).
1.2. МЕТОДЫ ДОВОДКИ
Различают два метода доводки в зависимости от типа инстру-
мента (притира): доводка незакрепленными зернами абразива
в составе абразивных паст и суспензий и доводка закрепленными
зернами абразива (шаржированными прнтнрами и абразивными
кругами).
Основными этапами проектирования процесса доводки яв-
ляются: выбор метода доводки; составление плана операций по
переходам; назначение и расчет режимов н условий предваритель-
ной и окончательной доводки; выбор типа оборудования; расчет
параметров наладкн исполнительного механизма станка, исходя
нз требований по параметрам качества, производительности (съем
материала детали в единицу времени) и себестоимости обработки
13, 6, 191.
Доводка заготовок прецизионных деталей осуществляется за
две—пять операций (или за два—пять переходов) с последова-
тельным уменьшением зернистости применяемого абразива в со-
ставе суспензий н паст, используемых на операциях (переходах)
предварительной, чистовой (окончательной) и тонкой доводки
с целью получения требуемых параметров качества обработки.
Для повышения параметров качества доведенных поверхностей
применяют предварительную селекцию деталей: интервал рассея-
ния доводимого (исходного) размера в партии одновременно об-
рабатываемых деталей должен быть не более 1/3 величины при-
24
пуска под доводку. Припуск на обработку на сторону назначается
в зависимости от требуемых параметров качества обработки:
предварительная доводка: припуск 0,02—0,05 мм; достигаемая
точность обработки (отклонение от требуемой формы поверхности)
3—5 мкм; параметр шероховатости поверхности Ra = 0,63 ...
0,16 мкм;
получнстовая доводка: припуск 0,005—0,015 мм, точность
обработки 1—2 мкм; параметр шероховатости поверхности Ra ~
= 0,16 ... 0,08 мкм;
чистовая (окончательная) доводка: припуск 0,002—0,005 мм,
точность обработки 0,5—1 мкм; параметр шероховатости поверх-
ности Ra = 0,08 ... 0,02 мкм;
тонкая доводка: припуск 0,0002—0,001 мм, точность обра-
ботки 0,1—0,5 мкм, параметр шероховатости поверхности Ra~
= 0,02 ... 0,005 мкм.
Доводка абразивными пастами на притирах осуществляется
посредством периодического нанесения пасты на поверхность при-
тира (путем ее намазки) либо посредством предварительного
шаржирования притира абразивными зернами с помощью спе-
циальных устройств с плоскими, роликовыми кольцевыми пра-
вильно-шаржирующими инструментами.
Доводка абразивными суспензиями осуществляется двумя
способами: при непрерывной подаче или с периодической дозиро-
ванной подачей суспензии. Непрерывную подачу абразивной
суспензии в зону обработки применяют для предварительной
обработки, прн этом обеспечивается высокая производительность
обработки и параметр шероховатости доведенной поверхности Rz =
= 0,160 ... 0,020 мкм. Доводку с периодическим нанесением пасты
применяют как для предварительной, так и для чистовой доводки.
Наивысшие параметры качества доведенной поверхности до-
стигаются прн тонкой доводке притирами, шаржированными
зернами пасты, осуществляющими процесс микрорезания обра-
батываемой поверхности. Так, доводка плоскопараллельных мер
длины на притирах, шаржированных микропорошками М2—Ml,
позволяет получить отклонение от плоскостности 0,05—0,10 мкм
и параметр шероховатости поверхности Ra — 0,05 ... 0,025 мкм.
Для повышения эффективности процесса по производительности
обработки применяют абразивные круги вместо металлических
притиров. При доводке деталей из закаленных сталей (подшипни-
ковые кольца, ролики) применяют абразивные круги на керамиче-
ской связке на основе зеленого карбида кремния 63С, для доводки
пластин магнитов — круги на основе электрокорунда 23А—25А
зернистостью 8—М40, твердостью М2—СМ2. Доводка твердо-
сплавных пластин с Ra = 0,32 ... 0,16 мкм алмазными кругами
на металлической связке ТО2 зернистостью 100/80 позволяет по-
высить производительность обработки в 3 раза по сравнению
с доводкой на чугунных прнтнрах суспензиями на основе карбида
бора зернистостью 4.
25
chipmaker.ru
Доводку осуществляют суспензиями, пастами и мелкозерни-
стыми кругами на основе микропорошков из следующих абразив-
ных материалов: электрокорунда белого (23А, 24А, 25А), хроми-
стого (ЗЗА, 34А), титанистого (37А), монокорунда (43А, 44А,
45А): карбида кремния зеленого (62С, 63С, 65С), карбида бора
(КБ) и эльбора зернистостью М40—Ml; алмазных микропорошков
марок АСМ, АСН (из синтетических алмазов), AM и АН (из при-
родных алмазов) зернистостью 60/40—1/0.
Для предварительной доводки применяют порошки зерни-
стостью 5:—4, микропорошки — М40—Ml4, для получистовой —
М10—М5, дЛя окончательной — М10—М3, для тонкой — М3—Ml.
Окончательную и тонкую доводку осуществляют также мягкими
абразивными материалами — окисью алюминия, окисью хрома,
крокусом и др.
Абразивные суспензии и пасты состоят из абразива и неабра-
зивной части. Неабразивная часть паст содержит такие компо-
ненты, как парафин, стеарин, олеиновую кислоту, керосин, ве-
ретенное, дизельное, вазелиновое масла и т. д. В абразивных
суспензиях абразив по массе составляет не более 20—30 % и на-
ходится во взвешенном состоянии в керосино-масляной смеси
с добавкой парафина, стеарина или олеиновой кислоты и т. д.
При обработке неметаллических материалов (керамики, кварца,
полупроводниковых материалов, сапфира и т. д.) применяют
водные суспензии. Для устранения оседания абразива в суспен-
зию добавляют тонкодисперсный оксид кремния в количестве
5—10 % по массе.
Алмазные пасты и суспензии применяют для доводки деталей
нз твердого сплава, закаленной стали, керамики, сапфира, си-
талла, кварца, полупроводниковых материалов и т. д. Алмазные
пасты изготовляют из микропорошков природных (А) и синтети-
ческих (АС) алмазов зернистостью от 60/40 до 1/0 включительно,
наполнителей и связующих веществ. Содержание алмазов, кон-
систенция паст и их способность к смываемости регламентируется
ГОСТ 25593—83.
Абразивная способность паст и суспензий зависит от всего
комплекса факторов процесса доводки и, в частности, от вида
абразивного материала, зернистости абразивных зерен, зернового
состава по содержанию фракции в микропорошках, свойств не-
абразивных составляющих пасты или суспензии, материала детали
и притира, рабочего давления р и скорости относительного дви-
жения заготовки по притиру. Абразивная способность характе-
ризует режущую способность абразивных зерен при конкретных
условиях и режимах доводки, поэтому абразивная способность
паст и суспензий определяет производительность обработки (съем
материала заготовки в единицу времени и суммарный съем ма-
териала до полной потери работоспособности абразива). Пока-
затели качества поверхности после доводки (шероховатость по-
верхности и свойства поверхностного слоя) также зависят от
26
всего комплекса факторов процесса, определяющих схему работы
зерен в прослойке между заготовкой и притиром.
Материал притира и его свойства выбирают в зависимости
от фнзико-механнческих характеристик обрабатываемого мате-
риала, требуемых производительности и параметров качества об-
работки. Для доводки деталей из труднообрабатываемых мате-
риалов наиболее распространенными материалами притира яв-
ляется чугун с ферритной, перлитной и перлитоферритной струк-
турой. Обычно чугунные притиры изготовляют из серого чугуна
СЧ15, СЧ18, СЧ20, СЧ25 твердостью НВ 120—200. Для предвари-
тельной доводки наилучшие результаты по износостойкости имеют
перлитные чугуны с крупнопластинчатым перлитом, хорошо удер-
живающим абразивные зерна.
Для окончательной доводки применяют более мягкие феррит-
ные с фосфидной эвтектикой и перлитоферрнтные чугуны с мелко-
дисперсным и тонкопластинчатым перлитом. Из ферритных чугу-
нов изготовляют притиры для шаржирования их мелкозернистым
абразивом зернистостью М3—Ml (в частности, для доводки кон-
цевых мер длины).
При доводке деталей из цветных металлов и сплавов (алюминия,
меди, магниевых сплавов), отожженных сталей рекомендуется
применять в качестве материалов притиров оптическое стекло
МКР-1 (пнрекс) или К8, а также перлитные чугуны и цветные
металлы (олово, свинец), которые хорошо шаржируются абрази-
вом. Прнтиры из оптического стекла имеют износостойкость
в 1,5 раза выше, чем чугунные, и позволяют получить однородную
матовую поверхность без рисок при применении суспензий на
основе керосино-масляной смеси с абразивом зернистостью М40—
М14 при давлении р — 20 ... 80 кПа, создающих условия свобод-
ного перекатывания зерен между заготовкой и притиром. Доводка
деталей из закаленной стали с параметром шероховатости поверх-
ности Rz = 0,1 ... 0,025 мкм осуществляется пастами ГОИ, со-
держащими окись хрома, олеиновую кислоту, стеарин или пара-
фин на стеклянных или чугунных притирах.
Для окончательной доводки деталей из закаленной стали,
твердых сплавов, керамики и ситалла применяют притиры нз
цветных металлов — меди Ml твердостью НВ 70, латуни Л63
твердостью НВ 90 н пластмасс, которые обеспечивают стабильные
результаты при нх шаржировании абразивными и алмазными
микропорошками, в противном случае при доводке незакреплен-
ным абразивом наблюдается повышенное изнашивание рабочей
поверхности притиров.
1.3. ОСОБЕННОСТИ доводки
Факторы, определяющие выходные параметры процесса до-
водки (производительность и показатели качества обработки),
можно разделить на четыре группы.
27
chipmaker.ru
1. Технологические качественные факторы: вид абразива и
рабочей жидкости абразивной суспензии, материал притира и за-
готовки, состояние их поверхностных слоев; технологические
количественные факторы: зернистость абразива, рабочее давление
притира на заготовки, твердость материала притира и заготовки,
соотношение жидкой и твердых составляющих абразивной су-
спензии и т. д.
2. Кинематические — соотношения угловых скоростей и ли-
нейных размеров звеньев исполнительного механизма доводочного
станка, определяющие значения и законы изменения скорости v
и ускорения ах относительного движения заготовки по при-
тиру.
3. Динамические — среднее значение и закон изменения силы
взаимодействия заготовки через абразивную проволоку с при-
тиром, действующей в плоскости, касательной к поверхности
контакта заготовки с притиром.
4. Геометрические — точность формы рабочей поверхности
притира и заготовок, разноразмерность заготовок в партии перед
доводкой, форма и размеры канавок для подвоза абразивной
суспензии, форма вырезов каблуков на рабочей поверхности при-
тира, относительное расположение осей притира, сепараторов и
заготовок в последних, а также соотношение линейных размеров
обрабатываемых поверхностей заготовок н притира.
Перечисленные факторы могут быть независимыми или зави-
симыми переменными от времени процесса доводки. Многообразием
этих факторов и влиянием каждого из них на показатели про-
цесса доводки в зависимости от их сочетания объясняются мето-
дологические трудности как в исследованиях физической сущности
процесса, так н в установлении основных закономерностей,
определяющих его показатели.
Физико-механической основой процесса абразивной доводки
является процесс абразивного разрушения твердых тел. Под
абразивным разрушением и абразивным изнашиванием понимают
процесс разрушения поверхностных слоев твердых тел под дей-
ствием абразивных зерен.
Основными гипотезами и положениями, объясняющими физи-
ческую сущность процесса доводки и полирования, являются:
механическая гипотеза, предложенная Р. Гуком и в дальней-
шем развитая А. В. Шубниковым;
гипотеза оплавления тончайших поверхностных слоев, пред-
ложенная Г. Бейльби;
химико-механическая гипотеза И. В. Гребенщикова;
эффект П. А. Ребиндера, основанный на понижении прочности
поверхностного слоя твердых тел при адсорбции поверхностно-
активных веществ.
Природу разрушения материалов заготовки и притира при
доводке и полировании определяют в основном элементарные, ме-
ханические процессы прн значительном влиянии химических и
28
физико-химических процессов, происходящих под действием по-
верхностно-активных веществ. При исследовании процессов до-
водки заготовок незакрепленным и закрепленным абразивом
основными проблемами абразивного разрушения твердых тел
являются:
определение наиболее вероятной схемы силового взаимодей-
ствия незакрепленных и закрепленных абразивных зерен с мате-
риалом заготовки;
исследование состояния материала заготовки и притира в зоне
взаимодействия зерна с изнашиваемым телом;
определение характера разрушения взаимодействующих твер-
дых тел системы заготовка—абразивная прослойка—притир при
различных условиях и режимах доводки.
Для решения указанных проблем необходимо изучить осо-
бенности процесса абразивной доводки заготовок. На основе
обобщения накопленных результатов исследований, производ-
ственного опыта можно выделить пять особенностей процесса
доводки.
Первая особенность', обработку осуществляют композиционным
инструментом, состоящим из следующих элементов: притира,
абразивных зерен, рабочей жидкости — суспензии (неабразивная
часть пасты).
Обеспечение стабильных показателей обработки основано на
стабилизации условий взаимодействия указанных элементов в си-
стеме заготовка—абразивная прослойка—притир. Когда абра-
зивные зерна находятся в незакрепленном состоянии, рабочая
поверхность притира является базовой поверхностью (основанием)
для перемещающихся зерен в зазоре между заготовкой и при-
тиром. Ориентация заготовки на рабочей поверхности притира
происходит через абразивный слой суспензии или пасты. Если
зерна закрепляются в материале притира при их шаржировании,
то материал притира является связкой, удерживающей зерна
в состоянии закрепления. В этом случае заготовки на притире
ориентируются шаржированными зернами рабочей поверхности
притира.
Рабочая жидкость и активные добавки в составе суспензии
или пасты усиливают действие адсорбционных процессов, уско-
ряют механические процессы, приводящие к разрушению твер-
дых тел.
Взаимодействие обрабатываемой поверхности заготовки через
абразивную прослойку с рабочей поверхностью притира следует
рассматривать как динамическое, осуществляемое при перемеще-
нии заготовки по притиру (притирам) со скоростью и под действием
внешней главной Рг и нормальной Ру сил. Сила сопротивления F
движению заготовки по притиру и нормальная сила реакции
являются усредненными значениями сил взаимодействия притира
через отдельные абразивные зерна и неабразивную часть про-
слойки с заготовкой.
29
chipmaker.ru
Постоянство во времени среднего значения силы F, направлен-
ной касательно к поверхности заготовки навстречу скорости о,
свидетельствует о стабильности процесса доводки, вероятно,
только по производительности обработки (съем материала за-
готовки) нли по ряду критериев оценки шероховатости поверх-
ности. Такне характеристики поверхностного слоя, как глубина
поверхностного (нарушенного обработкой) слоя, распределение
дефектов по глубине, а также напряженное состояние поверхност-
ного слоя определяются не только средним значением силы Fcp,
но и мгновенными Fmax, Fmin.
При одно- н двусторонней доводке взаимное изнашивание
контактирующих поверхностей заготовки н инструмента указы-
вает на взаимосвязь между давлением в зоне контакта заготовки
н инструмента и износом поверхности заготовки. Взаимное изна-
шивание приводит к взаимной приработке заготовки и инстру-
мента. С увеличением давления на данном участке поверхности воз-
растает износ, а с ростом износа на этом участке падает давление.
Физико-механические процессы, происходящие при доводке
деталей по способу свободного притира, физическая сущность
явления притира во многом зависят от характера изнашивания
взаимодействующих поверхностей заготовки и притира.
Проведенный И. В. Крагельским, М. Н. Добычнным и
В. С. Комбаловым подробный анализ работ по изучению процес-
сов, происходящих при приработке трущихся поверхностей и
образованию «равновесной» шероховатости на поверхности тре-
ния, показал наличие двух периодов изнашивания поверхно-
стей — переходного и стационарного. Основным различием этих
периодов являются закономерности изменения фактической пло-
щади контакта поверхностей и физико-механических свойств
поверхностных слоев. Процесс доводки является не менее слож-
ным, чем процесс изнашивания двух взаимодействующих твердых
тел. Шероховатость вновь образующихся поверхностей заготовки
и притире является функцией режимов и условий доводки и,
прежде всего, зернистости абразива.
Реальная форма поверхности каждого притира служит опре-
деляющим признаком при установлении степени износа притира
во времени. Приработку мы рассматриваем лиоо как временную
стадию процесса абразивного изнашивания твердых тел, либо как
явление, происходящее при взаимном абразивном изнашивании
притира и заготовок. Приработка как временная стадия состоит из
двух этапов: переходного процесса изнашивания и стадии при-
работки поверхностей. Переходный процесс связан с прирабаты-
ванием поверхностей, т. е. с изменением формы рабочих поверх-
ностей притиров во времени, приводящим к непостоянству тол-
щины абразивного слоя между поверхностями заготовки и при-
тиров.
Переходный процесс изнашивания поверхностей представляет
наибольший интерес для технологов, так как он присущ любому
30
процессу доводки н сопровождается изменением реальной формы
рабочих поверхностей притиров. На участках взаимодействующих
поверхностей, на которых создаются условия более интенсивного
разрушения материалов заготовки и притира, происходит нару-
шение условий контакта абразивных зерен с заготовкой и при-
тиром. Вследствие этого уменьшаются давление н съем материала
и происходит перераспределение давления по поверхности при-
тира. На других участках повышается интенсивность съема ма-
териала заготовки, что вызывает изменение механизма воздей-
ствия зерен в этих зонах и очевидно перераспределение давления.
Стадию приработки рассматривают как период изнашивания,
в течение которого сохраняется форма рабочих поверхностей
притиров. При этом характер сопряжения поверхностей притиров
не является решающим (сопряжение профилей может быть пол-
ным либо частичным). Приработка поверхностей, рассматривае-
мая как явление, происходящее при полном или частичном совме-
щении поверхностей притира (притиров) и заготовки (заготовок),
имеет специфические особенности.
В пределах каждого участка поверхностей заготовки и при-
тира действует один механизм разрушения материалов, воспро-
изводится некоторая однородная шероховатость поверхности,
создаются определенные структура н напряженное состояние
поверхностного слоя заготовки и притира, обеспечивается по-
стоянство формы изношенной поверхности притира и обрабаты-
ваемой поверхности заготовки.
Итак, качество обработанной поверхности детали будет из-
меняться в процессе доводки. В переходном процессе (до стадии
приработки) качество поверхностного слоя заготовок будет фор-
мироваться на последних циклах их относительного движения по
поверхности притира. На стадии приработки будет воспроизво-
диться постоянная во времени структура поверхностного слоя
материала притира и заготовки. Поэтому при решении задач
достижения требуемых параметров качества обработки деталей
необходимо учитывать наличие указанных стадий и их особен-
ностей.
Вторая особенность', процесс доводки заготовки осуще-
ствляется, как правило, с переменной скоростью относительного
движения заготовки по рабочей поверхности притира.
Влияние ускорения движения на износ трущихся пар впервые
отмечено В. А. Гавриленко при изучении изнашивания профи-
лей зубчатых колес и П. А. Каргиным при моделировании про-
цесса изнашивания трущихся пар. Показатели процесса изна-
шивания взаимодействующих поверхностей твердых тел при
относительном их движении с переменной скоростью при внешнем
трении (по О. С. Темишу) с возникновением автоколебаний (по
Р. Зарсу, М. Е. Эльясбергу) качественно отличаются от показа-
телей изнашивания твердых тел при их движении с постоянной
скоростью. Известны экспериментальные данные, которые сви-
31
chipmaker.ru
детельствуют о влиянии ускорения движения взаимодействующих
тел на показатели процессов внешнего трения, износа, а также
хонингования, суперфиниширования и доводки.
Подобный вывод не был сделан авторами указанных выше
работ, которые не учитывали влияние характера движения на
износ трущихся пар. Однако экспериментальные данные позволили
выявить еще одно новое, неисследованное явление: действие уско-
рения относительного движения на показатели процесса изнаши-
вания взаимодействующих тел.
При исследованиях изнашивания деталей пар трения, прове-
денных Б, М. Асташевичем, установлено наличие наибольшего
износа на участках поверхности гильзы, соответствующих оста-
новкам поршня, движущегося возвратно-поступательно. Не отвер-
гая этих объяснений, отметим, что в зоне этих участков имеет
место реверс поршня и, следовательно, максимум тангенциальных
ускорений его движения.
Подобные результаты получены при хонинговании деталей
М. С. Наерманом и С. А. Поповым. Съем металла повышается
с увеличением скорости возвратно-поступательного движения
абразивных брусков при постоянной скорости резания (за счет
соответствующего уменьшения скорости вращательного движе-
ния головки). Аналогично при суперфинишировании съем металла
(толщина сжимаемого слоя) изменяется в более значительной
степени с увеличением частоты колебаний бруска, чем с увеличе-
нием его амплитуды. При увеличении числа колебаний брусков
в 2,5 раза съем металла повышается более чем в 4 раза. М. Н. Се-
мибратов экспериментально установил, что при одинаковой ра-
боте, затрачиваемой на шлифование стекла, съем материала уве-
личивается быстрее при увеличении не давления, а размаха коле-
баний верхнего звена исполнительного механизма станка и ча-
стоты вращения шпинделя притира. 3. И. Кремень установил
зависимость параметров качества поверхности, производитель-
ности доводки концевых мер длины на шаржированных притирах
от средней скорости иср относительного движения заготовки
по притиру н соотношения поперечной и продольной составляю-
щих скорости относительного движения.
Интересные результаты исследования изнашивания твердых
тел при качении с постоянной нагрузкой получены А. Л. Честно-
вым. На дорожках качения суперфинишированного цилиндри-
ческого 9бразца в начальный момент приработки наблюдались
дефекты поверхности (питтинги). Автор объясняет их появление
наличием высоких контактных напряжений на микронеровностях
поверхности, а также хрупкостью поверхностного слоя металла
после суперфиниширования. Однако на микрошлифованых об-
разцах при тех же условиях испытания и одинаковом числе
циклов (106) питтинги отсутствовали. Поэтому наличие микро-
неровностей, создающих локальные контактные напряжения в по-
верхностном слое дорожек качения, нельзя считать необходимым
32
условием образования питтингов. По-видимому, основным фак-
тором, влияющим на образование питтингов, является охрупчи-
вание материала. Процесс суперфиниширования характеризуется
наличием больших ускорений при движении абразивных зерен
инструмента по обрабатываемой поверхности, что, вероятно,
и приводит к охрупчиванию материала поверхностного слоя де-
тали.
При абразивной доводке нами отмечено влияние ускоренного
относительного движения на показатели процесса доводки —
суммарный съем материала заготовки, распределение шаржиро-
ванных алмазных зерен по рабочей поверхности притира (в за-
висимости от закона относительного движения заготовки по при-
тиру). Таким образом, можно предположить, что наличие ускоре-
ния относительного движения заготовки и притира влияет на
характер разрушения материала взаимодействующих тел.
Доводку можно рассматривать как процесс механического
воздействия абразивных зерен, работающих в незакрепленном,
закрепленном и полузакрепленном состоянии, на поверхности
заготовки при наличии ускорения относительного движения за-
готовки по притиру. При этом воздействия абразивных зерен,
имеющие по своей природе случайный характер, обуславливают
динамическое нагружение системы заготовка—абразивная про-
слойка—притир, что приводит к образованию в материале этих
тел нестабильного сложнопеременного напряженного состояния.
Движение абразивного зерна с переменной скоростью приводит
к изменению скорости деформации и, следовательно, к более
неравномерному распределению деформации и напряжений в ло-
кальных микрообъемах поверхностных слоев контактирующих
тел.
Таким образом, непрерывное изменение кинематических фак-
торов процесса доводки приводит к непрерывному изменению
действующих напряжений в поверхностных слоях заготовки и
притира. Характер разрушения поверхностного слоя, завися-
щий от взаимодействия зерен с твердым телом, определяется
уровнем этих напряжений и физико-механическими свойствами
материалов.
Третья особенность-, процесс доводки заготовок незакреплен-
ными абразивными зернами характеризуется различной степенью
подвижности зерен, находящихся в зазоре между притиром и
заготовкой. Характер воздействия абразивных зерен на поверх-
ностные слои заготовки и притира зависит от степени их подвиж-
ности.
Механизм воздействия незакрепленного абразивного зерна,
находящегося в зазоре между заготовкой и притиром, на заготовку
и притир исследователи представляют по-разному. Н. Н. Качалов
считает, что разрушение стекла при шлифовании и полировании
происходит в результате соударений зерен абразива с обрабаты-
ваемой поверхностью заготовки. По мнению М. Н. Семибратова,
33
chipmaker.ru
определяющим фактором разрушения материала заготовки яв-
ляется вибрационно-ударное воздействие (как в нормальном,
так и в касательном направлениях) притира на зерна абразива
при их мгновенном закреплении в притире или заготовке. Другие
исследователи считают, что разрушение материала заготовки
происходит в основном в результате массового резания — цара-
пания зернами при их мгновенном закреплении (шаржировании)
в материале притира.
Общность процессов абразивного разрушения твердых тел
при различном состоянии абразивных зерен установлена по мно-
гим показателям. Однако из общефизических соображений
В. Н. Кащеев сделал вывод, что действие полузакрепленного
зерна и, тем более, незакрепленного не может быть подобным
действию жестко закрепленного зерна.
Результаты многочисленных исследований процесса абразив-
ной доводки незакрепленным абразивом позволяют упрощенно
представить, что зерна работают по двум схемам: в условиях
упругого, пластического деформирования или микрорезания при
непрерывном контакте с поверхностными слоями заготовки и
притира либо в условиях микровыкалывания и микрорезания при
прерывистом контакте зерен с поверхностными слоями заготовки
и притира.
Если зерно находится в полузакрепленном и закрепленном
состоянии, то на поверхности заготовки (притира) в результате
срезания микростружек при микрорезании остается сетка
(штрихи), а при пластическом деформировании —выдавленные
впадины с «навалами» (рис. 1.2). При доводке незакрепленными
зернами получается кратерообразная поверхность (рис. 1.3).
В некоторых случаях в процессе доводки заготовок могут
создаваться условия, когда часть зерен находится в квазисвобод-
ном состоянии и воздействует на поверхность заготовки или при-
тира, имея ограниченную подвижность. Такие условия могут
создаваться при доводке стальных заготовок мелкозернистыми
алмазными (абразивными) пастами (рис. 1.4) на стадии накапли-
вания шлама и повышения вязкости и плотности слоя, обладаю-,
щего демпфирующими свойствами при непрерывном (с образова-
нием рисок) и периодическом (с образованием выколок) воздей-
ствии абразивных зерен на обрабатываемую поверхность за-
готовки.
Знание особенностей воздействия зерен на заготовку и при-
тир считаем необходимым условием для прогнозирования осо-
бенностей разрушения материала заготовки и притира. Экспе-
риментально установлено, что при доводке заготовок из раз-
личных материалов незакрепленными зернами паст и зернами,
шаржированными в материал притира, оказались качественно
различными закономерности изменения суммарного съема £ Q
материала заготовки до потери работоспособности пасты в дан-
ных условиях доводки и минутного съема Q материала заготовки
34
Рис. 1.2. Электронная микрофото
графин (X 2000) поверхности детали
из твердого сплава ВКЗ-М, снятая
на сканирующем микроскопе после
доводки на чугунном притире сус-
пензией АСМ5.-3 при работе зерен
в условиях микрорезания прн не-
прерывном контакте с заготовкой
и притиром (р = 147 кПа; V =
= 0,6 м/с)
Рис. 1.4. Электронная микро-
фотография (X 12 000) поверх-
ности детали из стали Х12Ф1
(HRC362—64), снятая на ска-
нирующем микроскопе после до-
водки на чугунном притире па-
стой АСМ5/3 при работе зерен
в условиях чередования непре-
рывного и прерывистого кон-
такта с заготовкой и притиром
р ~ 86,3 кПа, v — 1,33 ...
2,92 м/с (после травления)
Рис. 1.3. Электронная микрофотография
(X 10 000) поверхности детали из твердого
сплава ВК.6М, снятая на сканирующем
микроскопе после доводки пастой АСМ5/3
при работе зерен в условиях прерывистого
контакта с заготовкой и притиром (р
= 39,2 кПа, v= 1,33 ... 2,92 м/с)
35
r.ru
от давления р, зернистости абразива, скорости v и ускорения а1
относительного движения заготовки по притиру. Более подробные
сведения о процессах доводки незакрепленным и связанным абра-
зивом даны, в частности, в работах автора и ряда других иссле-
дователей [3, 18, 20].
Данные о существенном влиянии схемы работы зерен на ре-
зультаты абразивного изнашивания необходимо учитывать при
разработке теории формообразования поверхностей и прогнози-
рования параметров качества обработки.
Четвертая особенность', при доводке действуют те же факторы,
что и при абразивном изнашивании поверхностей деталей машин
в процессе их эксплуатации.
Следует учитывать, что в процессе доводки для обеспечения
высокой производительности и стабильности качества обработки
заготовка должна находиться в условиях ускоренного абразивного
разрушения, а притир — в условиях минимального абразивного
износа. Выводы из теории абразивного изнашивания деталей
машины могут быть использованы при изучении процесса доводки
с учетом ее специфических особенностей.
Съем материала (износ U) заготовки при абразивной доводке
и изнашивании твердых тел в общем случае нелинейно зависит от
скорости v движения заготовки и давления р. Зависимость U —
= f (рт, v'1), по данным многих исследователей, процесса абра-
зивного изнашивания и доводки закрепленными и незакреплен-
ными зернами абразива имеет различные значения показателей
степени тип при давлении р и скорости и, что свидетельствует
о сложности процесса, и, вероятно, о различном характере раз-
рушения материала.
Непостоянство значений показателей степени тип при раз-
личных уровнях динамичности воздействия абразивных зерен
на обрабатываемый материал свидетельствует о непостоянном
характере разрушения материала и подтверждается результатами
исследований в области сопротивления материалов при высоко-
скоростной деформации.
Известно, что при постоянном уровне скоростей существуют
критические значения давления, превышение которых приводит
к разрушению абразивных зерен и снижению минутного съема Q
материала заготовки. Следует ожидать, что такая функция от-
клика процесса доводки, как съем Q материала заготовки (или
износ U притира) в результате разрушения материала заготовки
и притира (а следовательно, и процесс формообразования дово-
димых поверхностей) в факторном пространстве р, v будет харак-
теризоваться явно выраженным экстремумом 13].
Проведенный анализ работ по абразивному изнашиванию
твердых тел незакрепленным и закрепленным абразивом пока-
зывает сложность и многообразие явлений, происходящих в про-
цессе разрушения материала взаимодействующих тел. Однако
это не дает оснований делать заключение об общности всех за-
36
амплитудно-частотными ха-
отдельной микронеровности по-
верхности под действием нор-
мальной Р = Р0 -f- Ртах 81П Wt
и касательной Q = Qo +
+ Qmax sin (ut составляющих си-
лы
кономерностей процесса разрушения твердых тел при воздей-
ствии незакрепленного и закрепленного абразива.
Для установления закономерностей процесса абразивной до-
водки необходимо представить качественную картину процесса
разрушения материала заготовки и притира для двух схем ра-
боты абразивных зерен. Разрушение материала — это процесс
зарождения и развития микротрещины в твердом теле.
Схемы работы абразивных зерен в незакрепленном и в за-
крепленном состоянии отличаются
рактеристиками силового воздей-
ствия зерен на материал.
Скорость распространения ми-
кротрещины разрушения характе-
ризует работу, затрачиваемую на
пластическую деформацию материала
в окрестности вершины движущейся
трещины, следовательно, и общую
работу разрушения, характеристики
и размеры нарушенного поверхност-
ного слоя. Таким образом, скорость
распространения микротрещины мо-
жет служить обобщенным показате-
лем разрушаемости материала в про-
цессе доводки.
В качестве исходной предпосылки
будем считать, что на элементарный
участок поверхности заготовки дей-
ствует сила, порожденная массовым
динамическим воздействием абра-
зивных зерен, которую можно разложить в ряд Фурье по двум
ее составляющим — нормальной Р и касательной Q'.
Р = Ро Т" Рmax SIH Со/,
С = Со I Стах sin Со/,
где Ро и Qo — постоянные составляющие ряда Фурье; Раа>: и
Стах — амплитуды колебаний первой гармоники соответственно
нормальной и касательной составляющих; со — частота колебаний
первой гармоники возмущающей силы; / — время.
Предложенное представление силы позволяет объединить дей-
ствие нормального давления р, скорости v и ускорения ах относи-
тельного движения заготовки по притиру на характер разрушения
материала. Величины Ро. Со. Ргтх, Стах являются усредненными,
зависящими от действия нормального давления р и скорости v.
Если предположить, что частота со зависит в основном от и, то
скорость изменения со определяется величиной и законом изме-
нения тангенциального ускорения ат.
Отдельную микронеровность представим в виде балки конеч-
ной длины прямоугольного сечения (рис. 1.5). Подобная модель
взаимодействия микронеров-
ности 1 и зерна 2
37
chipmaker.ru
использована Дж. Гилманом для анализа механики процесса
скола. Предположим, что действующие силы могут создать раз-
рушающие напряжения в материале заготовки; поверхности
трещины образуются за счет энергии упругой деформации, осво-
бождающейся при движении трещины.
Определим параметры колебаний- балки исходя из допущения,
что масса балки сосредоточена в точке приложения внешних
сил, т. е. на конце балки, и в выбранном интервале времени ее
длина изменяется несущественно. Примем, что при статическом и
динамическом нагружении кривые прогиба балки являются по-
добными, но прогибы балки в текущих сечениях х при динами-
ческом нагружении и колебаниях балки происходят со сдвигом
по фазе 0 по отношению к колебаниям приложенных сил:
Уд = Щ/ст 1 Sin (ut + 6) 4- уС12, (1.1)
где р — коэффициент динамичности, р = --------- 1-------------;
6 — сдвиг фазы, 6 = arctg -.2-”0)- 4 % — соответственно
частота вынужденных и свободных колебаний; п — коэффициент
затухания; ^/ст1, уст2 — соответственно прогиб балки под дей-
ствием силы Qnlax и Qo.
Прогиб
Уд = ЗГ/а -сс) sin И + 6) + Col (1 ~ cos ir) ’
где а — отношение нормальной силы Р к критическому значению
сжимающей силы Ркр, при которой незначительная поперечная
нагрузка вызывает большие прогибы; х — текущая координата;
I — длина балки.
Суммарная работа внешних сил затрачивается на изменение
энергии упругой деформации Uy, на сообщение кинетической
энергии Т перемещающимся частицам материала балки и на
увеличение поверхностной энергии S, связанной с образованием
новых поверхностей при продвижении трещины. Таким образом,
увеличение полной энергии рассматриваемой системы
Н = ДЯЭ т- Но = S 4 Uy + т — А, (1.2)
где ДЯЭ — изменение внутренней энергии балки; 7/0 — началь-
ный запас внутренней энергии балки до нагружения; не изменяя
сущности анализа, можно принять Но = 0; А — работа внешних
сил, приложенных к балке.
Поверхностная энергия одной стороны трещины
где <тоов — удельная поверхностная энергия; I, Ь — соответ-
ственно длина и ширина поверхности, образующейся при раскры-
тии трещины.
38
Энергия упругой деформации
где Е — модуль упругости материала балки; J — момент инерции
поперечного сечения балки, J = bh3/\2, здесь h — высота по-
перечного сечения балки.
Вследствие распространения трещины кинетическая энергия
балки
т=410)
где р — плотность материала балки.
В ходе распространения трещины работа внешних сил
«д х
4 = jQd6„ + jPdk,
о о
где 6Д — динамический прогиб балки; X — понижение точки при-
ложения сил под действием силы Р.
Полная энергия рассматриваемой системы может быть пред-
ставлена как сумма кинетической и потенциальной: Н = Т + П.
Тогда согласно уравнению (1.2) П = Uy + 5 — А.
Для определения закона движения конца трещины запишем
уравнение Лагранжа второго рода, взяв в качестве обобщенной
координаты длину трещины I,
<13>
или
d / dL \ dL ______________________„
«Ц \ dfTp ) dl ’
dl
где итр = — скорость распространения микротрещины.
Таким образом, уравнение (1.3) можно преобразовать
L=T—П=ТрА~иу —S. (1.4)
~ d / dT \ d / dA \ dT dA
Определяя производные ~ар. -^р.
-gp-; и подставляя их в уравнение (1.4) для установившегося
режима (ajp = 0) при Qo = Ро = 0 после вычислений получим:
( 4 л ( Зл 8 pbhrife о 2 л ।
UTD = / То-о\ Ы.СМ Г7Г / о--7Z°(0a SID2 6 +
тр j (Зя — 8) pbhSl* cos2 0 j 2л 2 - 9 ‘
+-44(4“s2(i-tsi"26) +
39
chipmaker.ru
. P£J(1—а)«
2 cos 0 — я sin 0
л‘Р£7
3-64
COS2 6 —
4
_ ОповЬ (g/)a (1 — «)a ) 1 '/2
GLxi*2 // ’
Из этого выражения следует, что скорость распространения
микротрещины разрушения зависит от Ртах, Ро, Qmax, Qo. ш>
а также материала и размеров рассматриваемого элемента по-
верхности. С увеличением Ртах, Ро и со (в некотором диапазоне
изменения) скорость распространения микротрещины увеличи-
вается.
Известно, что с увеличением скорости птр распространения
микротрещины разрушение материала происходит в основном
за счет энергии упругой деформации, пластическая деформация
в окрестности вершины микротрещины уменьшается, следова-
тельно, уменьшается и общая работа, затрачиваемая на разруше-
ние. Поэтому с увеличением скорости итр разрушаемый мате-
риал в пределах отдельных микрообъемов охрупчивается и ха-
рактер разрушения материала изменяется.
Изменяя факторы процесса доводки, можно изменять характер
разрушения поверхностного слоя заготовки и управлять его
глубиной. Следует ожидать, что при движении заготовки с по-
стоянной скоростью и ускорением ах качественные и количествен-
ные показатели процесса доводки различны.
На основании приведенного выше анализа разрушения мате-
риала можно заключить, что ускоренное относительное движение
заготовки и притира способствует охрупчиванию материала в пре-
делах разрушаемого поверхностного слоя. Целенаправленно из-
меняя факторы процесса доводки, можно изменять характер раз-
рушения поверхностного слоя заготовки и управлять его глу-
биной.
Состояние измененного поверхностного слоя определяется его
структурой (строением), наличием макро- и микротрещин, сте-
пенью пластических деформаций, наличием фазовых изменений
в структуре материала и другими свойствами и может быть оце-
нено по методике расчета технологического наследования свойств
материала поверхностного слоя на последующих переходах (опе-
рациях) от предшествующих 12}.
Возникающие в процессе доводки поверхностные деформации
в материале заготовки в предшествующий момент массового
воздействия зерен абразива влияют на характер разрушения ма-
териала на всех стадиях последующего действия зерен. При уста-
новлении закономерностей процессов доводки незакрепленным
и закрепленным абразивом и их сравнении необходимо одновре-
менно рассматривать взаимодействие и характер разрушения
трех твердых тел: заготовки, абразива и притира.
40
В совокупности четыре описанные особенности процесса до-
водки характеризуют взаимодействие твердых тел и конечную
его стадию — разрушение материала. Существующие теоретиче-
ские положения об изнашивании твердых тел не могут быть ис-
пользованы для решения прикладных задач в области формооб-
разования поверхностей деталей при доводке вследствие специфи-
ческих особенностей процесса. Поэтому мы считаем, что перво-
очередной задачей является физическое и математическое моде-
лирование процесса доводки заготовок из материалов с различ-
ными физико-механическими свойствами в условиях близких
к реальным. Это позволит программировать процесс и управлять
им по параметрам качества обработки.
Пятая особенность: стохастический характер взаимодействия
твердых тел системы заготовка—абразивная прослойка—притир.
Абразивное изнашивание и доводка по природе являются
стохастическими процессами как процессы многократного им-
пульсного воздействия абразивных зерен, находящихся в различ-
ные моменты времени в незакрепленном, полузакрепленном и за-
крепленном состоянии на поверхности заготовки или притира.
С учетом выраженных закономерностей изменения показателей
процесса доводки в первом приближении его можно считать де-
терминированным, а случайные вариации протекания рассматри-
вать как результат действия неучтенных факторов. В этом случае
представление процесса доводки в виде детерминированного свя-
зано с анализом изменения математического ожидания отдельных
его показателей.
Двойственный подход к изучению процесса, выявленный пу-
тем определения его закономерностей, вполне объясним слож-
ностью явлений, протекающих при абразивном разрушении твер-
дых тел, и наличием большого числа факторов. Отделение частиц
материала заготовки и притира при доводке в результате абразив-
ного изнашивания может происходить в результате однократного
и многократного взаимодействия абразивного зерна с поверхност-
ными слоями заготовки или притира (при микрорезании).
Учитывая случайность возникновения контакта зерен с по-
верхностями заготовки или притира, а также неоднородность
состояния поверхностных слоев, следует ожидать, что сила вза-
имодействия каждого зерна с заготовкой и притиром определяется
только случайными сочетаниями факторов и условиями доводки.
Взаимодействие заготовки и притира через абразивную про-
слойку зависит от нагрузок, скоростей, ускорений и других фак-
торов, характеризующих процесс массового взаимодействия абра-
зивных зерен с заготовкой и притиром. При постоянных вероят-
ностных характеристиках процесс доводки можно рассматривать
как стационарный [31. Воспроизводимые выходные параметры
процесса можно получить только на основе рассмотрения всего
комплекса явлений, происходящих в поверхностном слое (ме-
ханических, физических, физико-химических, механохимических
41
chipmaker.ru
и химических процессов), и определения степени влияния не-
учтенных факторов и явлений на его качественные и количествен-
ные показатели. Воспроизводимость параметров качества обра-
ботанных деталей можно обеспечить в том случае, когда процесс
доводки управляем.
Решение задачи управления процессом доводки должно осно-
вываться, прежде всего, на создании условий доводки, при кото-
рых сохраняется исходная номинальная форма рабочей поверх-
ности инструмента, а свойства абразивной прослойки постоянны
во времени.
Рассмотренные особенности процесса доводки являются основ-
ными признаками процесса формообразования поверхностей за-
готовки и притира, поэтому их необходимо учитывать при реше-
нии комплексной задачи по созданию управляемого процесса
доводки.
ГЛАВА 2
ДОВОДОЧНЫЕ СТАНКИ И ИХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ
возможности
2.1. ТИПЫ доводочных СТАНКОВ
И ИХ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ МЕХАНИЗМЫ
По технологическому назначению доводочные станки в зави-
симости от формы и вида обрабатываемой поверхности разделяют
на следующие типы: плоскодоводочные — для доводки плоских
и наружных цилиндрических поверхностей, внутридоводочные —
для доводки цилиндрических и конических поверхностей, сферо-
доводочные — для доводки внутренних и наружных сферических
поверхностей, специальные — для доводки внутренних и наруж-
ных фасонных поверхностей [3, 14, 17, 20].
Доводочные станки для обработки плоских, цилиндрических,
конических, сферических и фасонных поверхностей по виду ки-
нематической связи рабочих звеньев исполнительного механизма
разделяют на два типа: станки с жесткой кинематической связью
и станки с фрикционной связью между заготовками и инструмен-
том (притиром). Эти станки имеют подвижные и неподвижные
притиры с различными исполнительными механизмами, задаю-
щими закон относительного движения заготовки по притиру или
притира по заготовке путем сочетания вращательных, качатель-
ных и поступательных движений притира (притиров), а также
сепараторов, кассет, блоков (планов) с закрепленными или сво-
бодно установленными в них заготовками.
Исполнительные механизмы станков имеют различное кон-
структивное исполнение. Жесткая кинематическая связь между
звеньями исполнительных механизмов доводочных станков, как
правило, создается планетарными, эксцентриковыми, планетарно-
эксцентриковыми. кулисно-эксцентриковыми механизмами с пере-
дачей вращательного, поступательного, плоскопараллельного или
сложного движения заготовке (сепаратору с заготовками) или
притиру либо одновременно и заготовке и притиру. Она осуще-
ствляется механизмами, составленными из зубчатых колес, пло-
скими стержневыми механизмами (кривошипно-ползунные, кри-
вошипно-кулисные, кулачково-кулисные, кулисно-эксцентрико-
вые, синусные и др.) или пространственными стержневыми меха-
низмами (трехзвенные, четырехзвенные, кулисные, кривошипные
и др.), создающими требуемый закон относительного движения
заготовки и притира в плоскости или в пространстве.
43
r.ru
Фрикционная кинематическая связь создается либо фрикцион-
ными механизмами, основанными на непосредственном касании
рабочих тел качения (заготовок, притиров, звеньев кинематиче-
ской фрикционной цепи и т. д.), а также через промежуточные
жесткие звенья (кольца, шарики, ролики и т. д.) или гибкие
передачи (ремни, гибкие валы и др.), либо фрикционными меха-
низмами в сочетании с механизмами жесткой кинематической
связью между звеньями.
В зависимости от способа взаимной установки (базирования)
заготовки на рабочей поверхности притира или притира по обра-
батываемой поверхности заготовки (заготовок) разделяют два
способа доводки: способ «свободного притира» при самоустановке
поверхностей заготовки и притира в процессе обработки; способ
«жесткой» независимой ориентации базовых поверхностей или
осей заготовки и притира.
По числу рабочих позиций, в которых одновременно или после-
довательно обрабатываются заготовки, доводочные станки под-
разделяют на одношпиндельные и многошпиндельные, однопо-
зиционные и многопозиционные. В зависимости от широты номен-
клатуры обрабатываемых заготовок и уровня механизации и авто-
матизации процесса доводки в машино- и приборостроении при-
меняют универсальные станки, специализированные станки и
полуавтоматы, а также специальные станки и автоматы.
Тип производства, определяющий коэффициент закрепления
доводочной операции, устанавливает требования по уровню спе-
циализации станка, полуавтомата или автомата, а следовательно,
и степени автоматизации процесса, позволяющую одновременно
обеспечить требуемые параметры качества, производительность
обработки и себестоимость изготовления детали.
Доводка пластины клапанов, корпуса топливных насосов
дизелей, часового корпуса в условиях массового производства
может осуществляться на автоматах или роторно-доводочных стан-
ках. Доводочный однодисковый автомат оснащен бункерным
загрузочным устройством (например, вибробункерного типа),
поверхности заготовок доводятся с помощью специальных при-
жимных держателей, установленных в барабане и осуществляю-
щих перемещение заготовок по поверхности притира. Применение
роторно-доводочных станков и автоматов позволяет в 5—10 раз
повысить производительность обработки вследствие создания
многопозиционных автоматически действующих доводочных ро-
торов, легко переналаживаемых на доводку других деталей.
Специализированные шарикодоводочные станки, применяемые
в массовом производстве при доводке и полировании шариков,
имеют в зависимости от способа доводки специфические особен-
ности конструкции инструмента (притира), механизмов загрузки
и разгрузки (для элеваторной доводки).
Важной проблемой обеспечения требуемого качества обра-
ботки на доводочных станках является разработка надежных
44
конструкций нагрузочных устройств и механизмов станков,
создающих необходимое рабочее давление в зоне контакта заго-
товка — абразивная прослойка — притир, средств правки и шар-
жирования притиров, устройств контроля размера обрабатывае-
мой поверхности в процессе доводки.
2.2. ОДНОДИСКОВЫЕ ПЛОСКОДОВОДОЧНЫЕ СТАНКИ
Плоскодоводочные станки выполняют однодисковыми для
односторонней обработки и двухдисковыми для двусторонней
обработки плоских и наружных цилиндрических поверхностей.
Основные технические характеристики станков приведены
в табл. 2.1, 2.2, 2.3 и 2.4.
Обработка заготовок на однодисковых плоскодоводочных стан-
ках с исполнительным механизмом, имеющим фрикционную связь
между притиром и правильным кольцом с заготовкой (или сепа-
ратором с заготовками), размещенной внутри правильного кольца,
осуществляется при самоустановке обрабатываемой поверхности
заготовки по рабочей поверхности притира (рис. 2.1, а) под дей-
ствием силы тяжести обрабатываемой заготовки или внешней
вертикальной нагрузки от дополнительного груза или прижим-
ного диска нагрузочного устройства.
Правйльные кольца предназначены для выполнения одно-
временно двух взаимосвязанных эксплуатационных задач:
осуществление правки рабочей поверхности притира в про-
цессе доводки заготовок или принудительной правки поверхности
притира вне цикла обработки;
выполнение функций сепаратора при свободной установке
заготовки (заготовок) или ограничительного фрикционного кольца
для размещения внутри него свободно установленного сепара-
тора с гнездами под заготовки, а в некоторых случаях выполнения
функции звена, передающего вращение сепаратору или блоку
с заготовками.
Как правило, правильные кольца имеют узкий торцовый поясок
с прорезями (наклонными, прямолинейными или криволинейными
канавками), взаимодействие которого с поверхностью притира
через абразивную прослойку вызывает изнашивание поверхности
притира, профиль которого зависит от положения кольца отно-
сительно центра притира, кинематических и технологических
факторов процесса доводки и, в частности, от количества и места
подачи абразивной суспензии.
Правильные кольца, предназначенные для правки рабочей
поверхности притира, могут иметь как фрикционную связь
с рабочей поверхностью притира (рис. 2.1, а). вращающегося
с угловой скоростью со., так и жесткую кинематическую связь
путем сообщения им принудительного движения, например вра-
щения от центрального зубчатого колеса / с угловой скоростью o)j
(рис. 2.1, б). Сепаратор 2 (см. рис. 21. а) с заготовками 5 и пра-
45
3
8> 2.1. Технические хар Параметр актеристи> от 3803 Ш OCHOBHt ечественно 3804П jx моделей однодись го производства 3806 (3806Л) СОВЫХ доводов 3808 ных стан1 3809 СОВ 3809 У 3807В (3807ТВ)
Класс точности станка по ГОСТ 8—82Е Диаметр притира, мм Число правильных колец, шт. Диаметр правильных колец, мм: наружный внутренний Наибольший диаметр обрабатывае- мых заготовок, мм: диаметр цилиндра сторона квадрата Максимальная высота заготовки, мм: при пневматическом или механи- ческом прижиме при электромагнитном прижиме Высота рабочей плоскости притнра, мм Метод прижима заготовок Сила прижима заготовок, даН Частота вращения притира, мин-1 Суммарная мощность приводов при- тира и сепаратора, кВт Габаритные размеры, мм: длина ширина высота Масса, кг П 280 3 130 100 100 70 Грузом 1,5—5 71/141 0,4 700 454 785 164 П 450 3 210 160 160 ПО Грузом 1—11,5 40/80 0,6 1070 860 1330 1000 п 750 3 320 250 250 175 200 (80) 50 340 Механический, электромагнит- ный (пневмати- ческий, электро- магнитный) 0—70 (0—100) 22/75 2,2 . 1472 (1455) 1300 (1200) 2480 (2470) 1770 П 1600 4 620 500 500 350 200 100 Г идравли- ческий, электро- магнитный 0—150 19 13 2 725 1 900 2 540 10 940 П 2240 4 920 805 800 550 300 Пневма- тиче- ский 0-350 22 30 3 600 2 400 2 800 11 550 П 2240 4 920 805 800 550 600 Силой тяжести заго- товки 22 30 3 600 2 400 1 360 10 600 В 1060 4 416 360 360 250 160 80 180 Пневмати- ческий, электро- магнитный 0—100 20—40 6-6,7 2100 (2100) 1680 (1680) 1950 (1660) 5000 (4000)
ным грузом” е 4 а ” И е' В станках 3807ТВ заготовка к притиру прижимается под действием собственного веса и дополнитель-
2.2. Технические характеристики основных моделей двухдисковых доводочных станков
отечественного производства
Параметр 3813 3813Б ЗБ814 ЗЕ814 3814В | ЗД817 :,ЗД817Ф1) ЗЕ816 (ЗЕ816Ф1)
Класс точности станка по ГОСТ 8—82Е п п п п п 1 В В
Наружный диаметр доводочного притира, мм 280 280 450 450 450 1060 (1120) 750
Размеры обрабатываемых загото- вок, мм.
цилиндрических: 10—120 5—100
диаметр 20 — 3—50 3—50 —
длина 60 — 115 115 — 380 220
плоских:
сторона квадрата — — 15—80 81 — —
диаметр описанного круга ли 15—115 115 10—450 400 220
-—
3—50 50 1 — 100 10—120 3-100
высота
Наибольшее расстояние между но- выми доводочными притирами, мм 30 30 65 65 250 130 НО
Диапазон изменения эксцентриси- тета, мм 0-6 0—10 1 0—20 0—20 0—50 0—20 0—20
chipmaker.ru
Продолжение табл. 2.2
Параметр 3813 3813Б ЗБ814 ЗЕ814 3814В ЗД817 (ЗД8170М) ЗЕ816 (ЗЕ816Ф1)
Частота вращения доводочного притира, мнн-1: нижнего верхнего Частота вращения привода сепа- ратора, мин-1 Сила прижима заготовки, даН Суммарная мощность приводов и сепаратора, кВт Габаритные размеры, мм: длина ширина высота Расстояние от рабочей плоскости нижиего притира до осиоваиия станка, мм Ход пиноли (верхнего притира), мм Масса, кг 70,4; 14 51,7; 105 0—40 0,4 700 454 1060 210 18,5; 37,5 0—40 0,4 700 454 985 230 41,5; 81 9,1—54,6 0—160 1,1 1100 1080 2100 1015 150 1100 25; 42; 80 1,2—12,4 0—160 1,1 714 1020 2240 170 900 2,44 0—150 1,5 1500 1600 2000 2000 20; 40 0; 22; 44 30—120 1250 10,9/13,4 2240 2120 2800 5100 31; 62 33; 66 30—120 100—1250 7,9/10,8 1800 1800 2800 1060 210 5600 (5700)
2.3. Технические данные двухдисковых доводочных станков зарубежных фирм
Фирма (страна) Модель станка Диаметр притира, мм Макси- мальный диаметр заготовки, мм Минимальная (максимальная) толщина заготовки, мм Сила прижима притира к заготовкам, ДаН Частота вращения притиров, мин"1
верхнего нижнего
наруж- ный внутрен- ний
Peter Wolters (ФРГ) 2U-5 AL-1 AL-2 АС500 АС800 АС 1200 АС 1800 380 642 1050 500 800 1200 1800 180 182 225 100 240 420 0,3 (50) 0,3 (90) 0,3 (100) Вес притира 0—700 0—1500 1000 но 75 33,66 До 80 (бесст регул 110 75 31,62 До 75 упенчатое ирование)
SPEED FAM (США) 4В-6 5В-5, 5В-6, 5В-7 6В-7 9В-4, 9В-5, 9В-8 12В-5, 12В-6 15В-5 16В-4, 16В-5 18В-4 24В-5 28В-4 289 316 354 470 635 635 863 765 871 1022 1030 1144 1010 1592 1616 134 ИЗ 141; 179 240 240 240 441 250 340 346 240 355 346 554 486 60 70 80 150 220 310 350 390 560 660 0,08 0,1 0,1 0,15 0,2 0,35 1 1 1,5 1,5 III II 1 III И 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 8—76 8—76; 6—60 6—60 7—70; 6—60 0—48 5—54,7 5—65 5-65 4—52 0—57 0—56
Фирма (страна) Модель станка Диаметр притира, мм Макси- мальный диаметр заготовки, мм
наруж- ный внутрен- ний
Hahn & Kolb ZL350 384 190
(ФРГ) ZL500 525 225 40
ZL8OO 810 280 50
Продолжение табл. 2.3
Минимальная (максимальная) толщина заготовки, мм Сдла прижима притира к заготовкам, даН Частота вращения притиров, мин"1
верхнего нижнего
—- Бесступенчатое
— — 45; 70; 90; 140 45; 70; 90; 140
— 30; 42; 60; 48 30; 42; 60; 48
AL-1 - ₽33:"2еЧ106Н,.ИнЯн-- ' АЬ-а2Т°Та17ВР28Ще45Я 7^1^ мин™ ДЛ” СТа"К°В *ИРМЫ <₽в‘еГ W°lterS>: *’’* ' °’37: 1 3= 27 МИН“’
пневматическую Х5емьИ,МнГгрУТениИЯЧеСКУЮ- СТаНК” AL’‘' AL< ZL5°°' ™ гидравлическую. а остальные станки
2.4. Технические данные однодисковых доводочных станков зарубежных фирм
Фирма (страна) Модел ь станка Диаметр притира, мм Диаметр правильных колец, мм Ч и ело пра- виль- ных колец, шт. Система нагружения Частота вращения притира, мин' 1 Мощ- ность приво- да, кВт .Размеры станка, мм
на* руж- ный внутрен- ний на- руж- ный внутрен- ний длина ши- рина !
Peter Wolters (ФРГ) FL3 310 90 120 4 Вес детали 112; 160 0.37 850 550
FL5 580 206 — 250 3 Пневматическая 80 1.5 800 800
b L8 800 340 — 300 4 62 5,5 1300 1300
FL12 1200 400 — 520 3 40 5,5 1600 1600
Продолжение табл. 2.4
Фирма (страна) Модель станка Диаметр притира, мм - Диаметр правильных колец, мм Число пра- виль- ных колец, шт. Система нагружения Частота вращения притира, мнн-1 | Мощ- ность приво- да, кВт размеры стайка, мм
длина ши- рина
на- руж- ный внутрен- ний на- руж- ный внутрен- ний
3R35 4R40 4R70 4R100 400 400 700 1000 95 125 200 300 185 165 290 400 145 13и 240 350 3 4 4 4 Вес детали То же » Пневматическая 32; 64 32; 64 60 0,5 0,5 1,5 5 7,5 10 815 815 loci 1430 1560 490 490 1150 1280 1380
WALDRICH 4R120 1200 330 500 435 4 » 1820 1650
COBURG (ФРГ) 4R150 4R180 1500 1800 440 480 600 750 530 670 4 4 » » — 20 1800 480
4R215/82 2150 500 890 815 4 Вес детали —
3R290/120 2900 520 1320 1200 3 То же — crtJ 60 100
3R 365/150 3R500/200 3650 5000 650 1000 1650 2200 1500 2000 3 3 » —
12В 305 114 4 Вес детали 87 0,125 510 410
Speed Fam (США) 18ВТА 24В 32BTAW 48BTAW 64BAW 84BAW 457 610 812 1219 1625 2134 — — 171 228 304 457 609 825 4 4 4 4 4 4 Пневматическая Вес детали Пневматическая » » » 87 87 87 63 45 31 0,55 2,2 4 7,5 11 18,5 920 1370 1425 1920 2140 2280 920 715 1525 2240 1780 2960
12 304 — — 108 3 Вес детали (пнев- матическая) 762 762 1271 1621 442 454 1218 1422
Lapmaster 14 24 355 610 — — 130 248 368 432 692 811 3 3 о То же —-
(Англия) 36 18 72 84 914 1218 1828 2132 — — 4 4 4 » > » — — 1697 2667 2970 1422 2120 2401
chipmaker.ru
вильным кольцом / и грузом 7 вращается вокруг оси В с угловой
скоростью о>2 под действием фрикционных сил по торцам правиль-
ного кольца и обрабатываемых поверхностей заготовок 5, взаимо-
действующих через абразивную прослойку с рабочей поверхностью
притира. Угловая скорость со2 сепаратора с заготовками будет
колебаться в пределах 5—15 % своего номинального значения
вследствие изменения фрикционных сил в зоне контакта поверх-
ностей заготовки и притира. Встречное или попутное принуди-
Рис. 2.1. Однодисковые плоскодоводочные станки с правильными кольцами
с фрикционной (а) и с жесткой кинематической (б) связями между звеньями испол-
нительного механизма — правильным кольцом, заготовками и притиром
б)
тельное вращение правильных колец (рис. 2.1, б) создается с по-
мощью жесткой кинематической связи правильного кольца 2
с центральным колесом 1 или фрикционной связи от центрального
фрикциона, находящегося во внешнем зацеплении с правильным
кольцом или непосредственно с сепаратором с заготовками,
что позволяет повысить производительность и параметры ка-
чества обработки.
В станках с фрикционной связью звеньев исполнительного
механизма обычно расстояние ОВ между осями притира 4 и пра-
вильного кольца 1 с сепаратором 2 и заготовками 5 изменяют
относительно оси притира регулированием положения боковых
52
опорных роликов 3. Ролики 3, установленные в вилке крон-
штейна 6, совершают вместе с кронштейном качательное движение
вокруг неподвижной оси (рис. 2.2, а) или прямолинейное переме-
щение по направляющим устройства, установленного на станине
станка (рис. 2.2, б). Роликовые кронштейны, как правило, сна-
бжаются двумя роликами одностороннего расположения, яв-
ляющимися вращающимися опорами для правильных колес.
Система регулирования положения правильных колец путем
смещения роликовых кронштейнов является наиболее простой
Рис. 2.2. Регулирование положения правильного кольца на рабочей поверх-
ности притира с помощью роликового кронштейна, совершающего качательное (с)
или прямолинейное (6) перемещение
в эксплуатации и конструктивном исполнении. Этот способ регу-
лирования положения правильных колец реализован в станках
отечественного (3803, 3804П, 3806, 3806Л, 3807, 3808) и зарубеж-
ного (FL-3, FL-5, FL-8, FL-12, «Lapmaster 12-14-24-36-48-72»,
3R35—5R180, 4R215/82, 3R290/120, 3R365/150, 3R500/200) произ-
водства. Нагружение заготовок осуществляется накладными гру-
зами или дополнительно прикладываемой силой от диска при-
жимного устройства механического, пневматического, гидравли-
ческого или электромагнитного типа (рис. 2.3. а).
В станках «Lapmaster 24-36-48-56» создана система регулиро-
вания положения правильных колец путем совместного разво-
рота правильного кольца и прижимного диска, являющаяся
более сложной в конструктивном отношении. Однако она обеспе-
чивает удобство загрузки и разгрузки заготовками правильных
колец после обработки заготовок, значительно сокращая вспомо-
гательное время на наладку станка (рис. 2.3, б).
Заготовки, высота которых превышает высоту правильного
кольца, обрабатывают в правильных кольцах с роликовыми крон-
штейнами. Размеры заготовки ограничены рабочим пространством
БЗ
I chlpmaker.ru
правильного кольца и притира, зависящим от положения опор-
ных роликов. Требуемое контактное давление по поверхностям
заготовки и притира через абразивную прослойку создается на-
кладными грузами. При обработке плоских заготовок, высота
которых меньше высоты правильного кольца, применяют спе-
циальные прижимные приспособления.
Рис. 2.3. Системы нагружения и регулирования положения правильного кольца
с заготовками на поверхности притира:
а — поворотом роликового кронштейна и радиального перемещения штока прижимного
диска; б — одновременного поворота роликового кронштейна и штока прижимного диска;
в — поворотом пневмоцилиндра и радиального перемещения роликового кронштейна;
г . поворотом роликового кронштейна; 1 — пневмо- или гидроцилиндр системы нагру-
жения; 2 — поворотный кронштейн-хобот; 3 — шток; 4 — притир; 5 — заготовка; 6 —
прижимной диск; 7 — правильное кольцо; 8 — роликовый кронштейн; 9 — ось поворот-
ного устройства; 10 — загрузочный стол
В некоторых типах станков кронштейны оснащены тремя
роликами, причем два ролика обкатываются по наружной поверх-
ности правильного кольца, а один — по внутренней поверхности
кольца. Это устройство, несмотря на компактность конструкции
роликового кронштейна, имеет недостаток: снижается макси-
мально допустимый размер заготовки и число одновременно обра-
54
батываемых заготовок из-за расположения одного ролика внутри
правильного кольца.
Радиальное или круговое перемещение правильного кольца
по поверхности притира может осуществляться посредством
совместного разворота правильного кольца и прижимного диска,
шарнирно связанного со штоком нагрузочного цилиндра. В стан-
ках фирмы «Spitfire Tool and Machine Со» для ускорения загрузки
заготовок 5 и разгрузки обработанных деталей правильное кольцо 7
установлено на штоке прижимного диска 6 пневматического на-
грузочного устройства (рис. 2.3, в).
Для снижения трудоемкости ручной загрузки и разгрузки
деталей из правильных колец на крупногабаритных станках
(с диаметром притира больше 610 мм) применяют удобный в об-
служивании загрузочный стол 10 секторного типа и роликовый
кронштейн 8 (рис. 2.3, а), закрепленный на оси 9 поворотного
устройства, вращающегося вокруг оси притира, например в станке
«Lapmaster-24». Станок работает в полуавтоматическом цикле:
заготовки обрабатывают в трех правильных кольцах, а четвер-
тое правильное кольцо 7 служит для разгрузки и загрузки. Каж-
дый цикл разгрузки и загрузки заготовок длится одну треть от
общего времени доводки.
Аналогичная система загрузки и разгрузки обрабатываемых
заготовок применена в станках «Lapmaster-700», имеющих три
правильных кольца, причем загрузка и разгрузка заготовок осу-
ществляется без участия оператора.
В современных однодисковых доводочных станках конструк-
тивно прижимные пневматические (гидравлические) устройства
выполняют двух типов.
1. Прижимное устройство с пневматическим цилиндром 1
с подъемом прижимного диска 6 вместе с правильным кольцом 7
(рис. 2.3, в), которое опускается после загрузки заготовок 5
на притир 4, а пневматический цилиндр давит через прижимной
диск 6 на заготовку (заготовки) либо непосредственно, либо
через эластичную прокладку из пластмасс или резины. Правиль-
ное кольцо 7 вместе с прижимным устройством / поворачивается
вокруг колонны устройства на 360°, а шток прижимного диска
перемещается в радиальном направлении по направляющим тра-
версы 2 нагрузочного устройства с помощью винтовой пары. Для
обеспечения безопасности работы на станке прижимное устройство
сблокировано с пуском притира (притир не начинает вращаться,
пока прижимное устройство вместе с правильными кольцами на-
ходятся в поднятом положении).
2. Нагрузочное устройство 1 без подъема правильного коль-
ца 7, положение которого на притире определяется роликовым
кронштейном 8. Роликовые кронштейны 8 и пневматические ци-
линдры со штоками прижимных дисков 6 установлены на хоботе 2
станка над притиром 4 (рис. 2.3, б) или их раздельно монтируют
на станине станка (рис. 2.3, а). Правильное кольцо и роликовый
Б5
r.ru
кронштейн по поверхности притира смещаются одновременно
с разворотом пневматического цилиндра 1 вокруг одной и той же
вертикальной оси 3 цилиндрической цапфы, установленной на
хоботе 2 станка (рис. 2.3, б), или раздельным поворотом вокруг
двух различных осей (рис. 2.3, а).
В станках с принудительным вращением правильного кольца
от центрального зубчатого колеса прижимное устройство не сме-
щается в радиальном направлении.
Способы доводки и технические
Рис. 2.4. Принципиальная схема
одиодискового плоскодоводоч-
иого станка С-15 с поводковым
исполнительным механизмом
средства для их реализации, расши-
ряющие технологические возмож-
ности однодисковых станков с ис-
полнительными механизмами, имею-
щими фрикционную и жесткую ки-
нематическую связь между звеньями,
описаны в гл. 6 и 7.
В оптической промышленности
для обработки заготовок из стекла,
керамики, различных кристаллов
широко распространены шлифоваль-
но-полировальные станки поводко-
вого типа 5ШП-30, 9ШП-50Л,
6ШП-100М, 6ШП-200М, 6ШП-200—2,
ЗШП-350М, ЗШП-350—2, ШП-500,
ШП-700М, ШП-1000 и полиро-
вально-доводочные станки СД-2,
ЗПД-100, 2ПД-200, ЗПД-350,
ПД-500М, ПД-750, ПД-1000 (в обо-
значении модели станка двухзначное
и трехзначное числа обозначают до-
пустимый наибольший диаметр обра-
батываемой заготовки в миллимет-
рах). На этих станках доводка и
полирование осуществляются при
наличии фрикционной связи поверх-
ности притира с обрабатываемыми
плоскими или сферическими поверхностями заготовок, наклеен-
ных на плоский или сферический блок. Эти станки можно при-
менять для доводки и полирования заготовок из закаленных ста-
лей, твердых сплавов и цветных металлов и их сплавов.
В однодисковых станках поводкового типа с исполнительным
механизмом, имеющим жесткую кинематическую связь между
его звеньями, положение оси шпинделя изделий также может
изменяться относительно оси притира. Типовым представителем
станков данного типа являются станки С-15, которые применяют
в инструментальном производстве, для обработки камней (опор)
приборов (рис. 2.4). Жесткая кинематическая связь между шпин-
делем 2 с поводком 3 и шпинделем притира 4 осуществляется
посредством передачи крутящего момента плоскому блоку 1
с закрепленными (наклеенными) заготовками через сферические
наконечники поводка 3, входящие в центровые гнезда плоского
блока 1. Угловые скорости to2 и ы4 шпинделя изделий 2 и при-
тира 4 противоположно направлены. Поводок 3 выполняет роль
сепаратора. Если заготовки 5 располагают на «плане» в пределах
кольцевой зоны (на рис. 2.4 показана штриховой линией), то
траектория относительного движения точек поверхности заго-
товки 5 по притиру 4 будет определяться постоянным соотноше-
нием угловых скоростей <о2 и w4 независимо от изменения условий
контактирования их поверхностей через абразивную прослойку.
Сила прижима заготовок 5 к притиру 4 обеспечивается грузом
(сменными дисками 6).
2.3. ОСНОВНЫЕ КОНСТРУКЦИИ УСТРОЙСТВ НАГРУЖЕНИЯ
В однодисковых и двухдисковых доводочных станках приме-
няют нагрузочные (прижимные) устройства механического (с ис-
пользованием пружин), пневма-
тического, электропневматиче-
ского, гидравлического типа,
а также комбинированные —
пневмомеханические, пневмо-
гидравлические и пневмоэлек-
тромагнитные и др. Прижим-
ные устройства служат для
создания необходимого допол-
нительного давления на заго-
товки, а также выполнения
вспомогательных эксплуатаци-
онных функций.
Механические устройства
нагружения. Наибольшее рас-
пространение получили меха-
нические, пневматические, гид-
равлические и пневмомехани-
ческие системы нагружения.
Рабочее давление, приклады-
ваемое к обрабатываемым по-
верхностям заготовок в суще-
ствующих типах доводочных
станков, как правило, про-
граммируется по трехстадий-
ному закону (рис. 2.5, а—в):
1) предварительная нагрузка
Рис. 2.5. Диаграммы изменения рабо-
чего давления в зоне контакта заготов-
ки с поверхностью притира за вре-
мя /обр
(при изменении нагрузки от р0
До Рраб = Ртах) Для снятия заусенцев, больших неровностей
на обрабатываемых поверхностях и достижения равнотолщинности
обрабатываемых заготовок в партии, устранения рисок и выколок
57
diipmaker.ru
на рабочей поверхности притира, предотвращения поломки за-
готовок из хрупких материалов и большой деформации нежестких
деталей, вследствие неравномерности распределения нагрузки
по обрабатываемой поверхности в начальный момент обработки;
2) рабочая нагрузка при рраб = р,пах для снятия основного
припуска на обработку, зависящая от рода абразива, материала
заготовки и притира;
3) выхаживание при рвых с небольшими давлениями, вели-
чина которых определяется требуемыми параметрами качества
обработки.
Стабильность работы и возможный диапазон бесступенчатого
изменения нагрузки зависят от качества изготовления упругого
элемента, его нагрузочной характеристики, сборки устройства и
возможности регулирования силы нагружения или разгрузки
действующей силы тяжести (веса) верхнего притира и шпинделя
для двухдискового станка и веса нагрузочной системы, состоящей
из прижимного диска или накладных грузов для однодисковых
станков.
Как правило, основным элементом механической системы на-
гружения является пружина, а рабочим диапазоном изменения
нагрузки является линейный участок характеристики нагружения
упругого элемента Л = f (Р) — изменение перемещения Л от
прикладываемой силы к упругому элементу. Изменение рабочего
давления на обрабатываемые поверхности заготовок на двух-
дисковых станках без привода вращения верхнего притира осу-
ществляется обычно под действием силы тяжести верхнего при-
тира, что требует большого числа наборов притиров для обработки
заготовок из различных материалов в зависимости от размеров и
числа одновременно обрабатываемых заготовок.
В станках, выпускаемых фирмой «Tsugami», увеличение давле-
ния, создаваемого весом верхнего притира, осуществляется путем
бесступенчатого регулирования силы пружины сжатия. Основ-
ной недостаток данной системы нагружения — отсутствие воз-
можности получить рабочую нагрузку, меньшую, чем суммарная
сила тяжести верхнего притира и шпинделя.
В системе нагружения двухдискового станка 2U8 фирмы
«Peter Wolters» (рис. 2.6) с приводом вращения верхнего притира
рабочее давление регулируется с помощью разгрузочного устрой-
ства, позволяющего уменьшать рабочее давление притира на
поверхности заготовки, возникающее под действием силы тяжести
верхнего притира 1 и шпинделя 2 и противодействием пружины
сжатия, имеющей прямолинейную характеристику нагружения
А = / (Р). Вертикальное перемещение шпинделя ограничивается
положением торца опорной втулки 4, ввернутой в резьбовое от-
верстие регулировочной гайки 5.
Сила предварительного сжатия пружины 3 регулируется поло-
жением установочной гайки 6, торец которой ограничивает вер-
тикальное перемещение регулировочной гайки 5, а следовательно,
68
и шпинделя 2 с притиром 1. Для удобства регулирования гайки 5
и 6 снабжены рукоятками 7. Установочная гайка 6 имеет шкалу
с нониусом, позволяющую отрегулировать силу предварительного
сжатия пружины 3 путем навинчивания гайки на резьбовой конец
патрубка 8 корпуса шпинделя станка. При опускании шпин-
деля 2 суммарная сила тяжести верхнего притира 1 и шпинделя 2
действует на обрабатываемые заготовки и на пружину 3 через
опорное кольцо подшипника 9, торец опорной втулки 4, регули-
ровочную гайку 5.
Рис. 2.6. Механическая система на-
гружения притнра двухдискового до-
водочного станка 2U8
Рис. 2.7. Механическая система на-
гружения притира двухдискового до-
водочного станка 381ЗБ
Регулирование рабочего давления р осуществляется путем
относительного смещения регулировочной 5 и установочной 6
гаек устройства нагружения. Первоначальная выставка положе-
ния притира 1 осуществляется опусканием шпинделя 2 до сопри-
косновения рабочей поверхности притира с заготовками путем
установки опорной втулки 4 с помощью регулировочной гайки 5,
а требуемое рабочее давление устанавливают установочной гай-
кой 6.
В системе нагружения станка 3813Б (рис. 2.7) пружина ра-
ботает в двух режимах — сжатия или растяжения. Нижний конец
пружины 4 жестко соединен с подвижной пинолью 3 динамометра,
59
а верхний конец со шпинделем 2, нижний конец которого шар-
нирно связан планшайбой с притиром 1. Перемещение пиноли 3
через зубчато-реечную пару 5 приводит к изменению рабочего
давления. Сила сжатой пружины 4 направлена вверх (при дви-
жении пиноли <3 вверх), вызывая уменьшение рабочего давления
и, наоборот, сила растянутой пружины 4 направлена вниз (при
движении пиноли 3 вниз), приводя к увеличению рабочего давле-
ния. Для сокращения времени установки требуемого давления
в пиноли 3 динамометра установлен упор 6, изменение положения
которого в пазу пиноли позволяет устанавливать требуемое
давление. Пиноль 3 динамометра перемещается через зубчато-
реечную передачу вручную в станке ЗБ814 или с помощью штока
пневмоцилиндра и системы рычагов в станке ЗЕ814. Сила прижима
изменяется от 0 до 1600 Н, отсчитывают по шкале указателя силы
прижима с ценой деления 20 или 40 Н.
Данное устройство нагружения с одним упругим элементом
(пружиной) не позволяет осуществлять точное бесступенчатое
регулирование силы прижима в зоне контакта притира и загото-
вок. Жесткое соединение торцов пружины 4 со шпинделем 2 и
пинолью 3 приводит к возникновению осевых моментов, скручи-
вающих пружину из-за отсутствия относительного поворота тор-
цов пружины при осевой деформации. В этом случае действитель-
ная характеристика пружины имеет значительную нелинейность
вследствие изменения угла подъема винтовой линии витков при
изменении ее длины под действием нагрузки. Поэтому необходимы
точные расчеты параметров пружины для всего диапазона нагру-
зок, ее жесткости (индекс пружины с = dcp/d) с целью уменьше-
ния нелинейности характеристики пружины, работающей одно-
временно в режимах сжатия и растяжения. Это позволяет умень-
шить возмущающие воздействия на притир, связанные с нерав-
номерностью снятия припуска при большой разнотолщинности
заготовок, а также с изменением свойств абразивной прослойки и
формы рабочей поверхности притира в процессе доводки заготовок.
Прижимные устройства пружинного типа с двумя пружинами
(А. с. 627954) применяют в однодисковых ЗА806, 3808 и двух-
дисковых ЗБ814, ЗЕ814 станках. Они позволяют осуществлять
обработку с изменением силы прижима от 0 до 1000 Н, создавая
в зоне контакта заготовка — притир (рабочее давление р — 20 ...
500 кПа) в зависимости от размера обрабатываемой поверхности
заготовки. Устройство нагружения с двумя соосными пружинами
в динамометре нагружения позволяет расширить диапазон регу-
лирования и обеспечить плавность изменения силы прижима на
однодисковых станках ЗА806 н 3808 (рис. 2.8). Одна пружина
служит для компенсации силы тяжести прижимного диска и его
шпинделя, а вторая создает необходимое рабочее давление.
При перемещении вниз пиноли 6 системы нагружения прижим-
ной диск 7 касается обрабатываемых заготовок при минимальной
величине рабочего давления, так как пружина 8 разгружает дей-
60
ствие суммарной силы тяжести прижимного диска и шпинделя.
При дальнейшем перемещении пиноли 6 рабочее давление увели-
чивается в результате постепенного разжатия пружины 8 до пол-
ного снятия деформации и вступления в работу пружины 9. Сжа-
тие пружины 9 создает дополнительную нагрузку к действию сил
тяжести прижимного диска и его шпинделя. Сила прижима регу-
лируется положением упора на пиноли, ограничивающего пере-
мещение устройства нагружения.
Рнс. 2.8. Кинематическая схема и система нагружения одно-
дискового доводочного станка ЗА806:
1 — притир; 2 — электродвигатель привода; 3 — червячный редуктор;
4 — правильное кольцо с зубчатым венцом; 5 —* центральная шестерня;
6 — пиноль; 7 — прижимной диск; 8, 9 — пружины; 10 — консоль;
11 — роликовый кронштейн
Введение в конструкцию устройства нагружения двух пружин
приводит к колебанию силы нагружения, появлению рывков
при окончании действия пружины 8 и «включении» в работу
пружины 9.
Это устройство нагружения отличается простотой конструк-
тивного решения задачи регулирования силы прижима в широком
диапазоне изменения рабочего давления. Однако, вследствие
нелинейности упругой характеристики двух пружин сжатия,
т. е. зависимости осадки X пружины от силы Р нагружения, не
обеспечивается в процессе доводки стабильность нагружения
61
chipmaker, ru
заготовок за время снятия припуска на обработку. Поэтому для
получения высокоточных деталей и обработки хрупких заготовок
данная система нагружения не может быть применена. Для сни-
жения динамичности колебания силы прижима в пружинных
системах нагружения в двухдисковых станках 3814ПС применяют
гидравлическую систему демпфирования возникающих колебаний
вертикальной силы Р прижима заготовок к притиру. Снижение
Рис. 2.9. Механическая система нагружения
притира, состоящая из упругих элементов раз-
ной жесткости, применяемая в однодисковых до-
водочных станках
действия динамических нагрузок может быть достигнуто путем
применения пружинных механических и пневмомеханических
устройств с упругими элементами различной жесткости или демп-
фирующими элементами, например внедренных в производства
кремниевых подложек и других заготовок из хрупких материалов.
Для получения одновременно требуемой характеристики на-
гружения к = f (Р) и расширения диапазона нагружения в ме-
ханическом устройстве (А. с. 975360) изменение нагрузки осу-
ществляют посредством последовательного включения в работу
упругих элементов разной жесткости (рис. 2.9). Устройство для
62
нагружения притира имеет шток /, расположенный во втулке 2
и соединенный с ней внутренней резьбой с малым шагом. Втулка
2 резьбовым соединением с корпусным шагом соединена с вкла-
дышем 3, установленным в корпусе 4 так, что возможно переме-
щение вкладыша по вертикальным направляющим без вращения
вокруг вертикальной оси. Вкладыш 3 взаимодействует с комплек-
том упругих элементов, состоящих из тарельчатых пружин с ма-
лой (пружина 5) и большой (пружина 6} жесткостью. Последо-
вательное введение упругих элементов разной жесткости позво-
ляет увеличить диапазон рабочих нагрузок- Управление пере,-
мещением штока с притиром от дополнительного привода позво-
ляет целенаправленно изменять скорости вертикального пере-
мещения вкладышей 2 и 3 и создавать требуемый закон изменения
силы на стадиях нагружения — предварительного, рабочего и
окончательного (выхаживания). Указанные возможности нагрузоч-
ного устройства могут быть реализованы при доводке заготовок
из различных по физико-химическим свойствам материалов при.
сокращении времени на переналадку станка. Прижим заготовок 7
к притиру 8 с требуемым давлением осуществляют штурвалом 9,
закрепленным на штоке, и штурвалом 10, выполненным как одно
целое с втулкой 2.
При вращении штурвала 10 втулка 2 перемещается по резьбе
вкладыша 3. При вращении штурвала Ю шток / вместе с втулкой 2
перемещается по резьбе крупного шага вкладыша 3. При касании
рабочей поверхностью притира заготовок 7 вращение штурвала 10
прекращают и далее осуществляют вертикальную подачу штока 1
на притир 8 штурвалом 9, что вызывает перемещение втулки 2
и вкладыша 3 вверх и сжатие вначале упругих элементов 5 с ма-
лой жесткостью и далее элементов 6 с большой жесткостью.
Основным недостатком рассмотренных устройств нагружения
механического типа является отсутствие линейной характери-
стики X — f (Р) во всем диапазоне изменения нагрузки Р и воз-
никновение низкочастотной вибрации при вступлении в работу
новых упругих элементов. Поэтому для создания однозначной
характеристики X = f (Р) и устранения динамических нагрузок
необходимо применять демпфирующие устройства нагружения,
упругие элементы которых рассчитывают исходя из особенностей
динамической характеристики нагружения заготовок в процессе
доводки и получения требуемого плавного закона изменения
характеристики упругого элемента устройства нагружения.
Пневматические и гидравлические системы нагружения. Пнев-
матические системы нагружения обладают большим быстродей-
ствием, чем механические. Их применяют для однодисковых стан-
ков с правильными кольцами для создания дополнительной силы
прижима заготовок к притиру в отечественных станках 3806Л,
3807В, 3809 и в станках зарубежного производства FL-8, FL-12
(фирма «Peter Wolters»), 4R70—3R 500/200 (фирма «Waldrich Co-
burg»), «Lapmaster 24-36-48-56» (фирма «Payne products Interna-
63
, chipmaker.ru
Рис. 2.10. Пневмомеханическая
система нагружения притира с
демпфирующим упругим элемен-
том, применяемая в двухдиско-
вых доводочных станках для
обработки кремниевых подложек
tional limited»), для кото-
рых по специальному за-
казу поставляют пневма-
тические устройства на-
гружения.
В станках фирмы
«Speed Fam» применяе-
мое пневматическое при-
жимное устройство пред-
назначено для измене-
ния рабочего давления на
обрабатываемые заготовки
в диапазоне от 20 до
35 кПа.
Каждый из пневмоцилиндров дает возможность получить силу
прижима до 3000 Н. Низкий уровень давления в зоне кон-
такта заготовка—притир и малый диапазон его изменения объяс-
няется применением притиров из закаленной стали. При давле-
ниях 20—35 кПа абразивные зерна перекатываются по твердой
поверхности притира, осуществляя процесс доводки в условиях
прерывистого контакта зерна с поверхностью заготовки в при-
тире, что позволяет получать однородную по свойствам обрабо-
танную поверхность детали.
Абразивные суспензии на основе микропорошков из зеленого
карбида кремния и электрокорунда обеспечивают при р = 20 ...
35 кПа максимальную производительность обработки. При боль-
шом давлении происходит повышенный расход абразивного ма-
териала.
Снижение динамичности возмущающих воздействий притира
через абразивную прослойку на заготовки возможно при исполь-
зовании пневмомеханического устройства с демпфирующим упру-
гим элементом ]А. с. 931422 (СССР)]. Устройство (рис. 2.10)
содержит пневмоцилиндр 1 с поршнем 2, который закреплен на
шпинделе 3, шарнирно связанном с притиром 4. На шпинделе 3
установлена регулировочная гайка 5, опирающаяся на пружину
6 с эластичными элементами 7. Эластичные элементы могут быть
выполнены в виде прокладок, размещенных по торцам пружины;
резиновой трубки, натянутой на витки пружины; шайб, располо-
женных между витками пружины; стакана, установленного между
прокладками с возможностью взаимодействия с наружной и
внутренней поверхностями пружины; а также пружина может
быть расположена внутри эластичного элемента. Кроме того,
64
пружина может состоять из нескольких упругих элементов, при
этом возможен контакт эластичных элементов как со всеми уп-
ругими элементами пружины, так и с некоторыми из них. При
подаче сжатого воздуха в пневмоцилиндр 1 поршень 2 перемещает
шпиндель 3 с притиром 4, сжимая гайкой 5 одновременно пружину
6, компенсирующую действие силы тяжести шпинделя и притира, и
эластичные элементы 7, демпфирующие перемещение шпинделя
с притиром.
Указанная конструкция нагрузочного устройства с эластич-
ными упругими элементами без применения специальной гидрав-
лической системы нагружения позволила повысить параметры
качества изготовления кремниевых подложек диаметром 75 мм
и толщиной 0,380 мм, снизить на 1,5—2 % брак из-за поломки
хрупких пластин.
Для расчета демпфирующего устройства механической си-
стемы нагружения необходимо рассмотреть закон колебаний
верхнего притира под действием внешних сил.
Основными недостатками механических, пневматических уст-
ройств без демпфирующих элементов является неудовлетвори-
тельная их динамическая характеристика: отсутствие плавности
передачи рабочего давления на заготовки, особенно в области ма-
лых нагрузок, возбуждение затухающих колебаний при изменении
давления, а также сравнительно большое время переключения
давления.
Гидравлические системы нагружения получили наибольшее
распространение в конструкциях тяжелых вертикально-доводоч-
ных станков высокой точности из-за возможности бесступенчатого
регулирования силы нагрузки в широком диапазоне его измене-
ния и применения для доводки деталей из различных материалов.
2.4. ДВУХДИСКОВЫЕ ДОВОДОЧНЫЕ СТАНКИ
Основные технические характеристики отечественных двух-
дисковых станков приведены в табл. 2.2. Технологические воз-
можности станков зависят от размеров рабочей поверхности
притиров, наличия устройств и систем управления режимами
обработки (их изменением во времени), а также вспомогательных
устройств, обеспечивающих удобство эксплуатации станка. В двух-
дисковых станках применяют механические, пневматические и
гидравлические системы нагружения. Ниже рассмотрены типовые
конструкции станков с механической (ЗБ814 и ЗЕ814) и гидравли-
ческой (AL-2 (фирмы «Peter Wolters») и ЗЕ814) системами нагру-
жения.
Станок ЗБ814 состоит из двух основных частей (рис. 2.11):
станины С, имеющей два основных узла — корпус и стойку
консоли К- Внутри корпуса станины размещены привод редук-
тора и редуктор Р. На корпусе станины установлен вспомогатель-
ный стол ВС, предназначенный для удобства обслуживания
65
chipmaker.ru
Bug A
Рис. 2.11. Кинематиче-
ская схема и система на-
гружения притира двух-
дискового доводочного
станка ЗБ814
66
рабочей зоны станка. Вспомогательный стол имеет центральное
отверстие для нижнего притира станка. Регулирование уровня
стола осуществляется четырьмя винтовыми домкратами 14. На
центральном полом валу редуктора установлена планшайба, на
которой закреплен нижний притир ПН. Консоль К предназна-
чена для установки в ней пиноли П с динамометром и шпинделя
с верхним притиром ПВ, а также для поворота верхнего при-
тира в сторону при загрузке станка. Консоль устанавливают на
колонне в верхней части станины. Для фиксации консоли от по-
ворота относительно оси колонны внутри консоли расположен
механизм зажима М3, рукоятка которого выведена на левую стен-
ку консоли.
Механизм зажима состоит из рычагов, на одной стороне ко-
торых находятся зажимные башмаки, а на другой — шарниры,
соединенные с гайками винтовой передачи. Одна из гаек имеет
левую, а вторая — правую резьбу. Вращение винта приводит
к перемещению двух гаек в противоположные стороны, что поз-
воляет сводить или разводить рычаги с зажимными башмаками.
Пиноль перемещают механизмом МП, который состоит из
рукоятки, конических колес 9 и 13, червячной передачи 12—11
и зубчато-реечной передачи. Зубчато-реечная передача состоит
из зубчатого колеса 10 и рейки, нарезанной на внешней цилин-
дрической поверхности пиноли П. Пиноль П в любом положении
при подъеме или опускании фиксируют с помощью самотормозя-
щей червячной пары с двухзаходным червяком. Время обработки
устанавливают по реле времени, которое отключает электродви-
гатель. Абразивная суспензия подается от дозатора, состоящего
из смесителя и электромагнитного клапана, предназначенного для
периодического открытия и закрытия отверстия для истечения
суспензии из бака смесителя. Регулирование времени открытия
и закрытия клапанов производится от двух реле времени.
Кинематическая схема станка ЗБ814 обеспечивает одно глав-
ное движение вращения нижнего притира и одно вспомогательное
движение вращения вала центрального колеса или сепаратора
исполнительного механизма станка. Верхний притир не имеет
привода вращения. Вращение нижнего притира и вала сепара-
тора осуществляется от двигателя через сменные шкивы клино-
ременной передачи, зубчатые и червячные пары. Вращение с вала I
передается на вал II редуктора, далее через зубчатое колесо 18
на вал III и IV с помощью колес 19 и 17, сидящих на скользя-
щих шпонках. Рычаг 16 позволяет осуществлять передачу вра-
щения валу III, валу IV или обоим валам одновременно. От
вала III посредством червячной передачи 20 вращение передается
на центральный вал V сепаратора. С вала IV вращение передается
через червячную пару 15 на’ вал VI, который через планшайбу
вращает нижний притир.
Центральное колесо 7 (или сепаратор) может приводиться во
вращение тремя способами.
67
1. Вал IV отключен; вращение сепаратора осуществляется
через вал V, центральное колесо /, вокруг которого обкаты-
ваются три сателлита 2.
2. Вал III отключен; вращение передается через вал VI,
зубчатое колесо 3 с внутренним зацеплением, по которому вокруг
неподвижного центрального колеса 1 обкатываются сател-
'i литы 2.
3. Валы III и IV включены; сателлиты 2 обкатываются по
вращающемуся зубчатому колесу. 3 вокруг вращающегося ко-
леса 1, в результате этого происходит суммирование движений от
вала V и вала VI.
В качестве исполнительного механизма используют сепара-
торную эксцентриковую и планетарную наладку. Для сепаратор-
ной эксцентриковой наладки, применяемой для доводки цилин-
дрических поверхностей, сепаратор устанавливают на централь-
ный эксцентрик. При планетарной наладке, применяемой для
доводки плоских поверхностей, центральное колесо 7 устанав-
ливают на эксцентрично расположенные пальцы 4 сателлитов 2
(рис. 2.11). Заготовки размещают в кассетах 6, имеющих це-
вочное зацепление с колесами 7 и 5 планетарного исполнительного
механизма доводочного станка.
Три сателлита 2 находятся в зацеплении с центральным ко-
лесом 1, посаженным на центральный вал V червячного редук-
тора. Сателлиты 2 смонтированы в корпусе водила таким обра-
зом, что при обкатке сателлиты увлекают за собой водило В.
На торце водила В смонтирована каретка с центральным эксцен-
триком для привода дискового сепаратора.
При плоскопараллельной доводке деталей между двумя не-
подвижными притирами дисковый сеператор устанавливают на
трех эксцентриках планетарного механизма привода, т. е. на
эксцентриках сателлитов. Самоустановка верхнего притира по
заготовкам осуществляется с помощью шарнирного устрой-
ства Ш, состоящего из сферического подшипника, наружное
кольцо которого установлено в корпусе шарнира. Внутреннее
кольцо подшипника посажено на втулку, установленную на
штоке динамометра. Шарнир Ш позволяет работать верхнему
притиру либо со свободным вращением вокруг своей оси, либо
со стопорением от вращения фиксатором 8, установленным на
втулке.
Станок ЗЕ814 имеет принципиальную кинематическую схему,
аналогичную схеме станка ЗБ814. Основное конструктивное от-
личие станка ЗЕ814 — наличие пневматической системы подъема
и опускания верхнего притира, смонтированной в задней части
корпуса консоли. Перемещение пиноли пружинного устройства
нагружения осуществляется от штока пневмоцилиндра через
систему рычагов (в отличие от станка ЗБ814, в котором пиноль
динамометра перемещают вручную через зубчато-реечную пере-
дачу).
68
Двухдисковый доводочный станок AL-2 фирмы «Peter Wol-
ters» (рис. 2.12) состоит из двух базовых составных частей: литой
станины 1 с кожухом 5 и верхней поворотной консоли 18 с под-
шипниковым узлом. На станине 1 размещены нижний притир 7
Рис. 2.12. Двухдисковый доводочный станок AL-2 с планетарным исполнитель-
ным механизмом н гидравлической системой нагружения притира
и его подшипники с приводом вращения 3, привод вращения 2
планетарного исполнительного механизма, пульт управления и
подсоединения электрораспределительного шкафа 21. В поворот-
ной консоли 18 размещают пиноль 12 с крышкой 14 гидроцилиндра
и шпинделем 13, имеющим шарнирное соединение с верхним
притиром 10, привод вращения 17 верхнего притира, гидравличе-
ский цилиндр с гидравлической системой управления 15 движе-
69
нием вертикальной подачи и изменением рабочего давления
верхнего притира на заготовки. Главное движение верхнего и
нижнего притиров осуществляется от двухскоростного электро-
двигателя, редуктора 22 и плоскоременных передач со шкивами 3
и 17. Планетарный исполнительный механизм состоит из цен-
трального цевочного колеса 9, сепараторов 8 для размещения
заготовок и наружного обода 6 (цевочное колесо).
Станок имеет вспомогательные системы и устройства, обеспе-
' чивающие необходимые условия эксплуатации отдельных узлов
станка, притиров, а также подготовку станка к работе:
1) системы охлаждения 16 и 23 верхнего 10 и нижнего 7 при-
тиров водой, которая подается через редукционный клапан и
систему шлангов, подводящих воду к притирам, имеющих лаби-
ринт канавок, по которым прокачивается под давлением 150 кПа
вода с расходом 10 дм3/мин, отводимая через шланг;
2) гидравлическое устройство 19 для зажима поворотной
консоли 18, осуществляющее перемещение зажимных колодок через
зубчато-реечную передачу от зубчатого штока поршня гидро-
цилиндра;
3) гидравлическое устройство 20 для поворота консоли 18,
передающее от штока поршня гидроцилиндра через зубчато-
реечную пару вращение зубчатому сегменту, закрепленному
у основания подшипника поворотной консоли 18\
4) механическое устройство 4 для опускания наружного обода
цевочного колеса 6 планетарного исполнительного механизма
станка, позволяющее нагружать и разгружать сепараторы 8 с по-
мощью специального загрузочного стола, а также регулировать
по высоте положение наружного цевочного колеса 6 по мере
изнашивания рабочей поверхности притира;
5) резервуар для абразивной суспензии, используемой при
доводке заготовок чугунными притирами, и отстойный резервуар
для охлаждения промывочной жидкости, применяемой для про-
мывки чугунных и абразивных притиров, и отстаивания абразив-
ных частиц;
6) устройства для правки рабочих поверхностей притиров
(рис. 2.13, а, б):
рычажное устройство, применяемое при крышкообразной
форме изношенной поверхности нижнего притира (рис. 2.13, в);
устройство закрепляют на стойке поворотной консоли, оно со-
стоит из рычага 2 и прижимного ролика 3, воздействующего на
верхний притир, эксцентрично установленный по отношению
к оси нижнего притира;
правильные кольца для правки чугунных и абразивных при-
тиров;
устройство для протачивания резцами чугунных и абразивных
притиров при больших отклонениях формы рабочей поверхности
притиров;
7) дозирующее устройство (рис. 2.14) для автоматической по-
70
Вив /
формы рабочей поверхности
Рис. 2.13. Контроль
притиров с помощью линеек (а и б) и правка поверх-
ностей притиров путем их взаимного смещения и
нагружения эксцентрично приложенной силой Р (в):
/, 4 — нижний и верхний притиры; 2 — рычажное при-
способление; 3 —• прижимной ролик для правки притиров
Рис. 2.14. Крепление ме-
таллических и абразивных
притиров к планшайбам:
1,2 — нижний и верхний абра-
зивные притиры; 3 и 4 — ниж-
няя и верхняя планшайбы; 5 —
патрубок дозирующего устрой-
ства; 6 — лоток для абразив-
ной суспензии или промывоч-
ной жидкости; 7 — каналы для
подвода жидкости в зону обра-
ботки
71
chipmaker.ru
дачи абразивной суспензии, осуществляющее как капельную,
так и струйную подачу суспензии в закрепленный на притире
подводной лоток, из которого суспензия может подаваться либо
к периферии притиров, либо к их центру в зависимости от формы
изношенной поверхности притиров (при доводке заготовок абра-
зивными кругами подается промывочная жидкость);
8) устройство И (см. рис. 2.12) для автоматического выключе-
ния станка при достижении требуемой толщины (диаметра при
круглой доводке) обрабатываемой заготовки. Давление на
обрабатываемые поверхности заготовок изменяется гидравличе-
ской системой с бесступенчатым циклом изменения давления и,
если требуется, то с автоматическим управлением нагрузкой от О
до 12 000 Н.
Рис. 2.15. Диаграмма
программированного сту-
пенчатого изменения ра-
бочего давления на ста-
диях вывешивания (I), ра-
бочей нагрузки (II) и вы-
хаживания (III)
о t
Гидропривод станка состоит из шестеренного насоса, который
подает масло через магнитный фильтр для задержки шлама,
гидравлической системы — блока гидрораспределителей, дроссе-
лей, предохранительных и редукционных клапанов масляного
фильтра.
Диаграмма программированного ступенчатого изменения ра-
бочего давления по времени р — f (t) на стадиях вывешивания
I притира (предварительной нагрузки), рабочей II и окончатель-
ной III (выхаживание) нагрузок, приведена на рис. 2.15.
При плоскопараллельной доводке заготовки загружают в се-
параторы вручную или с помощью загрузочного стола. Поворот-
ная консоль 18 (см. рис. 2.12) перемещается из исходного в рабочее
положение и автоматически зажимается при совпадении осей
верхнего и нижнего притиров. Верхний притир 10 получает уско-
ренную вертикальную подачу, а затем при расстоянии 4—5 мм
рабочей поверхности притира от поверхности заготовок переходит
На медленную подачу. Вертикальная подача притира производится
до момента соприкосновения поверхностей притира и заготовок
и достижения рабочего давления рнач на стадии I (см. рис. 2.15)
вывешивания притира. Далее включаются приводы вращения
притиров и планетарного исполнительного механизма станка,
подача абразивной суспензии (при доводке чугунными прити-
рами) или промывочной жидкости при доводке абразивными при-
тирами. Станок подготовлен к осуществлению автоматического
цикла обработки заготовок при бесступенчатом изменении рабо-
72
чего давления до получения требуемой толщины детали, автома-
тически достижимой либо по времени обработки, либо с помощью
устройства контроля 11 (см. рис. 2.12).
Перед остановкой станка верхний притир получает команду
на движение вверх для предотвращения прилипания заготовок
к рабочей поверхности верхнего притира. Далее поворотная кон-
соль разжимается и поворачивается в исходное положение. Из
сепараторов вынимают обработанные заготовки (детали). Станок
снова готов к обработке следующей партии заготовок.
Для условий серийного производства программирование цикла
обработки осуществляется для всей партии заготовок. Программ-
ное устройство позволяет осуществлять весь цикл обработки в соот-
ветствии с заданной программой. Требуемая плоскостность обра-
ботанных поверхностей достигается посредством поддержания
плоскостности рабочих поверхностей притиров при осуществле-
нии кинематической правки.
Круглая наружная доводка заготовок (эксцентриковая на-
ладка станка) осуществляется в дисковом сепараторе. Цикл обра-
ботки цилиндрических заготовок осуществляется аналогично пло-
скопараллельной обработке плоских заготовок в сепараторе, уста-
новленном на эксцентрике, закрепленном на нижнем шпинделе
станка.
В последних моделях доводочных станков серии «Microline»
фирмы «Peter Wolters» AC 1000, AC 1200, AC 1800 применяются
пневматические системы для создания рабочего давления при-
тира на заготовку, поворота консоли станка, подъема и опускания
наружного обода цевочного колеса. Приводы заготовок, нижнего
и верхнего притиров, оснащены электродвигателями постоянного
тока для бесступенчатого регулирования частоты вращения при-
тиров. Однако принципиальная схема исполнительных механизмов
станков является подобной станку AL-2. Расширение технологиче-
ских возможностей станков проведено только за счет увеличения
диаметра притира, что позволяет обрабатывать заготовки боль-
шего размера, чем на станке AL-2.
Двухдисковый доводочный станок ЗЕ816 (рис. 2.16) состоит
из двух основных частей: сварной станины С и поворотной кон-
соли К- В станине С размещены редуктор Р1 привода вращения
нижнего притира и центрального колеса при планетарной на-
ладке механизма (или эксцентрика при эксцентриковой наладке
станка), механизма поворота МП консоли. В поворотной консоли
размещены пиноль П со шпинделем IV, шарнирно соединенным
с верхним притиром, редуктор Р2 привода вращения верхнего
притира, гидравлический цилиндр Ц с системой управления дви-
жением вертикальной подачи и изменением рабочего давления
верхнего притира на заготовки.
Кинематическая схема станка ЗЕ816 обеспечивает два главных
движения: вращение верхнего притира с частотой п = 33 и
66 мин-1 (без реверса вращения) и нижнего притира с п = 31
73
i chipmaker.ru
и 62 мин-1 (с реверсом вращения) и одно вспомогательное дви-
жение: вращение вала центрального колеса (сепаратора) с ча-
1 стотой 30, 38, 48, 60, 76, 96, 120 мин-1 (по особому заказу добав-
ляют три значения частоты вращения 15, 19, 24 мин-1 и возмож-
ностью реверса вращения вала центрального колеса.
Рис. 2.16. Кинематическая схема двухдискового доводочного станка ЗЕ816
Вращение верхнего притира осуществляется от двухскорост-
ного двигателя 1 (N = 3,2/4,2 кВт, п — 1440/2850 мин"1) — через
клиноременную передачу 2 и 3 (165/215), червячный вал II, чер-
вячную пару 4 и 5 (2/44). Червячное колесо 5 посажено на вал III.
От вала III через плоскозубчатую ременную передачу со шки-
вами 6 и 7 вращение передается на вал IV, на котором закреплен
верхний притир. Верхний притир имеет реверс. Вращение ниж-
него притира осуществляется от двухскоростного двигателя 8
(N — 3,2/4,2 кВт, п = 1440/2850 мин-1) — вал V через клино-
ременную передачу 9 к 10 (125/180), червячный вал VI, червяч-
ную пару 11 и 12 (2/64). Червячное колесо 12 посажено на полый
шпиндель VII, на верхнем торце которого закреплена планшайба
с нижним притиром.
Вращение вала центрального колеса 16 планетарной наладки
или сепаратора (сепараторная наладка с эксцентриковым приво-
дом) осуществляется от двухскоростного двигателя 13 (N =
= 1,5/2,4 кВт, п — 700/1410 мин-1) — вал VIII, через клино-
ременную передачу со шкивами а и б на червячный вал IX, чер-
вячную пару 14 и 15 (4/80). Диаметры ручьев сменных шкивов
соответственно равны: а = 185, 210, 235 и 250 мм; б = 215, 195,
170 и 145 мм. Червячное колесо 15 насажено на вал X, проходя-
щий внутри полого шпинделя VII. На верхнем конце вала X
закреплено центральное цевочное колесо 16 (г = 47), находя-
щееся в зацеплении с кассетами 17 (г = 58), которые обкаты-
ваются по центральному неподвижному цевочному колесу 18
(г = 163).
Верхний шпиндель с притиром (рис. 2.17) служит для пере-
дачи вращения верхнему притиру и его вертикального переме-
щения. На нижнем конце пустотелого вала шпинделя закреплена
верхняя планшайба 12, установленная на сферическом подшип-
нике. Пустотелый вал шпинделя установлен на подшипниках
качения гильзы 10. На гильзе закреплен поршень 8. Гильза
выполняет функцию двустороннего штока гидроцилиндра 9.
На нижнем торце гильзы закреплен фланец 11 со скалкой 3,
соединенной со штангой механизма контроля.
Сферический подшипник планшайбы обеспечивает свободное
вращение и покачивание планшайбы вместе с притиром относи-
тельно оси верхнего шпинделя. Как правило, свободное вращение
планшайбы используют при доводке цилиндрических заготовок,
а покачивание обеспечивает самоустановку верхнего притира
относительно заготовки и поверхности нижнего притира.
Принудительное вращение верхнего притира осуществляется
через стопорный винт 2, передающий крутящий момент план-
шайбе от фланца, закрепленного на пустотелом валу верхнего
шпинделя. Планшайбу жестко фиксируют от самоустановки гай-
кой 1, навернутой на фланец, закрепленный на пустотелом валу
верхнего шпинделя.
Нижний доводочный притир 1 (рис. 2.18) закрепляют на
планшайбе 2, установленной на упорном подшипнике 3 корпуса
редуктора.
Станок ЗЕ816 оснащают двумя типами исполнительных меха-
низмов: планетарным (планетарная наладка) и эксцентриковым
(эксцентриковая наладка). Исполнительные механизмы приво-
дятся в движение от центрального вала редуктора, на фланец
которого устанавливают либо центральное внутреннее цевочное
колесо, либо эксцентрик. Наружное цевочное колесо планетар-
ного исполнительного механизма устанавливают на кронштейнах
75
chipmaker.ru
Рис. 2.17. Верхний
шпиндель с гидравличе-
ской системой нагруже-
ния притира двухдиско-
вого доводочного стан-
ка ЗЕ816
10
II
fa.
76
механизма подъема и опускания МПО (см. рис. 2.16) с двумя гидро-
цилиндрами. Внутреннее цевочное колесо можно регулировать по
высоте, что приводит к опусканию или подъему кольца с цевками
на требуемую установочную высоту. Эксцентриковую наладку осу-
ществляют с помощью приводного пальца эксцентрикового испол-
нительного механизма, закрепленного на втулке с делениями,
которые указывают значение эксцентриситета.
Станок снабжен следующими вспомогательными системами и
устройствами, позволяющими осуществлять требуемый цикл об-
работки и подготовку станка к работе:
системой охлаждения верхнего и нижнего притиров;
Рис. 2.18. Нижний притир с системой охлаждения
устройством для поворота консоли;
устройством для подъема и опускания наружного цевочного
колеса;
устройством для протачивания резцами рабочих поверхностей
притиров;
системой автоматической подачи абразивной суспензии;
устройством для контроля толщины снимаемого слоя мате-
риала заготовки;
механизмом управления уменьшением скорости опускания
шпинделя при подходе к обрабатываемой поверхности заготовки.
Система охлаждения верхнего и нижнего притиров (см.
рис. 2.18). На верхнем конце пустотелого вала 5 (см. рис. 2.17)
верхнего шпинделя установлен коллектор 7 для подвода охлаж-
дающей воды, внутри вала проходит труба 6 системы охлаждения
верхнего притира. Коллектор 7 подает охлаждающую воду в пу-
77
chipmaker.ru
стотелый вал верхнего шпинделя, далее через отверстие в пустоте-
лом валу 5 и канал планшайбы 12 верхнего притира к кольцевой
канавке на торце планшайбы. Вода, попадая в кольцевую канавку
планшайбы и охлаждая верхний притир, вытекает по другому
каналу, попадая в центральную трубу 6 верхнего шпинделя.
Планшайба нижнего притира (см. рис. 2.18) также снабжена
системой подвода охлаждающей воды от неподвижного корпуса 5
редуктора к вращающейся планшайбе. Охлаждающая вода из
корпуса редуктора поступает в канал неподвижного кольца 4
и через коллектор 6 в отверстие подвижного кольца 7, закреп-
ленного на планшайбе 2.
Для предотвращения утечки охлаждающей воды между по-
движным и неподвижным кольцами расположена сальниковая
набивка 8, которая поджата втулкой с помощью винтов. Из
подвижного кольца охлаждающая вода подводится через канал
к кольцевой канавке на торце планшайбы 2 и омывает стыковую
поверхность нижнего притира, охлаждая его, и далее отводится
через сливное отверстие в планшайбе и трубку 9 в кольцевую
проточку на корпусе редуктора 5.
Устройство для поворота консоли. Верхний шпиндель с план-
шайбой и притиром установлен в передней части консоли (см.
рис. 2.16), смонтированной на фланце оси механизма поворота,
осуществляющего установку верхнего притира в рабочее поло-
жение, его отвод в сторону, а также правку рабочей поверхности
притира. Вал механизма поворота МП установлен на подшип-
никах в корпусе механизма поворота, который закреплен на
станине станка. На валу механизма закреплена шестерня Ш,
приводимая во вращение от рейки Р, выполненной за одно со
штоком, на двух концах которого установлены поршни двух
гидроцилиндров. Для предотвращения удара в конце хода гидро-
цилиндры имеют дросселирующие устройства, позволяющие регу-
лировать в конце хода скорость перемещения штока-рейки Р.
Механизм подъема и опускания МПО наружного цевочного
колеса (см. рис. 2.16) планетарной наладки служит для облегче-
ния условий разгрузки и загрузки кассет заготовками.
Устройство для протачивания рабочей поверхности притиров
позволяет периодически устранять неравномерность изнашивания
рабочей поверхности притиров на стадии приработки их поверх-
ностей (при невозможности исправления геометрической формы
поверхности притиров какими-либо другими методами их правки).
Автоматическая подача абразивной суспензии осуществляется
двумя способами.
1. Одноразовая подача абразивной суспензии при чистовой
обработке заготовок на станке из смесителя, предназначенного
для постоянного перемешивания и подачи через дозатор абразив-
ной суспензии в зону обработки. Смеситель предназначен для
одноразового использования абразивной суспензии и отвода
ее в бак.
2. Циркулярная подача абразивной суспензии при предвари-
тельной доводке заготовок из бака для суспензии, в которой
абразивные частицы поддерживаются во взвешенном состоянии
с помощью вращающейся крыльчатки. В приемнике бака для
суспензии установлен блок постоянных магнитов, улавливающий
металлические частицы шлама.
В станке с циркулярной подачей абразивной суспензии также
возможно использование дозатора, который предназначен для
дозированной подачи абразивной суспензии в зону обработки.
Устройство для контроля толщины снимаемого слоя материала
заготовки. Активный контроль осуществляется датчиком, выпол-
няющим следующие команды после снятия заданного припуска
на обработку: а) датчик дает команду на прекращение процесса
доводки и переход на выхаживание по реле времени; б) датчик
дает команду на прекращение процесса доводки, переход на про-
цесс выхаживания, время которого регулируется датчиком. Меха-
низм контроля 4 (см. рис. 2.17) толщины снимаемого слоя мате-
риала смонтирован на штанге механизма управления, жестко
соединенной с верхним притиром и перемещающейся с ним.
Механизм управления уменьшением скорости опускания шпин-
деля позволяет осуществлять наладку станка на обработку партий
заготовок с различной высотой.
Рассмотрим цикл работы станка. Станок ЗЕ816 работает в по-
луавтоматическом цикле и снабжен тремя пультами управления.
1. Установочный пульт расположен на передней стенке элек-
трошкафа. Он оснащен регуляторами электронных реле времени
и моторным реле времени доводки, переключателями режимов
работы сепараторов, притиров и лампами, сигнализирующими
о режиме работы станка.
2. Рабочий пульт имеет кнопки включения работы станка по
циклу, поворота консоли, включения гидравлики, общего «стоп»,
переключателя подъема и опускания наружного цевочного колеса,
кнопки включения отдельных механизмов станка в наладочном
режиме, амперметр, показывающий нагрузку верхнего притира.
3. Пульт с пятипозиционным переключателем работает в ре-
жиме наладки: подъем верхнего притира, опускание верхнего
притира, давление вывешивания, равное давлению выхаживания,
максимальное давление доводки, кнопка общий «стоп».
Станок может работать на режимах наладки, рабочего цикла
и правки. При работе по полуавтоматическому рабочему циклу
возможны следующие варианты работы станка: по реле времени
(вывешивание притира, доводка и выхаживание); по прибору
активного контроля (вывешивание по реле времени, доводка по
прибору активного контроля без режима выхаживания); по
прибору активного контроля и реле времени (вывешивание по
реле времени; доводка по прибору активного контроля; выхажива-
ние по реле времени); по индикатору (вывешивание по реле вре-
мени, доводка по индикатору, выхаживание по реле времени).
79
chipmaker, ru
При работе в режиме выхаживания возможна работа как с по-
дачей абразивной суспензии, так и без нее.
Полуавтоматы вертикально-доводочные двухдисковые с про-
граммным управлением высокой точности ЗЕ816Ф1 и ЗД817Ф1
конструктивно выполнены аналогично соответственно станкам
ЗЕ816 и ЗД817. Блок программного управления циклом работы
станка обеспечивает следующие команды. 1. Управление изме-
нением рабочего давления р верхнего притира на обрабатываемые
поверхности заготовок по заданной программе. Управление осу-
ществляется по силе тока в обмотке электромагнитного клапана
в системе гидропривода верхнего притира. Изменение силы тока
в обмотке приводит к изменению давления в системе гидропривода
верхнего шпинделя, что ведет к изменению силы прижима верх-
него шпинделя с доводочным притиром к обрабатываемым поверх-
ностям заготовок. 2. Управление системой подачи абразивной
суспензии в зону обработки с помощью двух электронных реле
времени, отсчитывающих заданное время подачи суспензии и
время паузы между подачами суспензии.
2.5. НАЛАДКА ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ МЕХАНИЗМОВ
ДВУХДИСКОВЫХ ДОВОДОЧНЫХ СТАНКОВ
Особенности наладки исполнительных механизмов доводочных
станков рассмотрим на примере наладки станков ЗБ814 и ЗЕ814.
Кинематическая схема и основные функциональные узлы станка
ЗБ814 показаны на рис. 2.11. Кинематическая схема станка
ЗЕ814 и конструкция его исполнительного механизма аналогичны
кинематической схеме и конструкции станка ЗБ814. Для доводки
плоских поверхностей применяют планетарный исполнительный
механизм (планетарная наладка), для доводки плоских и цилин-
дрических поверхностей — эксцентриковый исполнительный меха-
низм (сепараторная наладка).
Движение заготовок по притиру осуществляется вращением
нижнего притира ПН, вращением сепаратора 6 (см. рис. 2.11)
с заготовками (планетарная наладка) или дискового сепаратора
с заготовками (сепараторная наладка) при неподвижных прити-
рах или одновременным вращением дискового сепаратора с за-
готовками и нижнего притира ПН. При планетарной наладке
станка внутреннее 7 и наружное 5 центральные колеса планетар-
ного исполнительного механизма находятся в зацеплении с се-
параторами 6, расположенными между нижним ПН и верхним
ПВ притирами. В гнездах кассет устанавливают заготовки.
Центральное внутреннее колесо 7 (рис. 2.19) совершает плоское
движение от регулируемых эксцентриков /, установленных на
сателлитах 2 планетарного механизма привода. Внутреннее 3
и наружное 4 колеса механизма привода получают вращение от
электродвигателя через сменные шкивы клиноременной передачи,
зубчатые и червячные пары редуктора, центральный вал 5 при-
80
вода колеса 3 и полый вал 6 привода планшайбы 7 и наружного
зубчатого колеса 4.
При сепараторной наладке привод сепаратора осуществляется
от центрального эксцентрика, который может иметь независимый
привод вращения от центрального вала, соосно с осью притиров,
или может быть расположен на каретке, перемещающейся радиально
в направляющих водила планетарного механизма привода
Рис. 2.19. Планетарный механизм привода кассет
исполнительного механизма двухдискового доводоч-
ного станка ЗЕ814
(рис. 2.20). Механизм привода также состоит из внутреннего и
наружного колес, сателлитов с водилом; при обкатке сателлиты
увлекают за собой водило. Эксцентриситет регулируют смещением
каретки 2 с центральным эксцентриком 1 по направляющим
корпуса 3 эксцентрика.
Сепараторная наладка станка для плоскопараллельной доводки
заготовок между двумя неподвижными притирами может осуще-
ствляться с помощью трех эксцентриков сателлита, установлен-
ных на сателлитах планетарного механизма привода. Изменение
эксцентриситета осуществляется перемещением каретки 2 с экс-
центриком 1 по направляющим корпуса 5 эксцентрика. При ра-
боте с дисковым сепаратором эксцентриситет изменяется от 0 до
20 мм, а при работе с планетарной наладкой изменяется от 0 до
10 мм.
При сепараторной наладке, применяемой для доводки цилин-
дрических поверхностей, на станках ЗБ814 и ЗЕ814 верхний
81
chipmaker.ru
притир получает либо свободное вращение, либо оставляется
неподвижным.
Планетарная и сепараторная наладки могут быть осуществ-
лены на станках 3813, 3813Б, ЗЕ814 и ЗБ814, имеющих одинако-
вые исполнительные механизмы. Возможность одновременного
Рис. 2.20. Эксцентриковый механизм привода сепаратора эксцен-
трикового исполнительного механизма двухдискового доводоч-
ного станка ЗЕ814
изменения кинематических и геометрических факторов путем
изменения типа наладки и частот вращения звеньев исполнитель-
ного механизма станка позволяет осуществить стабилизацию пара-
метров качества обработки деталей.
Конструктивное сочетание двух планетарных механизмов ис-
полнительного и его привода или эксцентрикового и планетар-
ного, как показал опыт эксплуатации указанных станков, оправ-
дано при обработке плоских поверхностей заготовок с диаметром
описанного круга не более 50 мм. При больших размерах заго-
товок возникают большие касательные составляющие силы сопро-
тивления движению заготовки по притиру и силовое воздействие
заготовки на кассету или сепаратор, что снижает точность обра-
ботанных поверхностей и работоспособность исполнительного ме-
ханизма станка. Поэтому для доводки плоских заготовок разме-
ром более 50 мм (диаметр описанного круга) следует рекомендо-
вать станки ЗЕ816 и ЗД817, имеющие планетарную наладку ис-
полнительного механизма станка (планетарный механизм привода
отсутствует). В этом случае большие размеры притиров и диапа-
зон изменения частоты вращения центрального вала привода
исполнительного механизма позволяет получать требуемые кине-
матические и геометрические факторы процесса доводки.
2.6. СТАНКИ ДЛЯ ДОВОДКИ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ОТВЕРСТИЙ
Станки для доводки цилиндрических отверстий по технологи-
ческому назначению разделяют на два типа — для доводки сквоз-
ных и для доводки глухих отверстий. Основные технические ха-
рактеристики отечественных станков для доводки отверстий при-
ведены в табл. 2.5.
Для доводки сквозных отверстий диаметром выше 8 мм приме-
няют полуавтоматы 3820Д и 3821Д с автоматической системой
разжима притира (радиальной подачи) и* последующего ступенча-
того разжима за каждый двойной ход шпинделя станка [17].
Полуавтоматы обеспечивают получение: отклонения от ци-
линдричности в продольном сечении 0,002 мм, отклонения от
круглости 0,001 мм, параметра шероховатости поверхности Ra =
= 0,02 ... 0,04 мкм.
Кинематическая схема полуавтомата 3820Д показана на
рис. 2.21. Шпиндель 16 получает вращательное движение от
электродвигателя 9 через коробку скоростей 10 и шлицевый вал 12
и возвратно-поступательное движение вместе со шпиндельной
головкой 13 от гидроцилиндра И. Длина хода шпиндельной
головки 13 и притира 18 регулируется кулачками 15, установ-
ленными на подвижной планке. Притир 18, установленный на
шпинделе 16, разжимается конической оправкой 17, входящей
во внутреннюю полость разрезной рубашки притира 18. Кони-
ческая оправка 17 соединена с тягой 14, получающей поступатель-
ное движение от поршня гидроцилиндра 5 через зубчатую рейку 3,
колесо 2, коническую пару 4, червяк 6 и червячное колесо 7,
соединенное с рычагом 8. При повороте рычага 8 тяга 14 пере-
мещается в осевом направлении. Полуавтомат снабжен устрой-
ством 1 компенсации радиального износа притира с указателем
значения разжима притира.
Для доводки глухих отверстий, и в том числе направляющего
отверстия в корпусах распылителей дизельных форсунок в усло-
виях крупносерийного производства, применяют вертикально-
доводочные полуавтоматы ЦНИТА-8170 [15]. Для корпусов бес-
83
2.5. Технические характеристики хонинговальных и доводочных вертикальных полуавтоматов
Параметр 3820 3821 3822 3820Д 3821Д ЗЕ820Д ЗЕ820Д-2 ЗЕ822Д 3820-2
Класс точности станка по ГОСТ 8—82Е Размеры обрабатывае- мого отверстия, мм: диаметр глубина Вылет шпинделя (рас- стояние от оси шпин- деля до колонны), мм Наибольшее расстоя- ние от торца шпинделя до плоскости базовой плиты, мм Ход шпиндельной го- ловки, мм Полный ход иглы раз- жима, мм Частота вращения шпинделя, мин-1 Н 8—20 80 140 525 25—200 Не менее 30 315, 500, 800 Н 12,5—50 130 200 780 25—320 70+’ 400, 500, 800 н 20—80 130 220 1150 15—320 70+а 80, 125, 160, 200, 250, 315, 400 , 630 П 8-12 80 140 25—200 32 200, 315, 500 п 8—30 100 150 25—320 40 160, 250, 400, 630 п 5—20 20—70 140 560 15—200 32±2 180, 250, 355, 500, 710, 1000, 1400 п 5—20 20—70 140 475±10 15—200 32±2 180, 250, 355, 500, 710, 1000, 1400 п 5—50 20—100 235 10—320 60 125, 160, 200, 250, 400, 500, 630, 800, 1000, 1250, 1600 н 5—20 80 140 555 25—200 32 315, 500, 800
chipmaker.ru
Продолжение табл. 2.5
Параметр 3820 3821 3822 382 ОД 3821Д ЗЕ820Д ЗЕ820Д-2 ЗЕ822Д 3820-2
Скорость возвратно- поступательного дви- жения шпиндельной головки, мм/мин 0—16 0—16 0—16 0—16 0—12 0—16 0—16 0—18 0—16
Ступенчатая подача (разжима) иглы за один двойной ход шпиндель- 0—0,056 0—0,065 0—0,065 0—0,056 0—0,075 — — 0—0,056
ной головки, мм/дв. ход (630)
Размеры базовой плиты (диаметр планшайбы 360 Х 450Х ХЗО 475Х 525Х ХЗО 560Х 630Х Х40 355Х 450Х ХЗО 475Х 525Х ХЗО — (630) (560)
поворотного стола), мм Мощность электродви- гателя, кВт Габаритные размеры полуавтомата, мм: (длина X ширина X X высота) 2,3 2300Х X 1500Х Х2020 3,9 13ЮХ Х1240Х Х2435 5,43 1600Х X 1475Х Х2965 2,1 1800Х Х1500Х Х2020 3,7 1310Х X 1270Х Х2400 — 6,34 1115Х X 1475Х Х2370 8,7 2100Х X 1800Х Х2970 4,7 1935Х X 1280Х Х2030
Масса (с электрообо- рудованием), кг 1260 2000 2750 1150 1400 2255 2330 3275
Примечание. К двухшпнндельиым полуавтоматам относят станки ЗЕ820Д-2! 3820-2.
1 chipmaker.ru
штихтовых распылителей требуется делать отверстие конусооб-
разной формы с увеличением диаметра до 0,001 мм только в сто-
рону глухого торца, для штихтовых — с расширением до 0,0015 мм
в сторону открытого торца. Отклонения от прямолинейности
образующей и от круглости при этом не должны превышать
0,0005 мм, а параметр шероховатости Ra 0,04 мкм.
Рис. 2.21. Кинематическая схема полуавтомата 3820Д
для доводки внутренних цилиндрических отверстий
1 Трехшпиндельный вертикально-доводочный полуавтомат
ЦНИТА-8170 имеет три независимые рабочие позиции, на которых
I можно параллельно выполнять одну операцию по обработке трех
заготовок (в условиях массового производства) или последова-
тельно предварительную, получистовую и чистовую доводку
одной заготовки в условиях серийного производства.
В вертикальных станках размещены пневмоприводы зажима
заготовки и установочного перемещения доводочной головки,
доводочная головка с приводом автоматического разжима притира,
электромеханический привод вращательного и возвратно-посту-
пательного движения заготовки и установленное на его шпинделе
। плавающее приспособление для крепления.
На полуавтоматах ЦНИТА-8170 устраняют отклонения от
цилиндричности отверстий от значений допуска от Ац = 0,010 ...
86
0,020 мм до Дф = 0,002 ... 0,003 мм, после получистовой доводки
(припуск 0,020—0,030 мм) Дц = 0,001 ... 0,0015 мм, а после чи-
стовой (припуск 0,004—0,007 мм) Дц ~ 0,001 мм в продольном
и Дц = 0,0005 мм в поперечном сечениях при Ra 0,04 мкм.
В зависимости от снимаемого припуска производительность стан-
ков 100—250 дет/ч. Стойкость притира, сохраняющего точность
формы и размера благодаря осуществлению кинематической
правки, составляет 50—100 деталей при предварительных и полу-
чистовых операциях и 250—500 деталей при чистовых.
Эти полуавтоматы выпускают в двух исполнениях: с реле
времени (мод. 511017) и с измерительно-управляющей системой
(ЙУС) косвенного активного контроля размера отверстия
(мод. 511041) [15]. На станках с реле времени длительность
обработки постоянная. Рассеяние размеров отверстий после до-
водки при этом совпадает с исходной или несколько увеличивается.
На станках с ЙУС обеспечено индивидуальное программирова-
ние времени обработки для каждой конкретной заготовки. Перед
обработкой заготовку измеряют на специальной измерительной
позиции с цифровым выходом, после чего устанавливают на
любую свободную рабочую позицию станка и осуществляют
цикл обработки. Длительность доводки данной заготовки задается
автоматически специальным программирующим устройством в за-
висимости от припуска, который должен быть снят для получения
требуемого размера. Размерная Точность отверстий при доводке
с ИУС повышается в 2—2,5 раза по сравнению с исходной. Так,
при эксплуатации станков с ИУС на Ярославском заводе топлив-
ной аппаратуры установлено, что после доводки отверстия диа-
метром 6 мм в корпусах распылителей разброс размера диаметра
сокращается с 0,030—0,035 мм до 0,015—0,018 мм, причем у 90 %
деталей он не превышает 0,010—0,012 мм (при среднем 0,020—-
0,025 мм и максимальном 0,035 мм съеме припуска). При внедрении
в производство полуавтоматов конструкции ЦНИТА точность
обработки отверстий возрастает в 1,5—2 раза, трудоемкость сни-
жается в 3—5 раз, расходы на инструмент сокращаются в 5—7 раз.
Трехшпиндельный полуавтомат ЦНИТА-511017 для доводки
отверстий предназначен для доводки направляющего отверстия
диаметром 6 мм и длиной 15—22 мм в корпусах распылителей
дизельных форсунок в условиях массового производства (разра-
ботан на базе станков ЦНИТА-Д8170, ЦНИТА-8170,
ЦНИТА-8170ВМ). Доводка на полуавтомате производится при
вращательном и возвратно-поступательном движениях обрабаты-
ваемой заготовки относительно неподвижного притира. Последний
разжимается автоматически с помощью специальной следящей
системы, обеспечивающей поддержание заданного момента при
доводке.
Станок имеет три независимые рабочие позиции, на которых
можно параллельно выполнять одну операцию или последова-
тельно по переходам. Основными узлами каждой позиции яв-
87
chipmaker, m
ляются приводы шпинделей изделий и доводочные головки с при-
водами подач. Кинематическая схема одной из рабочих позиций
представлена на рис. 2.22.
Привод шпинделя изделия обеспечивает вращательное и воз-
вратно-поступательное движения обрабатываемой заготовки, уста-
новленной в цангу 11 плавающего приспособления. Шпиндель
изделия получает вращательное движение от электродвигателя 56
через клиноременную передачу 55 и пару винтовых цилиндриче-
ских колес 1 и 4. Возвратно-поступательное движение обеспечи-
вается тем же двигателем и клиноременной передачей через пару
88
цилиндрических колес 2 и 3, кулачок 5, вильчатый рычаг 7 и
пружину 6.
Доводочная головка служит для установки притира 12, обес-
печивая его разжим и сжатие, а также для поддержания заранее
заданного крутящего момента М, возникающего на притире при
доводке. Доводочная головка перемещается в рабочее и исходное
положения относительно стойки по скальчатым направляющим.
В рабочее положение доводочная головка перемещается с помощью
реечного зацепления 43 и 44. Поворот зубчатого сектора осуще-
ствляется автоматически от поршня пневмоцилиндра 47. Пру-
жины 42 служат для возврата доводочной головки в исходное
положение при отсутствии подачи воздуха в пневмоцилиндры.
На валу зубчатого сектора расположен кулачковый командо-
аппарат 45, от которого с помощью рычагов 50 и 51 последова-
тельно срабатывают микропереключатели 48 и 49.
Разжим и сжатие притира 12 осуществляется конической
оправкой 13, которая перемещается вниз или вверх относительно
неподвижного инструмента. Перемещение конической оправки 13
от электродвигателя 37 через привод подачи, предохранительную
муфту 28, винтовую пару 23 и 20, шток, в котором закреплена
коническая оправка 13. Притир 12 закреплен в патроне, установ-
ленном неподвижно на поворотном шпинделе 18 доводочной
головки.
Для выключения подачи конической оправки 13 в крайних
нижнем и верхнем положениях («Притир изношен», «Новый
притир») и сигнализации установлены микропереключатели 21
и 24, которые срабатывают от пальца 22. Коническую оправку 13
разжима притира можно перемещать вручную через валик 26,
конические шестерни 27, 25 и винт 23.
Ограничение максимальной величины заданного крутящего
момента обеспечивается двумя пружинами растяжения 14, флаж-
ками 17 и 16, бесконтактными датчиками 15 и 19. Обрабатываемую
заготовку крепят в цанге 11, которая сжимается пружиной 10.
Освобождается заготовка при нажатии на пружину 10 планки 9,
перемещаемой рычагом 54 от поршня пневмоцилиндра 52.
Полуавтомат работает следующим образом. После настройки
станок переключается на полуавтоматический цикл работы. За-
готовку устанавливают в цангу 11 приспособления. При нажатии
на кнопку «Пуск» срабатывает пневмоцилиндр 47 и через сектор 44
и зубчатую рейку 43 перемещает доводочную головку вниз до
регулируемого упора 46 (рабочее положение).
Одновременно с зубчатым сектором поворачиваются кулачки
командоаппарата 45. При соответствующем угле поворота кулачок
нажимает на рычаг 50, который через микропереключатель 48
подает команду на срабатывание пневмоцилиндра 52 разжима
заготовки. Поршень цилиндра 52 перемещается вверх, воздей-
ствует на рычаг 54, который через планку 9 освобождает пру-
жину 10, осуществляющую зажим заготовки в цанге 11.
89
sr.ru’
При дальнейшем повороте кулачков командоаппарата через
рычаг 51 и микропереключатели 49 и 53 включается электродви-
гатель 56 привода шпинделя изделия. Через клиноременную пере-
дачу 55, пару винтовых цилиндрических колес 1 и 4, валик 8
приспособлению сообщается вращательное движение. Возвратно-
поступательное движение заготовка получает от пары цилиндри-
ческих колес 2 и 3, кулачка 5, вильчатого рычага 7 и пружины 6.
Одновременно с включением электродвигателя привода изде-
лия начинает работать электродвигатель 37 привода подачи при-
тира. Через зубчатую муфту 40, установленную на валу 39,
шестерни 41, 31, муфту 28 и пару винт—гайка 23, 20 начинается
ускоренное перемещение конической оправки 13. При вступлении
притира в контакт с заготовкой возрастает крутящий момент,
поворотный шпиндель 18 доводочной головки вместе с притиром
поворачивается на некоторый угол и флажок 17, закрепленный
на кронштейне следящей системы, входит в зазор бесконтактного
датчика 19, который через электромагнит 35 с пружиной 29 пере-
ключает подачу конической оправки 13 разжима притира с уско-
ренной на рабочую. В этом случае перемещение конической
оправки 13 происходит по следующей кинематической цепи:
электродвигатель 37, шестерни 38, 57, 58,36, сменные шестерни 33
и 34, зубчатая муфта 32, шестерни 30, 31, муфта 28 и пара винт—
гайка 23, 20.
При возрастании крутящего момента Мя, возникающего от
сил резания до величины Мп (крутящий момент перегрузки),
превышающей момент, заданный натяжением пружин 14, поворот-
ный шпиндель 18 доводочной головки поворачивается, флажок 16,
закрепленный на нем, входит в зазор бесконтактного датчика 15,
который разрывает цепь электродвигателя 37, и разжим притира
прекращается. Когда в результате съема металла с поверхности
доводимого отверстия и износа притира крутящий момент Мя
уменьшится, пружины 14 возвращают поворотный шпиндель го-
ловки в исходное положение, флажок 16 выходит из зазора бес-
контактного датчика 15, который снова включает электродви-
гатель 37.
В момент первого касания притира от бесконтактного датчика 19
поступает команда на включение работы четырех реле времени,
которые последовательно осуществляют четыре выдержки вре-
мени: задержки работы двигателя 37 (для исключения случайного
срабатывания следящей системы), длительности режима «Доводка»,
длительности режима «Выхаживание» (доводка без разжима),
длительности реверсирования двигателя 37.
По окончании выхаживания по команде реле времени пневмо-
цилиндр 47 перемещает через сектор-рейку 44—43 доводочную
головку в верхнее положение. При перемещении доводочной
головки вверх командоаппарат 45 последовательно отключает
электродвигатель 56 привода шпинделя изделия и через пневмо-
цилиндр 52 фиксирует приспособление, освобождая заготовку.
90
При перемещении головки вверх электродвигатель 37 разжима
притира не останавливается, а по команде от реле времени изме-
няет направление вращения и через привод подачи возвращает
коническую оправку в положение, определяемое заданными зна-
чениями съема металла с заготовки и износа притира. Под дей-
ствием упругих сил притир сжимается до размера несколько
меньшего, чем диаметр отверстия на обработанной перед этим
заготовке.
При полном изнашивании притира резьбовая втулка 20 и
коническая оправка 13 займут крайнее нижнее положение. Па-
лец 22, связанный с резьбовой втулкой 20, через микропереклю-
чатель 21 разрывает цепь питания электродвигателя разжима при-
тира и подает сигнал «Смена притира».
Коническую оправку 13 длительным нажатием на кнопку
«Стоп» данной головки следует вернуть в крайнее верхнее поло-
жение и сменить притир. При крайнем верхнем положении кони-
ческой оправки 13 палец 22 через микропереключатель 24 также
разрывает цепь питания двигателя 37 и подает сигнал на зажига-
ние лампочки «Смена притира».
Для автоматизации цикла доводки деталей и равномерности
разжима на полуавтоматах конструкции ЦНИТА для доводки
глухих отверстий обеспечено автоматическое слежение за силой
резания при многократном периодическом разжиме притира.
Обрабатываемая заготовка 1 (рис. 2.23) крепится в приспособле-
нии, установленном на нижнем шпинделе, который совершает
два движения — вращательное с угловой скоростью сон. ш и
возвратно-поступательное с частотой ндв. х- Притир 2 хвостови-
ком соединен со шпинделем поворотной шпиндельной головки.
Притир разжимается при осевом перемещении конической оп-
равки 3. При разжиме притира возрастает крутящий момент Мд
в зоне контакта притира с заготовкой, что приводит к увлечению
вращающейся заготовкой поворотной шпиндельной головки.
Доводочные головки станков ЦНИТА-8170/511017 оснащены
индивидуальными автоматизированными системами управления
(АСУ), обеспечивающими разжим и компенсацию износа при-
тира. С помощью АСУ поддерживается закон изменения силовых
факторов, задаваемый из условий обеспечения необходимой гео-
метрической и размерной точности обрабатываемого отверстия
при максимально возможной производительности. За выходной
контролируемый параметр принят крутящий момент на притире,
дающий информацию о величине давления, возникающего при
взаимодействии притира с заготовкой и определяющего законо-
мерности протекания процесса формообразования отверстия.
Структура АСУ приведена на рис. 2.24. При включении цикла
обработки центр с гарантированным зазором вводится в отверстие
заготовки и начинается его быстрый разжим (от двигателя ДР
через двухскоростной привод подачи ПП и механизм разжима
МР). Зазор постепенно уменьшается, и через прослойку абразив-
91
chipmaker.ru
I
I
I
I
I
I
I
Рис. 2.23. Доводочная го-
ловка и приспособление для
крепления заготовки
ной пасты притир и за-
готовка начинают кон-
тактировать, создавая
в зоне доводки давле-
ние и соответствующий
ему крутящий момент
Л4д, который непре-
рывно контролируется
динамометрическим уз-
лом.
При возрастании
крутящего момента до
величины М„ через дат-
чик касания ДК и
Сравнивающее устрой-
ство СУ1 выдается
команда в привод по-
дачи ПП на включение
рабочей подачи притира
(скорости Sp. п его раз-
жима). Одновременно
поступает сигнал в блок
программирования вре-
мени БПВ обработки.
БПВ обеспечивает об-
работку с предвари-
тельно задаваемым по-
стоянным временем (и
соответственно постоян-
ным припуском) или
с переменным временем,
которое определяется автоматически в зависимости от припуска,
требуемого для получения отверстия заданного размера.
Если Л4д возрастает до УИП (крутящего момента перегрузки),
датчик перегрузки ДП через сравнивающее устройство СУ2
выключает реверсивный двигатель ДР. Разжим притира прекра-
щается, но съем металла продолжается вследствие упругих де-
формаций в системе «притир — абразивная прослойка пасты —
заготовка». Когда в результате съема металла с заготовки и при-
тира момент уменьшается (УИД < Мп), вновь включается ДР
и происходит разжим притира со скоростью Sp.n. Затем процесс
продолжается.
Таким образом, благодаря прерывистому включению ДР соз-
дается определенная скорость разжима притира SpCSp.n>
92
обеспечивающая заданную величину крутящего момента (в пре-
делах 7ИКУИд < 7ИП). Рабочую подачу Sp. п задают путем
настройки ПП, ее величина должна компенсировать скорость
суммарного съема металла с притира и заготовки. Требуемый
крутящий момент поддерживается задатчиками уровней момента
касания (ЗМК) и перегрузки (ЗМП). Наличие раздельных цепей
задания и контроля крутящего момента позволяет настраивать
ход обработки, повышает и стабилизирует точность и производи-
тельность последней.
Инструментальный шпиндель (см. рис. 2.23) выполняет роль
динамометрического узла АСУ. Крутящий момент, возникающий
Рис. 2.24. Автоматическая система управления разжимом и
компенсацией износа притира
при доводке заготовки /, воспринимается специальным прити-
ром 2, который с помощью хвостовика жестко соединен с полым
шпинделем 4. Последний может ограниченно поворачиваться вок-
руг оси на двух парах подшипников 5. Притир разжимается кони-
ческой оправкой 3, перемещаемой в осевом направлении штоком 7,
соединенным через упорные подшипники 6 с гайкой 9 хвостового
винта 10, который получает вращение от реверсивного двигателя
ДР (см. рис. 2.24) через привод подачи ПП.
Притир при возникновении крутящего момента на нем, пре-
одолевая силы трения в подшипниках и силу пружины 13 (см.
рис. 2.23) задатчика ЗМК, поворачивает против часовой стрелки
шпиндель 4 и закрепленный на нем кронштейн 15 с упором 12
бесконтактного выключателя 11. При повороте шпинделя на угол,
соответствующий положению, при котором Мп = Мк = 7И3. к
(А1а. к — заданный крутящий момент касания), выключатель 11
выдает команду на включение рабочей подачи и отсчет времени
доводки. С возрастанием крутящего момента угол поворота шпин-
деля увеличивается, начинает действовать более жесткая пру-
жина 14 и при Л1д 7И3. п (ЛД. п — заданный крутящий момент
перегрузки) через выключатель 8 поступает сигнал на выключе-
93
chipmaker.ru
ние реверсивного двигателя. Крутящие моменты Л18. к и Л43. □
задают с помощью пружин 13 и 14, а также изменением взаимного
положения упоров и выключателей; при доводке отверстий диа-
метром 6 мм Мв, н = 0,15 ... 0,2 Н-м; М3.п = 0,3 ... 0,45 Н -м.
Таким образом, автоматизация цикла доводки глухих отвер-
стий позволяет осуществить быстрый разжим притира до момента
касания притиром стенок доводимого цилиндрического отверстия,
переключение скорости разжима на рабочую, управление рабочей
подачей в зависимости от крутящего момента Л1Д при доводке и
ускорение сжатия притира с автоматической компенсацией его
износа. Реле времени настраивают на величину снимаемого при-
пуска, а интенсивность съема металла зависит от регулирования
крутящего момента 7ИД.
2.7. СТАНКИ ДЛЯ ДОВОДКИ ВНУТРЕННИХ КОНИЧЕСКИХ
ПОВЕРХНОСТЕЙ
Основные технические характеристики отечественных и зару-
бежных станков для доводки конических поверхностей приведены
в |14, 15]. Способ доводки внутренних конических поверхностей
заготовок определяет кинематику доводочного станка. Доводка
по способу объемного контактирования поверхностей притира и
заготовки основана на принципе постоянства контакта доводимой
поверхности заготовки со всей рабочей поверхностью притира.
Рис. 2.25. Доводочная бабка и притир для обработки
конического отверстия по способу объемного контакти-
рования поверхностей притира и заготовки
Этот способ доводки применяют при обработке поверхности
уплотняющего конуса в корпусе распылителя и осуществляют на
доводочной бабке машинно-ручным способом (рис. 2.25). В цанге 1
закрепляют оправку 2 с притиром 3. Притир 3 получает враща-
тельное, а заготовка 4 — возвратно-поступательное движения.
На коническую часть притира наносят тонкий слой пасты, а на
направляющую часть оправки — слой дизельного топлива.
Ниже приведен режим машинно-ручной доводки уплотняющего
конуса в корпусе распылителей форсунок дизельных двигателей:
абразивная паста на основе электрокорундового микропорошка
(24А) зернистостью М10—М14, окружная скорость относительного
движения притира по среднему диаметру его конической части
20—30 м/мин, припуск на обработку (на сторону) 0,030—0,040 мм,
время доводки 3—4 мин.
94
Жесткие требования к отклонениям формы, взаимному рас-
положению конической поверхности относительно оси цилиндри-
ческого отверстия корпуса распылителя вызывает необходимость
выдерживать диаметральный зазор между поверхностью направ-
ляющего отверстия корпуса и диаметром цилиндрической поверх-
ности притира (или оправки) равным 0,001—0,002 мм. Это дости-
гается предварительной сортировкой корпусов по размеру отвер-
стия и притиров по размеру его направляющей части (или оправки)
на отдельные группы.
Основной недостаток процесса доводки конических поверхно-
стей по способу объемного контакта поверхностей притира и
заготовки заключается в неравномерности изнашивания обра-
зующей поверхности конуса притира, осуществляющего доводку
по методу врезания. Это приводит к снижению точности обработки
по мере изнашивания притира. Обычно после доводки конической
поверхности одного распылителя притир перешлифовывают по
рабочей конической части, а его направляющую часть периоди-
чески передоводят.
Способ объемного контакта поверхностей притира и заготовки
заложен в конструкции станка-полуавтомата роторного типа
фирмы «Наумбург» с двенадцатью вертикально расположенными
инструментными шпинделями, установленными на специальной
карусели. Карусель вращается относительно неподвижной цен-
трально расположенной колонны. Двенадцать инструментных
шпинделей получают два рабочих движения: вращательное и
возвратно-поступательное, а двенадцать нижних шпинделей с при-
способлением для крепления заготовок подпружинены для созда-
ния осевой составляющей силы резания при доводке. Возвратно-
поступательное движение инструментных шпинделей осуществ-
ляется с помощью вращающейся кулачковой шайбы со сменными
кулачками, число которых определяет число двойных ходов
инструментного шпинделя.
Наибольшая эффективность процесса доводки уплотняющего
конуса корпуса распылителя дизельного двигателя одновременно
по параметрам качества и производительности обработки дости-
гается принципиально новым способом доводки, разработанным
в ЦНИТА. Он заключается в постоянном чередовании линейного
и объемного контактов конических поверхностей притира и обра-
батываемой заготовки, создаваемом направлением возвратно-по-
ступательного движения под заданным углом. Базирование заго-
товки корпуса распылителя осуществляется по внешним базовым
поверхностям. Взаимное перемещение заготовки и притира обеспе-
чивает кинематическую правку рабочей поверхности притира.
Для доводки конических поверхностей в ЦНИТА созданы пяти-
позиционные полуавтоматы ЦНИТА-255010 и двухпозиционные
автоматы ЦНИТА-511118.
Автомат ЦНИТА-511118 предназначен для доводки конуса
в корпусе распылителя в условиях массового производства (создан
95
chipmaker.ru
на базе автомата ЦНИТА-8180). Автомат позволяет достигать сле-
дующую тоиность обработки конической поверхности: допуск
круглости в поперечном сечении 0,0008 мм, допуск прямолиней-
ности образующей конуса 0,002 мм, допуск угла конуса от но-
минального значения +10', изменение исходной величины соос-
ности конической поверхности относительно поверхности направ-
ляющего цилиндра 0,001 мм, параметр шероховатости обработан-
ной поверхности Ra ~ 0,16 ... 0,08 мкм.
Требования к заготовке, поступающей на обработку: допуск
круглости не более 0,003 мм, допуск прямолинейности образу-
ющей конуса не более 0,005 мм, допуск угла конуса от номиналь-
ного значения ±15', допуск соосности конической поверхности
направляющего цилиндра не более 0,0015 мм, параметр шерохо-
ватости обрабатываемой поверхности Ra не более 0,32 мкм.
Внедрение в производство полуавтоматов ЦНИТА-511017 и
ЦНИТА-511041 позволило устранить ручной труд, повысить и
стабилизировать точность обработки, снизить в 2—2,5 раза тру-
доемкость, сократить в 10—15 раз расход инструмента.
На точность обработки уплотняющего конуса в значительной
степени влияет конструкция инструмента. При чистовой доводке
перспективно использование притиров с рабочей частью из твер-
дого сплава, стойкого к абразивному изнашиванию, так как они
менее чувствительны к большим исходным отклонениям от пря-
молинейности образующей. Однако по причине плохой шаржируе-
мости зернами абразивной пасты твердосплавные притиры обеспе-
чивают съем металла не более 2—4 мкм.
Съем металла значительно увеличивается при использовании
разработанного в МВТУ им. Н. Э. Баумана способа доводки
с периодическим изменением рабочего зазора между притиром и
заготовкой в течение цикла доводки. Это позволяет выводить из
равнонапряженного состояния поверхностные слои заготовки
и притира, что способствует интенсификации обработки, а также
повышает абразивную способность доводочных паст. Указанный
способ доводки был реализован при обработке конических поверх-
ностей специальным притиром, снабженным тремя вставками из
твердого сплава. В процессе работы притира толщина абразивного
слоя изменяется от минимума около твердосплавных вставок до
максимума в зоне основного материала притира. По данным
ЦНИТА съем металла с обрабатываемой поверхности при исполь-
зовании притира с твердосплавными вставками в 2—3 раза больше,
чем при использовании полностью твердосплавной рабочей части
притира.
2.8. ПРИТИРЫ ДЛЯ ДОВОДКИ ПЛОСКИХ И НАРУЖНЫХ
ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ
Притир / однодискового станка (рис. 2.26, а) или нижний
притир двухдискового станка (рис. 2.26, б) устанавливают на
торец планшайбы 2, смонтированной на подшипниках в корпусе
96
редуктора или станины доводочного станка. Притир 1 крепят
шпильками или болтами 3. Относительно оси планшайбы притир
центрируют установочными центрирующими кольцами 4. Мини-
мально допустимую толщину притира Яга1п определяют исходя
из допустимой деформации притира и планшайбы при их соеди-
нении — закреплении под действием силы затягивания и величины
прогиба притира и планшайбы под действием рабочей нагрузки
при доводке заготовок.
Обычно новый притир с учетом его износа имеет исходную
толщину Н, равную двойной минимально допустимой толщине,
т. е. Н = 2НтШ. Толщина Н нового притира равна —Vs от
Рис. 2.26. Крепление притиров на планшайбах однодисковых доводочных станков
размера наружного диаметра притира. В результате изнашивания
притира уменьшается его исходная толщина Н, под действием
осевой силы рабочей нагрузки происходит постепенное увеличение
прогиба периферийной части притира.
На рабочей поверхности притира наблюдается повышенный
износ в местах противоположных расположению резьбовых от-
верстий по приваленной торцовой плоскости притира вследствие
его деформирования под действием сил затягивания. Опыт пока-
зывает, что толщина планшайбы 2 должна быть не меньше мини-
мально допустимой толщины Ят1п притира. Это условие должно
быть выполйено, особенно при доводке прецизионных поверх-
ностей деталей.
Верхний притир 1 (рис. 2.27) на двухдисковых станках уста-
навливают на планшайбе 2, соединенной с верхним шпинделем
с ломощью сферического подшипника.
В большинстве конструкций доводочных станков возможно
жесткое фиксирование планшайбы 2 на шпинделе 3 гайкой 4,
навернутой на верхний шпиндель 3.
Два способа крепления верхнего притира на шпинделе рас-
ширяют технологические возможности доводочных станков. На
верхнем торце планшайбы верхнего притира расположено устрой-
ство подачи абразивной суспензии при доводке заготовок на метал-
лических или стеклянных притирах или охлаждающей жидкости
97
chipmaker.ru
Охлаждающая жидкость подается
Рис. 2.27. Крепление верхнего при-
тира иа двухдисковых доводочных
станках
при доводке заготовок на
абразивных притирах (шли-
фовальных кругах).
Схема крепления ме-
таллических и абразивных
притиров (верхнего 1 и ниж-
него 2) на планшайбах 5
и 4 показана на рис. 2.14.
из патрубка 5 в лоток 6 и
далее по каналу 7 в верхней планшайбе 3 на рабочую поверх-
ность шлифовального круга. Справа в сечении притиров 1 и 2 и
их планшайб показано крепление металлических притиров и си-
стема подачи абразивной суспензии в зону обработки.
Для стабилизации температурного режима доводки заготовок
притиры (верхний и нижний для двухдисковых станков) оснащают
различными системами охлаждения: лабиринтными каналами в опо-
рной плоскости планшайбы (см. рис. 2.12); лабиринтными углуб-
лениями в торцовой привалочной плоскости притира, в которые
подается под давлением вода; радиальными каналами для воздуш-
ного охлаждения. Указанные системы охлаждения позволяют
поддерживать среднюю температуру притира в пределах 20—
40 °C, обеспечивая нормальные условия работы абразивной су-
спензии, пасты или шаржированных зерен в поверхности притира.
В двухдисковых доводочных станках фирмы «Hanh & «Со1Ь»
применяют систему охлаждения (рис. 2.28, а) верхнего 1 и ниж-
него 3 притиров водой, подаваемой через коллектор в лабиринт-
ные углубления в привалочной плоскости притира, установлен-
ного на планшайбе 2. В однодисковых станках фирмы Speed
Fam» применена система охлаждения (рис. 2.28, в) притира 1
водой, подаваемой в лабиринтные каналы, выполненные в опорной
плоскости планшайбы 2. В системе воздушного охлаждения при-
тира 1 (рис. 2.28, б) однодискового станка фирмы «Melchiorre»
с правильными кольцами 2 обеспечена циркуляция воздуха, вса-
сываемого в жалюзи 3 в центре притира и выводимого через на-
ружные щели 4 на периферийной части притира.
Для повышения производительности обработки по съему ма-
териала на 20—80 % на плоской рабочей поверхности притиров
выполняют канавки для размещения и подачи абразивной суспен-
зии в зону обработки и отвода «отработанной» суспензии со шла-
мом с поверхности притира. В зависимости от размера притира,
материала, вида и свойств абразивной среды (паста или суспен-
зия), кинематики относительного движения заготовок по при-
тиру, направления подачи абразивной среды выполняют канавки
радиальные, кольцевые, концентрично или эксцентрично распо-
98
ложенные относительно оси притира, комбинированные — ра-
диальные и кольцевые, спиральные, циклоидальные и др. В по-
перечном сечении канавки выполняют постоянной или переменной
глубины.
Рис. 2.28. Системы охлаждения
притиров доводочных станков:
а — с лабиринтными углублениями в
торцовой плоскости притира для водя-
ного охлаждения; б — с радиальными
каналами в притире для воздушного
охлаждения; в — с лабиринтными ка-
налами в опорной плоскости планшай-
бы шпинделя доводочного стайка
2.9. ПРИТИРЫ ДЛЯ ДОВОДКИ ОТВЕРСТИЙ
Конструкции притиров для обработки отверстий можно разде-
лить на два типа: нерегулируемые или неразжимные и регулируе-
мые или разжимные [6, 17]. Для доводки внутренних цилиндри-
ческих поверхностей в качестве притиров, регулируемых по раз-
меру, используют доводочные гильзы — рубашки.
Основным требованием, предъявляемым к ним, *является спо-
собность изменять размер цилиндрической поверхности для ком-
пенсации износа. Поэтому цельные рубашки изготовляют в основ-
ном из металлов, обладающих необходимыми упругими свойствами,
требуемой износостойкостью и способностью шаржироваться зер-
нами пасты или суспензии (притиры для доводки прецизионных
поверхностей).
В некоторых случаях доводочные притиры выполняют состав-
ными (паяные, сварные соединения), например с использованием
твердосплавных вставок и стального упругого корпуса, или сбор-
ными. Непрерывный контакт рабочей поверхности притира с об-
рабатываемой поверхностью заготовки под давлением р создается
действием сил упругости разжимаемой рубашкой с помощью ко-
99
chipmaker.ru
нической разжимной оправки (иглы). Конструкция разжимных
притиров показана на рис. 2.29. У сборной оправки (рис. 2.29, а)
размер по диаметру наружной цилиндрической поверхности при-
тира 1 регулируют с помощью оправки 2, на конической поверх-
ности которой располагают притир 1. Положение притира регу-
лируют установочной гайкой 3, шайбой 4 и гильзой 5.
Конструкция регулируемого притира с разжимной оправкой
(рис. 2.29, б) состоит из конической оправки 1 с конусностью
Рис. 2.29. Разжимные притиры для доводки внутренних цилиндрических отвер-
стий
1 : 50 рабочей поверхности притира 2, зажимных гаек 3 и 4,
переходной втулки 5, гаек 6, гильзы 7 и регулировочных гаек 8
и 9, определяющих положение притира на шпинделе станка.
Нерегулируемые притиры применяют, как правило, для обра-
ботки отверстий малого диаметра (менее 5 мм). Нерегулируемые
притиры диаметром более 5 мм состоят из неразрезной рубашки
и конической оправки. Конструкции нерегулируемых притиров
показаны на рис. 2.30.
Упругие лепестки сборных притиров изготовляют из предва-
рительно нагартованной стальной пружинной проволоки твер-
достью НВ 300—320.
В качестве цельного притира применяют проволоку кл. II
(ГОСТ 9389—75), диаметр проволоки подбирают так, чтобы он
был на 0,05—0,1 мм больше диаметра доводимого отверстия. Для
100
облегчения условий ввода притира в обрабатываемое отверстие
входная часть притира конусообразная.
б)
А-А
П5:1 Рис. 2.30. Нерегулируемые при-
тиры для доводки цилиндриче-
ских отверстий:
а — цельный с заборным конусом
рабочей части в 10°; б — цельный
с конической рабочей частью и ци-
линдрической калибрующей частью
и кольцевыми канавками с пере-
менным шагом; в — сборный с уп-
ругими лепестками для доводки
— лепестки притира; 2 — стопорный внит; 3
державка
Регулируемые притиры предназначены для обработки цилин
дрических отверстий диаметром более 5 мм (рис. 2.31). Регулируе
мые притиры имеют разрезную рубашку или гофрированную ру
башку со сквозными или замк-
нутыми канавками на ее по-
верхности и разжимное уст-
ройство механического, пневма-
тического или гидравлического
типа. Рубашка притира разжи-
мается при ее смещении отно-
сительно разжимной оправки.
Обычно притиры с разрезной
рубашкой применяют для до-
водки отверстий диаметром до
25 мм, а притиры с гофриро-
ванной рубашкой — для отвер-
стий диаметром более 25 мм.
Рабочую поверхность при-
тира выполняют гладкой или
с канавками различной формы
в виде перекрещивающихся вин-
товых канавок или на участке
Рис. 2.31. Конструкции регулируе-
мых приборов для доводки цилиндри-
ческих отверстий:
а — притир с подбивкой разрезной рубаш-
ки; б—г — притиры с разрезной рубаш-
кой и механическим перемещением кони-
ческой оправки; д—е — притир с разрез-
ной рубашкой иа ее части по длине; / —
притир; 2 — коническая оправка (шарик);
3 — регулировочный виит; 4 пружина
101
chipmaker.ru
рабочей поверхности притира, расположенных под углом или
перпендикулярно к оси притира, перекрещивающихся в шахмат-
ном порядке (рис. 2.32).
Канавки выполняют роль накопителей абразивной суспензии
или пасты, подаваемой на притир в момент его выхода из отвер-
стия доводимой заготовки. Производительность доводки прити-
рами с канавками повышается в 1,2—2 раза по сравнению с про-
изводительностью при применении гладких притиров.
I 2
Г-Г
Рис. 2.32. Форма кана-
вок на рабочей поверх-
ности притиров:
а “ прямолинейные; б —•
винтовые перекрещиваю-
щиеся по всей длине; в —
винтовые перекрещиваю-
щиеся на участке рабочей
поверхности притира; г —
наклонные, расположенные
встречно; д — перпендику-
лярно расположенные к осн
притира; е — перекрещива-
ющиеся в шахматном поряд-
ке; 1 разрезная рубашка;
2 разжимная оправка
Наивысшая точность обработки достигается притирами с пере-
крещивающимися винтовыми канавками, которые плавно сходят
на половине его длины. Гладкие притиры применяют для окон-
чательной доводки прецизионных отверстий, но требуют предва-
рительного шаржирования притира зернами абразивной или
алмазной пасты.
Допуски формы рабочей цилиндрической поверхности при-
тира должны быть не более 0,005—0,01 мм (отклонения формы
поверхности в продольном и поперечном сечении). При разжиме
рубашки возникает погрешность формы цилиндрической поверх-
102
ности. Схема конструктивного расположения прорезей на разрез-
ных рубашках должна обеспечивать минимальные отклонения
формы цилиндрической поверхности.
Правка рабочей поверхности регулируемых притиров должна
осуществляться в разжатом состоянии при увеличении его наруж-
ного диаметра на 0,005—0,015 мм, в этом случае частично устра-
няется влияние погрешности взаимного расположения и формы
конических поверхностей: внутренней конической рубашки и
_____________1
—2
наружной конической оправки.
Для доводки глухих отвер-
стий в точном машиностроении и
Рис. 2.33. Притир для доводки глу-
хих отверстий:
1 — шпииДель станка; 2 — разжимной
шток; 3 — разжимная оправка; 4 —
хвостовик; б — разжимной конус; 6 —
зажимной патрон; 7 — рубашка при-
тира; 8 — цилиндрический хвостовик
притира; 9 — буртик хвостовика; 10 —
7-образный паз патрона; 11 — шпоика
Рис. 2.34. Притиры с внутренней ступен-
чатой поверхностью:
1 — разрезная рубашка притира; 2 — цилин-
дрический хвостовик; 3 — буртик; 4 — раз-
жимная оправка; 5 — коническая поверх-
ность; 6, 7 — внутренние ступенчатые поверх-
ности; 8 — заготовка
приборостроении, в частности, при изготовлении прецизионных де-
талей топливной аппаратуры дизелей и гидропривода применяют
притиры конструкций (созданных в ЦНИТА).
Рубашка притира (рис. 2.33) снабжена полым цилиндрическим
хвостовиком с элементом крепления в виде буртика, входящего
в Т-образный паз патрона с зазором в радиальном и без зазора
в осевом направлениях. Эта конструкция позволяет упростить
узел крепления притира в патроне [А. с. 384661 (СССР)]. Разрез-
ная рубашка притира (рис. 2.34) разжимается конической оправ-
кой, контактирующей с торцами внутренней ступенчатой поверх-
ности рубашки [А. с. 656818 (СССР)]. Выполнение внутренней
поверхности притира в виде ступенчатого цилиндра позволяет
изменять интенсивность съема металла по отдельным участкам
длины доводимого отверстия вследствие создания местного избы-
точного давления. Такая конструкция притира обеспечивает
управление геометрической формой обрабатываемого отверстия
103
chipmaker.ru
Рис. 2.35. Притир для обеспе-
чения повышенной точности об-
работки отверстий:
1 — разрезная рубашка; 2 — ци-
линдрический хвостовик; 3 — бур-
тик; 4 — разжимная оправка; 5 —
разжимной коиус; б — внутренняя
коническая поверхность рубашки
притира: 7 -- заготовка
Рис. 2.36. Притир с полым цилиндрическим
хвостовиком:
1 — разрезная рубашка притира; 2 — хвостовик;
3 — буртик; 4 — разгрузочные кана’вки; 5 — про-
резь; 6 — лыски на рубашке притира; 7 — обра-
батываемая заготовка
Рнс. 2.37. Разрезные притиры для доводки наружных цилиндрических поверх-
ностей:
а —> с держателем; б — с цаигой; в — с рукояткой;. I — рубашка; 2 — держатель; 3 —
регулировочный винт
и упрощает технологический процесс изготовления притира.
Разрезную рубашку притира (рис. 2.35) разжимает коническая
оправка, контактирующая с конической поверхностью рубашки
притира, имеющей угол конусности в 1,1—1,25 раз больший, чем
угол конусности оправки [А. с. 617250 (СССР) 1, что обеспечивает
повышенную точность обработки и стойкость притира. На на-
ружной поверхности рубашки притира (рис. 2.36) нанесено не-
сколько продольных лысок разной длины, начиная от верхнего
торца рубашки (А. с. 539749 (СССР)!. Конструкция позволяет
повысить точность обработки глухих отверстий.
Цилиндрические притиры для доводки наружных цилиндри-
ческих поверхностей выполняют в виде разрезной гильзы-ру-
башки, внутренняя цилиндрическая поверхность которой является
рабочей, она может быть гладкой или с канавками. Разрезные
притиры — рубашки / (рис. 2.37) закрепляют в специальных
держателях — клуппах 2, позволяющих регулировать внутрен-
ний диаметр рубашки 1.
2.10. НАЛАДКА ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ МЕХАНИЗМОВ
ДОВОДОЧНЫХ СТАНКОВ
Планетарную наладку двухдискового доводочного станка при-
меняют для двусторонней и односторонней обработки плоских
поверхностей заготовок (рис. 2.38, а). При двусторонней доводке
заготовки 6 размещают в сепараторе 2, совершающем планетарное
движение от колес 1 и 3 двумя притирами 4 и 5.
При односторонней доводке заготовки 6 также размещают
в сепараторе 2 с передачей нормальной силы нагружения через
пружины 7, установленные в гнездах сепаратора 2, шарнир 8
и планшайбу 9, закрепленную на верхнем шпинделе доводочного
станка.
Эксцентриковую наладку двухдискового станка (рис. 2.38, б),
как правило, применяют для двусторонней доводки плоских и
наружных цилиндрических поверхностей заготовок. Заготовки 3
размещают в гнездах сепаратора 1, который винтами 10 закреп-
лен между двумя дисками 5 и 6. В канавке диска 5 запрессовано
верхнее кольцо упорного подшипника 9. Нижнее кольцо под-
шипника 9 с сепаратором с шариками закреплено в диске в,
который навернут на втулку 7 и закреплен гайкой 11. Фикса-
тор 12 предохраняет собранный сепаратор от поворота относи-
тельно диска 8.
При наладке станка втулку 7 с диском вис нижним кольцом
и сепаратором упорного подшипника 9 устанавливают на эксцен-
триковый вал исполнительного механизма станка. Затем на
втулку устанавливают сепаратор 1 с дисками 5 и 6 и верхним
кольцом упорного подшипника, вставляют фиксатор 12 и загру-
жают заготовки в гнезда сепаратора. После загрузки заготовок
фиксатор 12 вынимают из фиксирующего отверстия диска 8.
105
2.6. Схемы иаладок исполнительных механизмов доводочных станков и приспособления
для доводки плоских и цилиндрических поверхностей
Принципиальная схема наладки Характеристика наладки Отклонения геометрической формы и расположения поверхностей, параметр шероховатости поверхности, мкм
пл А пар Яа
1 — заготовка; 2 — винт нагрузочного уст-
ройства; 3 — пружина; 4 — фланец; 5 —
штифт; 6 — прижимная втулка; 7 — специ-
альный сепаратор; 8 — притир
Планетарная на-
ладка исполнитель-
ного механизма до-
водочного станка и
сепаратор для довод-
ки блока цилиндров
гидроаппаратуры.
Рабочая нагрузка
в зоне контакта за-
готовки 1 с прити-
ром 8 в процессе до-
водки передается с
помощью сфериче-
ской втулки 6, пру-
жины 3 и фланца 4
от верхнего притира.
0,001/120 *
0,005/120 (А) *
0,020—
0,100
) — заготовка; 2 — сепаратор; 3 — гайка;
4 — пружина; 5 — прижим; 6 — притир
Параметры пру- жины 3 выбирают из такого расчета, что- бы в процессе до- водки фланец 4 при рабочей нагрузке, равной 0,75—0,80 от требуемой, упи- рался в специаль- ный сепаратор 7
Планетарная на- ладка исполнитель- ного механизма до- водочного станка и специальный сепа- ратор для доводки деталей типа сопла. Заготовку 1 вста- дпл । дпар 1 ДпеР Ra
0,0003/50 * 0,0003/50(А) * 0,0005/120(B)* 0,020— 0,100
9
Продолжение табл. 2.6
Принципиальная схема наладки Характеристика иаладки Отклонения геометрической формы и расположения поверхностей, параметр шероховатости поверхности, мкм
Лпл Апар дпер Ra
вляют в точно изго- товленное отверстие сепаратора 2. Рабо- чая нагрузка в зоне контакта заготовки 1 с притиром 6 созда- ется пружиной 4 с помощью прижима 5
chipmaker.ru
1 — штырь; 2 — пружина; 3 — прижим;
4—кольцо; 5 — сепаратор; 6— виит; 7_________
заготовка; 8 — притир
Планетарная на-
ладка исполнитель-
ного механизма до-
водочного станка.
Сепаратор и нагру-
зочное приспособле-
ние для доводки де-
талей типа втулки.
0,001/120 •
0,005/120 *
0,020—
0,100
Заготовку 7 вста- вляют в гнезда се- паратора 5. Рабочая нагрузка в зоне кон- такта заготовки 7 с притиром 8 созда- ется штырем 1 через пружины 8 от дей- ствия силы тяжести сборного прижима 3 с кольцом 4
1 — сепаратор; 2 — заготовка; 3 — спут- ник; 4 — прокладка; 5 — верхний притир; 6 — иижний притир Планетарная на- ладка исполнитель- ного механизма двухдискового дово- дочного станка. Се- паратор для двусто- ронней доводки пло- ских поверхностей деталей типа флан- ца при двухрядном расположении заго- товок в сепараторе. 0,002/120 * _______ 0,020— 0,100
S
Продолжение табл. 2.6
Принципиальная схема наладки Характеристика наладкн • л пшил. Л .U геометРической формы н расположения поверхностей, параметр шероховатости поверхности, мкм
лпл 1
Заготовки 2 уста- навливают в отвер- стия сепаратора 1, которые предвари- тельно растачивают после плоскопарал- лельной доводки тор- цов сепаратора. Про- кладки 4 изготовля- ют из маслостойкой резины. Прокладки позволяют компен- сировать разнотол- щинность фланцев и ограничить пово- рот заготовок вокруг своей оси в процессе доводки. С помощью спутников 3 осуще- ствляют двухряд- ную доводку загото- вок 2 одновременно рабочими поверх- ностями верхнего 5 и нижнего 6 прити- ров. Рабочая нагруз- ка создается от верх- него притира 1 4
13 6 I
1 _ заготовка; 2 — пружина; 3 — спутник;
4 — контргайка; 5 — сепаратор; 6 — верх-
ний притир; 7 — нижний притир
Планетарная на- ладка исполнитель- ного механизма двухдискового дово- дочного станка. Се- паратор для дву- сторонней доводки плоских поверхно- стей заготовок типа клапанов при двух- рядном их располо- жении в сепараторе. Заготовки 1 уста- навливают в гнезда спутников 3. Между парными спутника- ми установлены пру- жины, позволяющие осуществлять упру- гое нагружение за- готовок в нормаль- ном направлении к поверхности прити- ров при доводке 0,001/120 *
0,020-
0,080
Продолжение табл. 2.6
Принципиальная схема 1 наладкн - —4 - Характеристика наладкн Отклонения геометрической формы и расположения поверхностей, параметр шероховатости поверхности, мкм
Апл | пар 1 дпер 1 Ra
/ 2 3 Наладка одноди- скового доводочного стайка. Приспособ- ление для доводки деталей типа ролик. Заготовки 1 уста- навливают в призма- тические пазы сепа- ратора 2 и. попарно закрепляют скобами 4. Рабочая нагруз- ка и фиксация сепа- ратора относитель- но оси притира 5 осъществляется с по- мощью поводка-при- жима 3 0,001 0,002—0,003 0,32— 0,040
I 1 V7ty/// 'Т 3,4
1 - дск-г 4 — Lew ^7
- заготовка; 2 - фижим с центр скоба; 5 — прити - сепаратор; 3 — пово- ирующим устройством; Р
w
1 — ступица; 2 — секторный элемент сепа-
ратора; 3 — бмлт; 4 — втулка; 5 — винт
Сепараторная на-
ладка исполнитель-
ного механизма двух-
дискового доводоч-
ного станка. Сепа-
ратор для доводки
наружной цилин-
дрической поверх-
ности плунжеров и
игл топливной ап-
паратуры
Ап. о ДоВ Огранка Дог Конусооб- разность Дк Ra
0,0005— 0,0008 Предвари 0,0002— 0,0009 ггельная д ДО 0,0005 оводка 0,0003— 0,0008 0,080— 0,020
о
I
Продолжение табл. 2.6 £
Принципиальная схема наладки Характеристика наладки Отклонения геометрической формы и расположения поверхностей, параметр шероховатости поверхности, мкм
лп. 0 лов дог Ак Ra
Выполнение сепа- ратора в виде от- дельных секторных элементов упрощает технологию изготов- ления и подготовки сепаратора к работе из-за возможности индивидуальной до- водки (шлифования) отдельных секто- ров 2 в размер по толщине и сборке их на ступице 1 0,0002— 0,0007 Бо Окончат 0,0001— 0,0007 чкообразнс ельная дел до 0,0002 эсть ие до юдка 0,0002— 0,0003 пускается 0,040— 0,010
* В числителе даны отклонения, в анамевателе *— базовая длина соответствующей поверхности.
о “ s
s« W
—ч СО
« О. оо
wgogog мнноЛпиэощ
chipmaker.ru
Если используют при наладке центральный вал планетарного
исполнительного механизма станка, крепежные отверстия в се-
параторе 1 располагают по окружности с эксцентриситетом е =
= 10 ... 15 мм относительно оси сепаратора, так чтобы выход
цилиндрической поверхности заготовки за кромки рабочих по-
верхностей притиров 2 и 4 был не менее 1—3 мм (доводка с выбе-
гом заготовок за кромки притира I, II, IV). Угол наклона а =
= 5. ... 18° пазов сепаратора должен быть направлен по ходу
вращения нижнего притира (положительное значение угла а
условно).
Доводка заготовок без выбега (III) за кромки притиров обеспе-
чивает высокую точность лишь в первые 10—15 мин работы станка,
а далее происходит снижение точности обработки по сравнению
с доводкой с выбегом за кромки притиров. Доводка с выбегом
заготовок за кромки притиров позволяет управлять процессом
формообразования цилиндрических поверхностей. Максимально
возможная величина выбега b для заготовок в виде гладкого ци-
линдра не должна превышать х/4 длины заготовки.
Некоторые схемы наладок исполнительных механизмов дово-
дочных станков и приспособлений для доводки плоских и цилин-
дрических поверхностей приведены в табл. 2.6.
ГЛАВА 3
КИНЕМАТИКА ДОВОДОЧНЫХ СТАНКОВ
3.1. КИНЕМАТИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ ПРОЦЕССА ДОВОДКИ
ПЛОСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ
Доводочные станки для обработки плоских, наружных ци-
линдрических и сферических поверхностей по виду кинематиче-
ской связи рабочих звеньев исполнительного механизма делят на
станки с жесткой кинематической и фрикционной связью между
звеньями исполнительного механизма (между заготовкой и при-
тиром).
При кинематическом анализе доводочных станков будем пред-
полагать, что физические свойства контактирующих тел (заго-
товка—притир) и условия их взаимодействия остаются неизмен-
ными, следовательно, характер связи между кинематическими
факторами звеньев станков этих типов постоянный.
Сочетания движений инструмента и заготовок, их геометриче-
ские размеры и взаимное расположение, абсолютные угловые или
линейные скорости определяют вид траектории, скорости и уско-
рения точек поверхностей притира и заготовок в относительном
движении [3].
Кинематическое исследование исполнительных механизмов
станков проводят для определения критериев оценки траектории
относительного движения точек поверхности заготовок по при-
тиру и, наоборот, притира по заготовкам по единой методике
с использованием предложенных автором расчетных векторных
схем. Типовые траектории точек поверхности заготовки по при-
тиру показаны на рис. 3.1, а точек поверхности притира по за-
готовкам на рис. 3.2. Траекторию точек поверхности заготовки
по притиру оценивают по значению и знаку передаточного отно-
шения tlb’ и точек притира по заготовкам по значению и знаку
13].
Значение и знак передаточного отношения влияют на закон
изменения скорости v и тангенциального ускорения ах по траек-
тории относительного движения точек поверхностей притира и
заготовки На рис. 3.3—3.5 приведены зависимости и/итах и
fiVomax от длины L траектории точки заготовки по притиру и от
длины траектории точки притира по заготовке для однодискового
и планетарного станков. Рассмотрим критерии оценки кинемати-
ческих факторов по двум методикам, основанным на изучении
117
chipmaker.ru
закономерностей движения притира по заготовке либо заготовки
по притиру.
Кинематические факторы процесса доводки при движении
притчра по заготовкам. Взаимодействие любой точки поверхно-
сти притира с заготовкой (заготовками) для различных исполни-
тельных механизмов изучают с помощью расчетных векторных
схем (рис. 3.6—3.8).
Ь)
Рис. 3.1. Цикловые траекто-
рии движения точек поверх-
ности заготовки по притиру пла-
нетарного станка:
(4) / (4)
а = эпициклоида ^в > 1 V2B &
)(4)
; б гипоциклоида ZJb
< ° р2ю ® в4»4)'» в ** ПСРИЦИЯ’
лоида 0 < 4Р < I (4? — 0,4);
R и f соответственно радиуса
направляющего и производящего
кругов
Рассмотрим построение расчетных векторных схем на примере
исполнительного механизма однодискового станка С-15. В век-
торную схему входят два геометрических фактора: радиус-век-
тор гв так называемого условного водила (расстояние ОВ от центра
вращения притира до центра вращения сепаратора); радиус-век-
тор /? произвольной точки Mt рабочей поверхности притира 4,
движение которой по поверхности заготовки 5 изучается.
Исходными кинематическими факторами являются: абсолют-
ная угловая скорость <о< движения притира 4 (рис. 3.6 вала /)
118
Рис. 3.2. Цикловые траектории движения точек А, В, С поверхности притира
по поверхности заготовок при доводке иа стайке С-15:
а » эпициклоида (4? “ Ьз): б — эпициклоида 4,^ —1,в)
119
chipmaker.ru
относительно неподвижной станины (стойки) механизма; абсо-
лютная угловая скорость wa = рабочего шпинделя 2 с повод-
ками 3 и заготовками 5. Для упрощения расчетов вводим услов-
ную заготовку 5', принимаемую в виде сплошного кольца шири-
Рис. 3.3. Зависимости (а) и ат/атах (О от длины L траектории центра заго-
товки по притиру при доводке иа станке С-15 для различных значений
ной ab, равной диаметру (2гд) обрабатываемой заготовки 5. Внеш-
ний радиус кольца равен внешнему радиусу гс, рабочей зоны
сепаратора, заполненной заготовками, а внутренний радиус гс2
равен внутреннему радиусу рабочей зоны. Центр кольца совпа-
дает с точкой В, которая является центром вращения водила.
Траектория точки Mt, лежащей на окружности радиуса Д по-
120
верхности притира, относительно кольца 5' может быть представ-
лена как траектория конца результирующего радиуса-вектора:
Рм = Гв +
При расчетной остановке рабочих шпинделей 2 с заготов-
ками 5 при обращенном движении [3] водило вращается со
Рис. 3.4. Зависимости v/vmax (а) и ах/а^ах (б) от длины L траектории центра за-
готовки по притиру при доводке на планетарном стайке для различных значе-
ний №
скоростью сов2 = —со2, т. е. вращение вектора гя относительно
заготовки 5 происходит с той же угловой скоростью <ов5 = <ов2 =
= —(о2. При этом угловая скорость звена 1 относительно непо-
движной станины остается неизменной.
Для исследования траектории движения точки М поместим
начало системы координат в точку В (центр условной заготовки,
см. рис. 3.6). За начальное примем следующее положение векто-
121
chipmaker.ru
Рис. 3.5. Зависимости v/vmax (а) и от/атах(^) от линии L траектории точек при-
тира Л, В, С по заготовкам при доводке иа станке С-15:
индекс I — при = 1,3; II — при = 1,9 (расположение точек А, В, С
относительно центра О притира см. рис. 3.2)
122
Рис. 3.6. Схема исполнительного механизма станка С-15:
/ — шпиндель притира; ? — шпиндель привода с поводком: 3 — наконечник; 4 — при-
тир; 5 — заготовка; 5' — условная заготовка
Рис. 3.7. Расчетная векторная схема исполнительного механизма станка С-15
для определения длины L траектории точки поверхности притира по заготовке
(поз. те же, что и на рис. 3.6)
123
chipmaker.ru
ров: вектор гв направлен по оси ВХ, а вектор /? под углом a
к оси ВХ, конец вектора гв находится в точке О0, а конец век-
тора R — в точке Мо. За произвольный промежуток времени t
вектор гв повернется относительно оси ВХ (плоскость неподвиж-
ной заготовки 5) на угол <рв2 = сов2Л З'а тот же промежуток вре-
мени вектор /? повернется относительно оси B0t на угол <р4в =
^4в^, Где ®4в - ®42 ^В2 " сэ4.
При одновременном вращении векторов гв и 7? точка М опи-
сывает на плоскости заготовки циклические кривые. Время
Рис. 3.8. Расчетная векторная схема исполнительного механизма плане-
тарного станка: 1 — центральное колесо; 2 — сепаратор; 3 — наружное
колесо; 4 — притир; 5 — заготовка; 5' — условная заготовка
одного цикла соответствует полному обороту вектора R вокруг
вектора гв. Для рассматриваемого исполнительного механизма
станка время цикла
= 2л/®4в.
Исследуем траекторию точки М с помощью векторной схемы
(см. рис. 3.7), на которой взаимное расположение заготовки 5
и осей координат то же, что и на рис. 3.6.
Для координат точки М можно записать следующие уравнения:
Хм = rB cos <рв2 4- R cos <р42;
Ум = rB sin <рв2 + R sin <р42, (3.1)
где <рв2 =- <вв2/; <р42 — а -|- со4в/ + сов2/.
124
Уравнения (3.1) являются параметрическими уравнениями
траектории движения точки М.
Длина результирующего радиуса-вектора
р,м ~ И- Д Д- 2гвД cos <Р4В, (3-2)
где ф4в == ф42 фв2 « =
Для последующих расчетов необходимо установить симметрич-
ность траектории движения точки М (см. рис. 3.7). При повороте
осей координат на угол р новые координаты точки М (хм, ум)
можно записать через прежние координаты хм и ум следующим
образом:
х*м = хм cos р + ум sin Р;
Ум = — Хм Sin р + Ум COS р.
Подставив из уравнения (3.1) значения хм и ум получим:
Хм = Г В COS (фв2 — Р) + R COS (ф42 — P)l
Ум = rB Sin (фв2 — Р) + R Sin (ф42 — Р).
Если отсчет изменения параметра t вести от значения /нач =
= (л — <х)/со4В, т. е. принять, что t = /нач + А/ = (л — а)/а>4В +
4- А/, а р = (ов2 (л — а)/(о4в, то можно получить:
Х*м = Г в COS (0в2Д/ — R COS (®в2 + (04в) А/;
Ум = Г в Sin а>в2А/ — R Sin (сов2 + со4в) АЛ
При изменении знака А/ на минус не изменяется ни значение,
ни знак х*м, а изменяется только знак ординаты у*м- Следова-
тельно, траектория точки М симметрична относительно прямой,
проходящей через центр координат под углом
р = <йВ2 (л — а)/®4в-
Длина траектории за время цикла
*К ----------------
<3-3’
где vM — скорость относительного движения точки М притира
по детали; tK — tB — время контакта рассматриваемой точки
поверхности притира с заготовкой за время одного цикла.
Аналогичным образом можно определить длину L траектории
движения точки М поверхности притира по поверхности заго-
товки, если она несплошная и состоит из N кольцевых зон (за-
готовки могут быть расположены по отдельным кольцевым зонам
«плана»):
А=Л G k=N ,
i{ k=l
125
chipmaker.ru
где tj — tf — время контакта точки поверхности притира с Л-й
зоной поверхности заготовки; k = N — число кольцевых зон
заготовки или зон, в пределах которых располагаются заготовки.
Зная производные и и используя формулы
(3.1), уравнение (3.3) можно представить в следующем виде:
L ~ a J 1 + b cos (а 4- w4B0 dt, (3.5)
где
<3 = ГвЧ>в2 4~ R2 (<йв2 4~ &>4в)2> (3.6)
Л = + ,ч 7.
>22 + К>в24-с.>4в)2 ' (>)
Интеграл от полученной функции не является табличным,
поэтому подынтегральное выражение в формуле (3.5) может быть
заменено степенным рядом
L = a| 1 +-|-5cos(a-J-(D4Bf)--------i-feacos’(a4-fii4B0 -f-
'н
+ -Jq b8 cos8 (a 4- <W) — j|g b* cos* (a 4- co4B/) j dt. (3.8)
Число взятых членов ряда определяется точностью расчета.
Пределы интегрирования tK и £н находим по табл. 3.1. Например,
при рГх > гс1; га > Рм” > гс2 (см. траекторию точки на рис. 3.7),
контакт точки М с заготовкой происходит в момент, определяемый
из условия рм — гс1, когда tt = tB. Из формулы (3.2) имеем
Рм — гв 4" R 4- 2гBR cos (a 4- й)4в/) = Гс1,
откуда
cos (a 4- <WB) = (3.9)
где Ai = (r^i — гв — R2)/2raR.
Решение уравнения (3.9) можно представить в виде
a 4- ®4в^н = 2лп ± arccos
или tB = 2лп/(о4в + arccos AJ^ —а/а>4в-
Так как 2л/ю4в == tB и tB < /ц, это уравнение имеет только одно
решение при п — 0:
tB = arccos AJiniB — а/(о4в.
Выход точки М за ось симметрии кривой (4 — время оконча-
ния перемещения точки М по одной из симметричных ветвей
траектории) произойдет в тот момент времени, когда
t« = (^ — а)/<о4в.
126
3.1. Формулы для расчета длины траектории движения центров
элементарных площадок притира по поверхности заготовки
127
chipmaker.ru
Рис. 3.9. Расчетная л-векторная схе-
ма исполнительного механизма дово-
дочного станка
Общая продолжительность
времени контакта
Т = 2 (/к — /н) =
= 2 (л — arccos Л1)/(о4в.
Формулы для определения
длины L траектории точки при-
тира на поверхности заготовки
для расчетной векторной схемы (рис. 3.6 и 3.7) представлены
в табл. 3.1.
При rz-векторной схеме исполнительного механизма станка
(рис. 3.9) уравнение траектории точки М может быть задано
в следующем виде.'
Хм = S rjcos(al 4-cof0;
9м = L П sin (a, 4- a>t0,
i=n
где at = Xi at, t-i ~ Угол начального положения вектора rt
i=i
относительно неподвижной системы координат; af> — угол
начального положения вектора rt относительно вектора rt_t;
1=п
= S i-i — угловая скорость вращения вектора rt относи-
,=1
тельно неподвижной системы координат; coZ) г_х — относительная
угловая скорость вращения вектора гг относительно вектора
rt_i, rt — i-й геометрический параметр, характеризующий рас-
четную векторную схему исполнительного механизма станка;
i = 1 ... п число векторов в расчетной векторной схеме.
Путь точки М за интервал времени от tx до t2
так как
, 1=п
)м = ~ Й Sln
. . i=n
\~^)м = COS
128
Согласно уравнению (3.4) длина траектории точки М поверх-
ности притира по поверхности заготовки
* i=n *]2
У r.cOi sin (at -|- Ott) +
. *=i J
i=n 11
У ri©/ cos (af 4- v>it) dt.
-i=l J
(3.4. a)
Рис. 3.10. Расчетная векторная схема (а) для определения дуги Ц кон-
такта заготовки с окружностью радиуса Rf поверхности притира и про-
странственная кривая длины Laj (б) траектории точек притира по за-
готовке в пределах дуги It
Проведенные исследования показали, что ни в одном из рас-
смотренных случаев L не зависит от а (угла расположения точки
по окружности радиусом R). Следовательно, для всех точек
окружности одного радиуса поверхности притира длина одинакова.
Кинематические факторы при движении заготовки по притиру.
Взаимодействие точек поверхности заготовки и притира для раз-
личных исполнительных механизмов станков можно рассмотреть
с помощью векторных схем как в предыдущем случае. Построение
расчетной векторной схемы (рис. 3.10) покажем на примере испол-
нительного механизма станка С-15.
129
зтакег.ги
Геометрическими факторами векторной схемы являются: ра-
диус-вектор Г1 = гв так называемого условного водила для
исполнительного механизма станка, радиус-вектор г2 точки С,
соответствующей центру заготовки 5 (см. рис. 3.6).
Исходными кинематическими факторами являются: абсолют-
ная угловая скорость со4 притира 4 относительно неподвижного
основания; абсолютная угловая скорость со2 рабочих шпинделей 2
(заготовки 5) относительно неподвижного основания.
Определим, какие точки поверхности притира 4 контактируют
с обрабатываемой поверхностью заготовки 5. На поверхности
притира 4 выделим окружность радиуса Rt (см. рис. 3.10, а)
и определим длину дуги этой окружности, на которой находятся
искомые точки а, (а0, аг, а}, .... ah), и положение этих точек
относительно принятых осей координат. В процессе доводки точки
заготовки описывают на рабочей поверхности притира повторя-
ющиеся циклические кривые. Если на плоскости притира по-
строить огибающие траекторий точек заготовки по поверхности
притира, то площадь, заключенная между наружной I и вну-
тренней II огибающими, будет являться участком поверхности
притира, контактирующим с заготовкой.
Дуга длиной It окружности радиуса Rt на поверхности при-
тира, находящаяся в пределах указанной зоны поверхности
притира (между точками а0 и ah) будет являться геометрическим
местом точек поверхности притира, контактирующих с обрабаты-
ваемой заготовкой в пределах окружности радиуса Rt.
Наружная I и внутренняя II огибающие траекторий пред-
ставляют собой кривые, касательные к семейству окружностей
наружного радиуса заготовки, центры которых расположены на
траектории движения точки С (центра заготовки). Точка N наруж-
ной огибающей I и точка Р внутренней огибающей II располо-
жены на нормали к траектории точки С на расстоянии гд (внешний
радиус заготовки).
По значениям со2 и <л4 можно определить относительную ско-
рость (о21 = со2в вектора г2 относительно вектора г, = гв:
(021 “ ®2в = ^024 = t02 (0j,
где (01 = (ов4 = —(о4 — угловая скорость условного водила
(гв = Гц) относительно притира 4.
Наиболее просто данная задача решается при условии, что
со2в сов4, тогда время цикла
tv = 2л/(о2в. (3.10)
Уравнение наружной огибающей может быть представлено
уравнением траектории точки N:
xN = ricos <Pi + r2cos Фа + ГдСоз ссн;
yN = i"i sin <рх + г2 sin <p2 + Гд sin а„, (3.11)
где q)j = сог/ — угол поворота вектора гх = гв за произвольный
промежуток времени t относительно принятого положения оси ВХ',
130
ф2 = &2t — угол поворота вектора г2 за время t относительно
принятого положения оси ВХ', в общем случае ю2 = сов4 4- со2в;
а = ан — угол наклона нормали, проходящей через точку С (теку-
щее положение центра окружности радиуса гд).
Уравнение траектории точки С в параметрической форме
можно представить следующим образом:
хс — гх cos фх 4- r2 cos ф2;
(3.11, а)
ус = r\ sin ф, 4- r2 sin ф2.
Уравнение нормали, проходящей через точку С (хС{, ус^
(нормали к траектории движения центра детали):
(^)е, (* - + (£)с, “ »• <ЗЛ2>
где (т)с " (т)с ~ no I.
Подставим в уравнение нормали (3.12) значения координат
точки Ct (xCl, уС[) из уравнения (3.11, а) и производных
и (“гт) в этой точке:
\ dt Jct X dt /с,
(г,со, sin ф, + гя(1>8 sin ф2) (х — rr cos ф, —
— Г, COS ф2) — (fiClh COS фх 4- Г2®2 COS ф2) (у -- Гх Sin фх —
— r2 sin ф2) — 0. (3.13)
Приведем уравнение (3.13) к виду у — kx 4- Ъ:
у — гг sin фх — r2 sin ф2 =
= (Г1®1 sin фх 4- r2®2 sin ф2) (х — тх cos фх —
-- Г2 COS ф2)/(Гх®х COS фх 4- г2®2 cos ф2).
Угловые коэффициенты нормали k и касательной проходя-
щие через точку С, связаны между собой зависимостью k = l/klt
причем k\ = ycjx'cf
Угол наклона ссн нормали к оси ОХ находим из'.выражения
k = tg <хн = (Гх®х sin фх 4-
4- r2u>2 sin ф2)/(гх®1 cos фх 4- r2co2 cos ф2) — c/d.
По значению tg ан можно определить sin otH и cos ctH. Если
tg а„ — c!d,
то sinaB = с/у/с2 4-d2, cosaH = d/y’c2 4-d2. Используя эти фор-
мулы можно установить, что для данной задачи
sin аи = (Г1®х sin фх 4- r2a>2 sin ф2)/[а* /1 4- Ь* cos (ф2 — <Рх)]; (3.14)
cos ан = (гх®х cos фх + r2®2 cos ф2)/[а* у 1 4 b* cos (ф2 — фх)], (3.15)
где а* = "[/"4~ Г2®2; Ь — 2г{Г2coico2/(ricoi 4~ Г2<о2).
131
chipmaker.ru
Для последующих расчетов необходимо знать радиус-вектор рг
и угол ф* между ним и осью ОХ.
Из векторной схемы (рис. 3.10, а) имеем:
. rj sin epi + r2 sin <р2 + гд sin ан
tg<Pi =----------;--------;--------; (3.16)
° cos ф1 + г2 cos <р2 + гд cos а„ ' '
Pi = j/”Хм Ум-
Положение крайней точки ак окружности радиуса Rt поверх-
ности притира, контактирующей с заготовкой, определяем из
условия: рд = Rt или
Ri = Г1 4~ г2 4- ГП + 2пГ2 cos (ф2 — Ф1) 4- 2Г1Гд COS (ф1 — ан) 4“
4- 2г2гд cos (<р2 — а„). (3.17)
Значения q>T, ф2, ан зависят только от t, поэтому имеем урав-
нение с одним неизвестным. Из решения этого уравнения опре-
деляем значение t, соответствующее времени окончания контакта
заготовки с окружностью радиуса Rt поверхности притира.
Зная tK из формулы (3.16), можно найти крайнее угловое поло-
жение радиуса-вектора /?г, соответствующее ф‘к = фк.
Решение уравнения (3.17) можно упростить, представив его
в виде:
Kt - X = К2 (К, 4- х)!^~кГ+'х,
где х = cos (ф2 — Ф1) = cos со21/; Ki, Кг, Кз, Kt — коэффи-
циенты, характеризующие расчетные параметры рассматрива-
емой векторной схемы, Л1 = (/?? —rf — г2 — Гд)/2г/2; Къ =
= гд (“1 4- “г)/^2rir2C0!(D2; Кз = (ncoi 4- ri<o2)/rir2 (to! 4- (02); Ki =
= (rM 4- Г2С02)/(2Г1Г2«1С02).
Решив это уравнение и вычислив х, можно определять время tK
окончания контакта поверхности заготовки с точками окруж-
ности радиуса Rt притира.
Уравнение внутренней огибающей II можно представить урав-
нением траектории движения точки Р:
хР = гх cos фд 4- r2 cos <р2 — Гд cos ан;
уР = Гд sin фд 4- г2 sin ф2 — Гд sin ан.
Положение начальной точки а0 притира, контактирующей
с заготовкой, как и точки ак, определяют из условия: р2 = Rt-
Уравнение (3.17) можно представить в следующем виде:
Решив его, определим время t0 начала контакта заготовки
с точками окружности радиуса Rt притира. Зная t0, по уравне-
132
ниям (3.14) и (3.15) можно определить sin ан0 и cos ан0, соответ-
ствующие времени t0, и по уравнению (3.16) вычислить угол <р0
(угол наклона радиуса-вектора р0, проходящего через начальную
точку контакта а0).
Угловую координату точки а0 можно найти через tg <р0 —
-- Ао/Во. Откуда <р0 = лп — arctg (Ао/Во),
где Ао = rx sin ait 4 r2 sin — гд sin <zH0; Bo = rx cos ait 4
4 r2 cos a2t — rR cos aH0.
Аналогичным путем можно определить угол наклона <рк ра-
диуса-вектора pi, проходящего через конечную точку контакта аКг
фи = пп 4- arctg ,
где Ак — ri sin сщ/ 4 r2 sin a2t 4 ra sin ccH. K; BK = t\ cos ait 4
4- r2 cos wa/ 4 гд cos aH. K.
В общем случае длина дуги окружности радиуса Rit по кото-
рой происходит контакт точек притира с заготовкой,
ll = laoaK = Rt (фк — Фо). (3.18)
Аналогичным образом можно определить 1апак с помощью
соответствующих векторных схем для исполнительных механиз-
мов других типов станков.
3.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЛИНЫ ТРАЕКТОРИИ ТОЧКИ
ПОВЕРХНОСТИ ПРИТИРА ПРИ ЕЕ ДВИЖЕНИИ
ПО ЗАГОТОВКЕ
Точка а/ принадлежит дуге 1авак окружности Rit точки которой
контактируют с заготовкой (рис. 3.10, а). Длину этой дуги и ее
положение на притире определяют по методике расчета, приведен-
ной выше.
Для решения поставленной задачи необходимо рассмотреть
траекторию движения точки а} относительно координат, не-
подвижно связанных с заготовкой. Для того чтобы сохранить
положение заготовки относительно центра притира, принятое
при определении длины дуги 1авак, координатные оси направить
необходимо так, как показано на рис. 3.11.
Траектория точки а} в параметрической форме может быть
представлена с помощью системы уравнений:
ХО] = Гс 4- Гв COS фв2 4 Rl COS ф42;
Уа} = rB Sin Фв2 4- RI Sin ф42,
ГДе фв2 == ф42 == Ч>42^ 4 фу,== Ч)в2^ 4 a^Bt 4 фу, С)4Й
угловая скорость вращения притира относительно вектора гв;
<pj — начальный угол расположения точки а} относительно оси ОХ.
133
chipmaker.ru
Для определения момента начала t0 и окончания tK контакта
точки а} с заготовкой используем выражение гд = р<^ или
'д = гс 4 г» 4 4 2гсГв COS фв2 4
4 2rcR, cos <Р42 4- 2rBR( cos (<р42 — фВ2). (3.19)
Уравнение (3.19) можно привести к виду
/Сй == COS <р„2 4 К a, cos ф42 + Ка, cos (ф42 — фв2), (3.20)
где Ка = (Гд — Гс — Гв — /??)/2гсГв; Ка, = Я?ГВ; Ка, = Ri/rc.
Рис. 3.11. Расчетная
векторная схема для опре-
деления интегральной
плотности контактов S
Уравнение (3.20) можно записать в следующем виде:
К а = COSC0b2Z + Ка, COS(ft)B2( 4 С04в/ 4 ф/) 4 Ra. COS((04bZ 4 ф/).
Это уравнение можно решить только приближенно, используя
для этих целей ЭЦВМ. В результате решения можно определить
4 и tK.
Полученные пределы интегрирования необходимо подставить
в формулу, аналогичную формуле (3.5). Тогда по (3.8) получим:
Lo? = а р 4 sin (ф/ 4 со4в/) —
- 41 - sln 2 to + + Тб^гsln to + "«О -
- 48^sin3to 4®.в0] |£,
где а и b — определяют по формулам (3.6) и (3.7).
При заданном режиме обработки каждой точке дуги ZO()Qk
соответствует определенное значение Laj. Вычислив La. для ряда
точек а}, можно построить график функции La] = f (/) = f (ф),
где фо 4 ф <; фк. Этот график показывает как изменяется путь
точек притира при движении по поверхности заготовки в зависи-
мости от положения точки а/ на дуге /О()Он радиуса Rt притира
(см.' рис. 3.10, б).
134
Определение интегральной плотности (контактов). На дуге /Оо<1к
выделим элементарный участок dl = Rdq с граничной точкой а}.
Площадь поверхности контакта точек этого участка с заготовкой
(см. рис. 3.11)
dS = LajRi dtp.
Площадь контакта всех точек дуги 1аоак с заготовкой
’к *к ______________________
Ф« <0
В данной задаче все величины кроме ф являются постоянными,
поэтому /0 и /к функции только одного переменного <р, т. е. /0 =
= /г (<₽)» = h («₽)•
Так как функции /0 и tK невозможно получить в аналитической
форме, S вычисляем по приближенной формуле
л
S = J а Vх 1 + cos (ы42 — а>в2) t dt, (3.21)
n=l ta
где n — число шагов (участков) приближенного вычисления Sj
R Дф = R (фк — ф0)/п — длина участка для приближенного
вычисления S| J а j/ 1 + b cos (со42 — ®в2) t dt — длина пути точек
*0
Cj притира (средней точки выделенного участка) при движе-
нии по заготовке, определяемая по (3.5) и (3.8).
3.3. ИССЛЕДОВАНИЕ КИНЕМАТИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ
ПРОЦЕССА ДОВОДКИ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ
И СФЕРИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ
Для определения кинематических факторов движения цилин-
дрической заготовки по притиру предложена расчетная векторная
схема, показанная на рис. 3.12. Эксцентриситет е и средний радиус
сепаратора Rc, проведенный в среднюю точку С линии контакта
MN цилиндра с притиром, на схеме изображены соответственно
радиусами-векторами t\ и г2. Прямая MN расположена под
постоянным углом а к радиусу-вектору г2. Вращение этих век-
торов соответственно вокруг оси притира (точки О) со скоростью
и сепаратора вокруг оси цапфы сепаратора (точка 0г) со ско-
ростью со2 рассматривают относительно неподвижного притира.
Положение радиуса-вектора рк текущей точки Д’ прямой MN
на притире в некоторый момент времени t зависит от угла пово-
рота ф! эксцентрика и угла поворота ф2 радиуса сепаратора за
время t. Длина дуги контакта текущих точек прямой MN за-
готовки с точками а0, аъ .... а}, ..., ah притира, лежащими на
135
chipmaker.ru
окружности радиуса в пределах поля траектории точек пря-
мой MN,
h = I (% — Ф2) I Ri.
где (ф1 —ф2) — угол поворота радиуса-вектора р за время кон-
такта цилиндрической поверхности с данной окружностью ра-
диусом Rt поверхности притира.
Длину lt можно рассчитать по методике, изложенной в п. 3.2
Рис. 3.12. Расчетная векторная схема для
определения кинематических факторов дви-
жения цилиндрической поверхности заготов-
ки по притиру
Рис. 3.13. Расчетная вектор-
ная схема для определения ки-
нематических факторов движе-
ния точки сферической поверх-
ности притира по заготовке
Кинематические факторы процесса доводки рассчитаны с по-
мощью предложенной векторной схемы для различных кинемати-
ческих наладок станков, используемых при доводке цилиндри-
ческих поверхностей [31.
Закон относительного движения точек сферической поверх-
ности по заготовкам и форма изношенной поверхности притира
определены с использованием векторной схемы, изображенной
на рис. 3.13. Длина траектории точки М, лежащей на окружности
радиуса г, поверхности инструмента / по заготовке 2 (заготовкам)
вычислена, как и при плоской доводке, с помощью метода обра-
щенного движения [3]. Векторная схема может быть использо-
вана для расчетов при профилировании внутренней сферической
поверхности заготовки притиром.
Траектория произвольной точки М поверхности притира по
поверхности неподвижной заготовки может быть представлена
как кривая, описываемая концом радиуса-вектора р = Р + г.
С использованием предложенной расчетной векторной схемы
выведена формула для определения длины пути L точки поверх-
ности притира по поверхности заготовки и формула для вычисле-
ния длины пути L точки поверхности заготовки по поверхности
притира.
136
3.4. КЛАССИФИКАЦИЯ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ МЕХАНИЗМОВ
ДОВОДОЧНЫХ СТАНКОВ
Предложенные расчетные векторные схемы исполнительных
механизмов доводочных станков могут быть использованы для
определения кинематических факторов процесса доводки неза-
висимо от числа движений, сообщаемых сепараторам с заготов-
ками и притирам, и для классификации исполнительных меха-
низмов доводочных станков. Ниже приведены принципиальные
схемы исполнительных механизмов доводочных станков. Все
механизмы разделены на две группы по виду конструктивного
параметра векторной схемы.
Рис. 3.14. Расчетные векторные схемы исполнительных механизмов доводочных
станков первой (а) и второй (б) группы
К первой группе относят исполнительные механизмы станков,
характеризующиеся расчетным двухвекторным контуром с двумя
не изменяющимися по абсолютной величине векторами, например
станки с обычными исполнительными механизмами планетарного,
эксцентрикового типа и др. (рис. 3.14, а и 3.15).
Ко второй группе относят исполнительные механизмы станков,
характеризующиеся расчетным двухвекторным контуром с одним
переменным вектором и с одним не изменяющимся по абсолютной
величине вектором (рис. 3.14, б), например станки с исполнитель-
ными механизмами бипланетарного типа, с эксцентриковыми
звеньями и др. (рис. 3.16).
Станки, исполнительные механизмы которых относятся к пер-
вой группе, позволяют управлять процессом доводки с помощью
только кинематических факторов, т. е. изменением угловой ско-
рости вращения звеньев исполнительного механизма станка.
В этом случае расчетный параметр векторного контура гв, харак-
теризующий расстояние между центром вращения сепаратора
с заготовками и центром вращения притиров, остается постоянной
величиной.
137
chipmaker.ru
12
I
Рис. 3.15. Исполнительные механизмы
1 — центральное колесо: 2 — сепаратор; 3 — наружное колесо: 4 — притир: 4_ — верх
8 — опорные ролики; 9 — груз: 10 — правильное кольцо; 11 — вилка; 12 — приводной
17 — привод сепаратора; 18 — эксцентриковый вал; 19 — шестерни; 20 —
станков I группа (rB = const):
ней прнтяр; 4В — нижний првтмр:
ексцентрнковый вал;
обод: 21 — центральный вал; 22 —
5 — заготовки: 6 — шпиндель наделяй;
13 — эксцентряк; 14 — фиксатор; 15 — обойма;
дифференциальный мехавкзы
7 — поводок:
16 — опора:
139
138
chipmaker.ru
Рис. 3.16. Исполнительные механизмы
1 — центральное колесо; 2 — сепаратор; 2' — сепаратор I; 2" — сепаратор II; 3 — на
6 ™ шпиндель изделий; 7 — поводок; 8 — опорные ролики; 9 = груз; 10 — правильное
тор; 15 — привод сепаратора; 16 — центральный вал; 17 — привод центрального колеса;
промежуточный сателлит; 22 — эксце нтриковая ось; 23 — верхний диск
станков II группы (гв— var):
ружное колесо; 4 — притир; 4* — верхний притир;
4 — нижний притир; 5 — заготовки
н 13 — эксцентрик; 14 — фикса-
20 — привод эксцентрика; 21 —
141
140
Принципиальное отличие станков, созданных на основе испол-
нительных механизмов, относящихся ко второй группе, от станков
первой группы заключается в возможности управлять процессом
доводки с помощью кинематических (изменение угловых скоростей
вращения звеньев исполнительного механизма станка) и геоме-
трических факторов. В этом случае расчетный параметр вектор-
ного контура гв, характеризующий расстояние между центром
вращения сепаратора с заготовками и центром вращения при-
тиров, является переменной величиной.
Станки, расчетные векторные схемы которых относят ко второй
группе, позволяют осуществлять кинематическую правку при-
тиров по двум направлениям с изменением кинематических режи-
мов работы звеньев исполнительных механизмов и управлением
геометрическими факторами, в частности линейными размерами
звеньев исполнительных механизмов. Изменяя значения и соот-
ношения угловых (линейных) скоростей, а также геометрические
размеры векторов расчетного векторного контура, можно задавать
не только требуемый закон относительного движения заготовки
и притира, но и уровень скорости и ускорения их относительного
движения.
ГЛАВА 4
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ДОВОДКИ И ПАРАМЕТРЫ
КАЧЕСТВА ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ
4.1. ПРИНЦИПЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА
Результаты физического моделирования могут быть исполь-
зованы для получения моделей процесса формообразования по-
верхностей и формирования требуемых свойств поверхностного
слоя деталей. При моделировании процесса доводки поверхностей
деталей были изучены следующие вопросы:
1) изменение интенсивности изнашивания материалов притира
и заготовки (образца) при варьировании кинематических и тех-
нологических факторов;
2) изменение свойств поверхностного слоя доведенных деталей
в зависимости от кинематических, технологических и динамиче-
ских факторов;
3) влияние зазора между поверхностями образца и притира
на интенсивность изнашивания материалов;
4) закономерности шаржирования зерен абразива в материал
притира и заготовки при различных кинематических режимах
доводки.
Основная особенность проведенного моделирования процесса
доводки заключается в отказе от движения образца по сложным
пересекающимся траекториям и применении так называемой
штриховой доводки [3]. Это простейший вид доводки, при которой
каждая точка образца проходит по неизменной круговой траекто-
рии, в результате чего на притираемой поверхности остаются
следы от зерен абразива в виде параллельных рисок-штрихов.
При моделировании на первом этапе целесообразно исполь-
зовать метод автомоделирования процесса и проводить его как
обычный процесс доводки, изменив некоторые условия его реали-
зации. Однако при этом сохраняется основной признак кинема-
тики заготовок в реальном процессе доводки — относительное
движение с переменной скоростью.
Диапазон изменения скорости v и ускорения ах за каждый
оборот образца по круговой траектории соответствует реальному
диапазону изменения v и а1 на различных станках. Притир
остается неподвижным, а заданный режим движения обеспечи-
вается изменением угловой скорости ы вращения поводка с об-
разцом с помощью механизма антипараллелограмма (рис. 4.1, а)
и плеча поводка (радиус вращения R).
143
chipmaker.ru
Для сокращения записи в дальнейшем режим движения об-
разца, при котором его скорость постоянна, будем называть по-
стоянным (v = const), а режим, при котором образец в течение
каждого оборота по притиру движется с циклически изменя-
ющейся скоростью, будем называть переменным (и = var). В пос-
леднем случае нагружение притира в каждой зоне траектории
движения образца является динамическим (даже при постоянном
давлении) и определяется параметрами движения образца.
Зависимость износа от скорости относительного движения
образца по притиру установлена путем измерений износа по глу-
бине кольцевой канавки, полученной при v = var. При этом износ
Рнс. 4.1. Кинематическая схема механизма антипараллелограм-
ма (а) и график изменения угловой скорости <о2 и углового уско-
рения еа выходного звена антипараллелограмма от угла пово-
рота <ра ведомого звена (6):
1 — ведущее звено; 2 — ведомое звено; 3 — тяга; 4 — стойка (непо-
движное звено)
зависит от спектра нагружения изнашиваемой канавки вдоль
траектории движения образца по притиру. Угловая скорость ы2
и угловое ускорение е2 вращения поводка с образцом в зависи-
мости от его координаты <pt (рис. 4.1, б) определены по формулам:
1 — еа ..
w2 — j—2е cos <pi + е3 ’ (
„ _ 2 2esin<p1(l — е3)
е2— Ш| (1 _ 2ecosq>i+e3)3
(4-2)
где «ь — угловая скорость входного звена механизма антипарал-
лелограмма; е = OA/OOi — эксцентриситет механизма анти-
параллелограмма.
Параметры движения образца оценивали по параметрам дви-
жения центра тяжести контурной площадки контакта в соответ-
ствии с (4.1) и (4.2). Для упрощения определения площади кон-
такта и уменьшения влияния краевых (кромочных) давлений
выбирали образцы в виде диска. Исследования проводили на
постоянных режимах при v — 0,083 ... 3,33 м/с и на переменных
режимах при v = 0,078 ... 1,3 м/с, v^/v^ = 0 ... 10, ускоре-
ииях а* = 0 ... 35 м/с* н дискретном изменении давления р в диа-
пазоне 4,9—392 кПа.
Моделирование проводили на специально спроектированном
и изготовленном стенде [3]. Стенд выполнен в виде двухшпиндель-
ного доводочного станка с автономными регулируемыми и ревер-
сивными приводами шпинделей и дополнительными кинематиче-
скими цепями. Он позволяет воспроизводить кинематику доводоч-
ных станков С-15, ЗА814, ЗБ816И, ЗЕ816, ЗД817, 3803, 3804П,
3806, 3807 , 3808, К3840, К3853, К3868 и т. д.
Стенд оснащен устройствами для непрерывной и дозированной
подачи абразивной суспензии и контрольно-измерительной аппа-
ратурой для измерения и фиксации угла поворота <р шпинделя
с образцом, угловой скорости to и углового ускорения е вращения
шпинделя с образцом, силы сопротивления F движению образца,
крутящего момента Л4кр на притире, осевой нагрузки Ро. Ниже
описаны условия проведения экспериментов для изучения абра-
зивного изнашивания различных материалов. Условия проведения
других опытов указаны в соответствующих разделах.
Для абразивного изнашивания использовали плоские образцы
в виде диска диаметром 40 мм и высотой 10 мм, выполненные из
твердого сплава ВКЗ-М (HR А 90) и стали У8А (HRCg 58—62),
и в виде пластинок твердого сплава Т15К6, монокристаллов крем-
ния (подложки диаметром 40 мм, толщиной 2 мм), кварцевых
кристаллических элементов (пластинки размером 10x10x2 мм).
Для исследования процесса изнашивания применяли дисковые
гладкие притиры диаметром 350 мм, изготовленные из чугуна
СЧ15 (НВ 110—120; 130—140; 170—180), стекла К8 (Н0,8в =
= 5,5 ГПа), дуралюмина Д16 (Н0,98 = 0,931 ГПа). Притир со-
единяли с нижним шпинделем стенда через динамометр. Перед
каждым опытом (кроме особых случаев) притиры доводили до
получения отклонений от плоскостности рабочей поверхности не
более 1—3 мкм. Окончательно притир доводили абразивом, ко-
торый использовали при моделировании.
В качестве абразивного материала применяли алмазные пасты
АСМ5/3 — 6 % и АСМ10/7 — 6 %, суспензии на основе абразива
24АМ14 и 24АМ28 и керосина (Ж : Т = 3 : 1), воды (Ж ' Т =
= 5:1), карбида бора и воды (Ж : Т = 3 : 1); карбида бора
зернистостью 4, глицерина и воды (Ж : Т = 6 : 1); состав жидкой
составляющей: 10 % воды и 90 % глицерина. Во время работы
с пастой на притир дополнительно подавали керосин капельным
способом в количестве 6 капель в минуту. Расход пасты уста-
навливали на уровне 0,1 кг/см2. Для обеспечения постоянства
режущей способности пасты ее заменяли через 2 мин. Абразивную
суспензию подавали в изнашиваемую зону притира равномерно
поливом и капельным способом в количестве 120 капель в минуту.
В ряде опытов с применением физических методов исследова-
ния использовали другие материалы, сведения о которых даны
в соответствующих разделах.
145
ctiipmaker.ru
Глубину канавки износа притира определяли через 30° на
круговой траектории по профилограммам (табл. 4.1), полученным
на приборе ЛИП-3 с погрешностью измерения 0,1 мкм. По данным
записи канавки износа измеряли площадь SKi в i-м сечении при-
тира и вычисляли средний износ (мкм) в i-м сечении ht = ksSKilb,
а также среднюю глубину канавки (мкм) износа притира по круго-
вой траектории
п
hcp = Е ht/n,
где ks — масштабный коэффициент; b — ширина канавки, мм;
п — число радиальных сечений канавки износа притира.
4. /. Профиль изношенной канаВки притира в зависимости от закона движения
образца по притиру при v=var *
tp.pad v,m/c az,M/cz Ь,,мкм Профиль канавки ip.pad V.M/C а\м/сг h,,MKM Профиль канавки
0 0,2 0 6 3,14 1.57 0 в
0.52 0,3 0,7 6,5 3,67 1,48 3,4 8,5
1,05 0,57 2,3 6,5 4,19 1,23 5,0 7
1,57 0,9 4,2 7 4,71 0,9 4,2 Б
2,09 1,23 5,0 8,5 5,24 0,57 2.3 5,5
2,62 1,48 3,4 В 5,76 0,3 0,7 Б
* При const =045 м/с, h, = 6мкм=const
Износ притира (мг) рассчитывали, используя найденные зна-
чения hcp: GB = 2n.Rbph, где R — радиус средней линии канавки
износа; р — плотность материала притира.
Съем Go материала (мг) изношенного образца определяли
взвешиванием на аналитических весах ВЛА-200-М (цена деления
0,0001 г).
В качестве обобщенных показателей процесса изнашивания
при переменных и постоянных скоростных режимах использованы
интенсивность изнашивания (мг/мм) материала образца и при-
тира: Ко = G0/2nRNnl Ка = Ga/2nRNp, удельная интен-
сивность изнашивания (мг/(мм • мм2)) материала образца Ко и
притира Ка, определяемые как отношение массы изношенного
146
материала с единицы площади притира (образца) к единице пути
движения:
Ко = Go/(2«7?^So); Кп = Gn/(LoAruSn),
где ЛГЦ — частота вращения шпинделя с образцом относительно
притира; So — площадь образца, мм*; Sn — площадь канавки
износа притира в плане, мм2; Lo = So/bo — приведенная длина
образца, мм (здесь Ьо— характерный размер образца).
Во время опыта измеряли силу сопротивления движению
образца по притиру и крутящий момент AiKp с помощью тензо-
метрического динамометра (f0 — 800 Гц), угол поворота <р2 по-
водка с образцом, угловую скорость со2 и угловое ускорение е2
движения образца по осциллограммам, записанным прибором
Н700. Значения износостойкости Вп и Во использовали для оценки
работы изнашивания единицы объема материала притира и об-
разца [3]. Общую работу А, затраченную на удаление определен-
ной массы материала Gn + Go, определяли по экспериментальным
значениям силы сопротивления F движению образца и пути L
движения: А = FL.
Полная механическая работа А может быть представлена в виде
суммы отдельных составляющих: работы, затрачиваемой на изна-
шивание материала притира и заготовки, и работы, затрачива-
емой на преодоление сил трения поверхностей заготовки и при-
тира об абразивную прослойку, на дробление абразивных зерен
и преодоление внутреннего трения в абразивной прослойке.
Поэтому составляющие работы А, относящиеся раздельно к об-
разцу и притиру, невозможно определить из-за отсутствия ясных
и полных теоретических представлений о механизме разрушения
материалов в реальных условиях нагружения. Вычислив Вп =
— Ap/Ga и Во = Ap/Go, получим условную износостойкость,
характеризующую предельно возможное при данных условиях
расчетное значение износостойкости материала притира и об-
разца.
Проведенные исследования абразивного изнашивания на
переменных режимах характеризуются одной методологической
особенностью. Полученные результаты сравнивали с результатами
опытов, проведенных при постоянных скоростях, которые чис-
ленно равны средней скорости сравниваемого переменного ре-
жима. При определении количественных показателей изнашивания
на постоянных и переменных скоростях прежде всего необходимо
установить, что зависимость износа от закона изменения перемен-
ной скорости движения образца по притиру нелинейна.
Допустим, что при v — const зависимость интенсивности изна-
шивания притира ’ (с индексом с при v = const) от скорости о
выражается функцией вида
К™ = а0 + atv + • • • + + anvn, (4.3)
где а0> ...» an_i, ап — постоянные коэффициенты.
147
iker.ru
Рассмотрим изменение износа притира в какой-либо зоне
(точке) при однократном прохождении образца над этой зоной
(в одном цикле). Обозначим эту величину U[c\ Для постоянного
режима при v = const ее можно определить из соотношения
Лп0 = G^/(LoNuSn) =
= 2n/?fet/{Ic)p/(2n/?feLo^«) = L'^’p/Lo, (4.4)
где Un} — износ притира за NK циклов; t7fc> — износ притира
за один цикл.
Из (4.3) и (4.4) следует, что
U[c) = Kn’Lo/p = Lo(a0-|-aiv+ • • Ч-<znvn)/p.. (4.5)
Предположим, что процесс изнашивания при динамическом
нагружении и v = var имеет такой же физический характер, как
и при v = const. Поэтому для расчета среднего износа при v =
= var можно использовать зависимость (4.5). При расчете и1ц
притира на каком-либо уровне средней скорости v — var в какой-
либо 1-й зоне в (4.5) следует подставить текущее значение перемен-
ной скорости vt движения в этой зоне. Определив таким образом
износ в зонах траектории (значения скорости различны),
можно вычислить средний износ притира
(ДГ)расч = Е U&, (4-6)
” £=1
где п — число измеренных зон.
При наличии информации о непрерывном изменении профиля
изношенной поверхности канавки вдоль траектории движения
образца по притиру за время t средний износ
(ДГ)расч = Ц- J Uff dt,
О
где — текущее значение износа притира, индекс (v) при
v = var.
По аналогии с (4.4) можно определить расчетную интенсив-
ность изнашивания
(«Прасч = (Д1<0)расчр/и (4.7)
Для переменных режимов с помощью значений (^0))расч,
вычисленных по формуле (4.7) или как среднее из ряда значений
по зависимости /С„с) = f (v = const), используя формулы (4.3)
и (4.4), можно определить расчетную зависимость (Лп0)расч =
= f (vCp — var) от средней скорости переменного режима. После
сопоставления расчетных данных с экспериментальными (для
этих же значений оср = var) можно сделать вывод о влиянии
ускорений на приращение износа.
148
Качество поверхностного слоя исследуемых материалов об-
разцов оценивали по его глубине и строению, а также комплексу
других показателей, описанных ниже. В каждом случае в зависи-
мости от материала образца применяли различные физические
методы контроля и аппаратуру, описанную ниже.
4.2. ЗАВИСИМОСТЬ ПОКАЗАТЕЛЕЙ АБРАЗИВНОГО
ИЗНАШИВАНИЯ ТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ
ОТ ХАРАКТЕРА ИЗМЕНЕНИЯ СКОРОСТИ
ОТНОСИТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ
Полученные экспериментальные данные характеризуются
статистической воспроизводимостью. При движении образца
с переменной скоростью v по круговой траектории закон измене-
ния износа притира вдоль траектории образца для исследованных
сочетаний материалов притира, образца и абразива отличается
от закона изменения скорости v вдоль этой траектории. В общем
виде он зависит от свойств материала элементов системы притир —
абразивная прослойка — образец (табл. 4.2).
Экспериментально установлено, что для данного материала
одного из элементов указанной системы износ или интенсивность
изнашивания зависят как от значения и закона изменения ско-
рости v (наличия ускорения ах), так и от свойств материала двух
других взаимодействующих тел.
Изменения силы сопротивления F движению образца от ско-
рости и движения образца различны при движении с ускорением ах
и без него и в общем виде не совпадают с зависимостью износа от
скорости и.
В общем случае процесс абразивного изнашивания твердых тел
незакрепленным абразивом характеризуется нелинейной зависи-
мостью износа этих тел от рабочего давления р и относительной
скорости v их движения. Наличие линейной зависимости между
показателями износа и скоростью и или давлением р является
исключением из этого правила и имеет место в частных случаях
изнашивания. Степень влияния давления на показатели изнаши-
вания зависит в основном от свойств материала взаимоизнашива-
емых тел системы притир — абразивная прослойка — образец
и от режима движения образца (табл. 4.3).
С изменением давления изменяется интенсивность изнашива-
ния материала образцов Ко и притиров Ап> изготовленных из
различных материалов, причем характер изменения зависит от
режима движения образца. Аналогично с изменением давления
изменяется съем материала Q твердосплавных и стальных образцов-
алмазными пастами.
В пределах исследованных значений р при изнашивании сталь-
ного образца абразивом 24АМ28 на чугунном притире линейная
зависимость Ко от р наблюдается независимо от режима движения.
Однако при тех же условиях изнашивания для чугуна статисти-
149
4.3. Интенсивность изнашивания материала образца
и притира в зависимости от условий изнашивания
прн © = const и © = var
Материал V. м/с р. кПа Режим Уравнение регрессии
притира абразива образца
Чугун СЧ15 24АМ28 Сталь У8А 0,077 0— 117,6 const Ао = 4,93-10-2-р°"95 Кп = 5-10-а-р0"8
0,645 Ко = 5,79.10~2-р Кп = 7,66-10~2-р°-4
0,087 Ло =6,07-10'2-р Кп == 9,08-10"2р°>6
var ЛСо = 7,15-10-2-р0,° ЛСП = 7,22-10~2-р°'и
0,125
0,647 /<о = 6,78-10~4-р Ап= 13,5-10~2-р0162
0,858 Кп = 15,1- 10-2-р°-8*
Твердый сплав 63С.4 63С,4 Твердый сплав Чугун 0,45— 1,5 29,4— 98 Ап= 3,61-10~2-р1.’ Ап= 1,9-10-2-р°'и
Примечание. При составлении уравнений ие учтен гндроабразив-
ный износ при малом зазоре и принято К — 0 при р = 0. В уравнениях регрес-
сии р дано в кПа.
чески значима нелинейная зависимость от р. При абразивном
изнашивании образцов из таких твердых материалов, как кера-
мика или твердый сплав на чугунном притире, нелинейная зави-
симость съема материала от давления р имеет место для мате-
риала притира и образца.
Подобная нелинейная зависимость Q — f(p) наблюдалась
в условиях моделированного процесса доводки на стенде, а также
в реальном процессе доводки деталей на станке С-15.
Отсутствие единой закономерности абразивного износа от
давления, по-видимому, есть общее свойство процесса доводки
незакрепленным абразивом и обусловлено влиянием комплекса
факторов таких сложных процессов, как размол абразива и его
шаржирование в поверхностном слое изнашиваемых твердых тел,
а также изменением характера разрушения материала этих тел
в зависимости от условий нагружения. Так, например, экспери-
менты показали, что при увеличении давления р в 2 раза (от 73,5
до 147 кПа) интенсивность изнашивания чугунного притира /<п
увеличивается на 14—16 %, а интенсивность изнашивания кера-
150
151
chipmaker.ru
мического образца /Со — на 8—25 % во всем диапазоне исследо-
ванных скоростей постоянного режима. Это, очевидно, объяс-
няется шаржированием зерен абразива в поверхность притира,
происходящим даже при меньшем уровне давления. При перемен-
ном режиме его износостойкость понижается и износ увеличи-
вается вследствие ухудшения шаржирования абразива в материал
притира.
С увеличением средней скорости иср переменного режима и,
следовательно, максимально действующего тангенциального уско-
рения движения образща отмеченная разность значений Кп при
Рис. 4.2. Зависимость интенсивности изнашивания образца из керамики 22ХС (а)
и чугунного притира (б) алмазной суспензией от закона относительного движения:
1 — р = 73,5 кПа и 2 — р = 147 кПа при v — const; 3 — р = 73,5 кПа и 4 — р =
= 147 кПа прв v = var
। । ।___1____I___I____I___I
О 1,6 6,3 14,Z <1тах,н/с2
режимах v = const и v — var возрастает (рис. 4.2, соответственно
кривые 1 и 3, 2 и 4). Однако с увеличением давления р при v —
= var отмечается уменьшение значений Ка и Ко, что объясняется
размолом зерен абразива при доводке высокопрочной керамики.
При указанном относительном уменьшении значений Лп и Ко
и v = var по абсолютной величине они больше, чем при и = const
(уровень р тот же). Это свидетельствует о качественно иной при-
роде механизма разрушения материала твердых тел образца
и притира при v = var. При внешней противоречивости эти данные
подтверждают справедливость гипотезы о нелинейном характере
зависимости износа от давления в процессе абразивного изнаши-
вания твердых тел незакрепленным абразивом (без обновления
абразива).
В общем случае для таких процессов характерна сложная
зависимость износа от давления, характеризующаяся наличием
нескольких экстремумов, соответствующих постепенному умень-
шению зернистости абразива вследствие его размола. При сравне-
нии значений износа U и интенсивности изнашивания материала
притиров и образцов /Со, полученных при изменении характера
1Б2
движения образца (наличие или отсутствие ускорения при оди-
наковой средней скорости рср) и прочих равных условиях, вы-
явлено их существенное различие как по абсолютной величине
рассматриваемых параметров, так и по характеру их изменения
от скорости v (рис. 4.3—4.8).
Анализ полученных данных показал, что характер изменения
всех рассматриваемых параметров изнашивания от скорости
Рис. 4.3. Зависимость интенсивности изнашивания стального образца (а) и
чугунного прнтира (б) абразивной суспензией 24АМ28 от закона относительного
движения:
/ — р = 39.2 кПа при v = const; 2 — р — 39,2 кПа при о == var; 3 — р — 118 кПа
при v = const; 4 —- р — 118 кПа при v — var; 5 — расчетная кривая для Кп при v —
= const н р — 39,2 кПа
движения при наличии ускорений ах отличается от аналогичных
зависимостей, полученных при постоянных скоростях движения
образца. Влияние ускорений а1 на износ исследовано при различ-
ных условиях изнашивания разных групп материалов притира,
образца и абразива по методике эксперимента с полностью пере-
секающимися факторами.
Для проверки влияния ускорения в расширенном диапазоне
значений скоростей v и давления р проведен полностью рандо-
мизированный эксперимент по изнашиванию чугунного притира
твердосплавным образцом и абразивной суспензией на основе
карбида бора зернистостью 4 и глицерина (Ж : Т = 5 : 2) с пере-
секающимися факторами скорости, ускорения и давления. Зна-
чения каждого фактора фиксировали при трех уровнях скорости
153
chipmaker.ru
ск — 0,5; 0,83; 1,25 м/с, ускорения aj = 3; 5; 8 м/с2 и давления
р} = 29,4; 53,96; 98,1 кПа. Износ притира определяли в зонах
траектории движения образца при различных переменных режи-
мах, при которых скорость v и ускорение ат имели значения,
।___।___।___।-----------------------
0 /,6 6,3 И,2 а^п/с2
Рис. 4.4. Зависимость интенсивности из-
I нашивания кремниевого образца от режи-
ма его движения по чугунному притиру
при р = 39,2 кПа:
/ — v = const и 2 — v == var абразивной сус-
I пеизней 24АМ14; 3 — v = const и 4 — v ==
= var алмазной пастой АСМ14/10
Ко-10\К„-10\мг1нн
0 0,3 0,6 0,9
1----1____I___I_____I________________
О 45 9,710,9 19 а^н/с2
Рис. 4.5. Зависимость интенсив-
ности изнашивания чугунного при-
тира Кп н стального образца Ко
алмазной пастой АСМ10/7 от ско-
рости движения образца при р =
= 78,5 кПа:
I — Кп; 2 — Ко при v = const; 3 —
Кп; 4 — Ко при v = var
Кп-10\мг/(нм-снг)
Рис. 4.6. Зависимость интенсивности
изнашивания чугунного притира (с) и
образца из твердого сплава Т15К6 (б) абра-
зивной суспензией 63С с зернистостью
абразива 4 от скорости движения образца
при р = 53,9 кПа:
] — v = const; 2 — v = var
/О*; • 10 * нгЦмм-сн2)
/,6
1,7
о,В
0,9
Рис. 4.7. Зависимость интенсив-
ности изнашивания на режиме ч =
= var абразивной суспензией 63С
зернистостью 4 при р — 39,2 кПа:
/ — Кп; 2 — Ко для пары образец нэ
Т15К6 н притир из чугуна СЧ15; 3 —
Кп; 4 — Ко для пары образец из чугу-
на СЧ15 н притир нэ Т15К6
выбранные из условия образования сетки пересекающихся фак-
торов.
В результате дисперсионного анализа данных эксперимента
выявлено, что на износ притира в значительной степени влияют
154
давление pt и скорость vK и в меньшей степени ускорение а].
Однако при изучении влияния на износ только двух кинемати-
ческих факторов — скорости vK (0,5; 0,83; 1,25 м/с) и ускорения а,
(3; 5; 8; 13 м/с2) при р = 53,96 кПа с помощью дисперсионного
анализа данных эксперимента установлено, что на износ притира
значительно влияет не только скорость v, но и ускорение ах дви-
жения образца, знак ускорения и взаимодействие этих факторов.
В общем случае при абразивном изнашивании твердых тел
следует учитывать скорость их относительного движения и ха-
рактер ее изменения, оцениваемый в первом приближении значе-
Рис. 4.8. Зависимость интенсивности
изнашивания чугунного притира Кп и
образца Ко из твердого сплава ВКЗ-М
от средней скорости оср движения
образца при v = const (а) и v = var (б):
1 — Кп; 2 — Кп (р = 78,5 кПа); 3 — Кп;
< — Ко (р = 39,2 кПа) алмазной пастой
АСМ10/7; 5 — Кп; 6 — Ко (р = 39,2 кПа)
алмазной суспензией АСМ5/3
нием (и, возможно, знаком) тангенциального ускорения ах. Для
проверки влияния нормального ускорения ап на износ притиров
проведена серия опытов по изнашиванию чугунного притира
образцов из кремния алмазной пастой АСМ10/7 (6 %) и водной
суспензией абразива 24АМ28 при р = 39,2 и 78,5 кПа. Значения ап
изменяли за счет изменения радиуса траектории движения об-
разца, сохраняя постоянной линейную скорость движения. Ре-
зультаты опытов, проведенных В. 3. Куклиным, представлены
в табл. 4.4.
При увеличении нормального ускорения ап в 2 раза во всем
диапазоне исследованных скоростей v и давления р увеличивается
съем материала образца и износ притира не более чем на 8—12 %
при использовании алмазной пасты АСМ10/7, уменьшается ин-
тенсивность изнашивания Кп> приблизительно на 40 % увеличи-
вается износостойкость Вп чугунного притира при изменении
абразива 24АМ28, для кремниевого образца статистически ие
изменяются Ао и Во. С учетом этих данных можно предположить,
155
chipmaker.ru
4.4. Результаты экспериментов по изучению влияния
нормального ускорения ап кремниевого образца на износ
чугунного притира (по данным В. 3. Куклина)
Абразив V, м/с СП, м/с1 р. кПа F. Н ZCo’lO*. мг/мм 2 z . S Е> * X X о* CQ ГЗ X I Ё *
Суспензия 24АМ28 0,28 0,6 9,8 12,4 8,2 19 92
Т : Ж = 1 : 3 (вода, пода- 0,28 1,1 9,4 11,1 4,7 20 157
ча обильная) 1,18 8.1 78,5 8,0 8,3 6,5 23 98
1.18 14,4 7,7 8,5 3,5 22 167
Паста АСМ10/7,6 % (рас- 0,28 0,6 9,4 И,1 3,1 235
ход 0,1 мг/см2) 0,28 1,1 9,8 11,9 — —
0,58 2,3 8,0 9,7 2,7 227
0,58 4,1 8,1 9,7 — —
0,87 5,3 78,5 8,9 8,5 3,1 20 227
0,87 9,4 7,9 9,1 =— —
1,18 9,5 9,6 8,0 3,2 235
1,18 17,0 7,1 8,4 — —
Паста АСМЮ/7,6 % (рас- 0,28 0,6 4,8 7,2 2,3 16 157
ход 0,1 мг/см2) 0,58 2,3 4,9 6,8 2,7 17 137
0,87 5,3 39,2 4,5 6,2 3,3 17 108
1,18 10 4,6 6,0 3,3 19 108
что влияние нормального ускорения ап на износ притира (и об-
разца) и изменение механизма разрушения материала в общем
случае незначительно. При этом происходит в основном пере-
распределение абразива по трущимся поверхностям.
Таким образом, абразивный износ твердых тел есть функция
скорости v, ускорения ах относительного движения изнашиваемых
тел и давления р при прочих неизменных условиях. В целях
упрощения эмпирических зависимостей износа от действующих
факторов влияние ускорения можно выразить в виде степенных
зависимостей вида U = CMpmvn (ах)г или полиномов U = Ьо +
+ + b2v + bsax. Кроме того, его можно учесть путем коррек-
тировки значения общего коэффициента См или свободного
члена Ьо полинома для некоторого диапазона изменения ускоре-
ний ах.
Процесс абразивного изнашивания как диссипативный про-
цесс характеризуется изменением силы сопротивления движению
изнашиваемых тел. При моделировании процесса доводки уста-
новлено, что изменение силы F от скорости v зависит как от ре-
жима движения образца, так и от свойств материала трущихся тел
при прочих неизменных условиях. При движении образца с пере-
менной скоростью изменение силы F является сложной функцией
166
скорости. Законы изменения силы F и износа притира вдоль
траектории различны. В табл. 4.2 схематически изображены
типовые графики изменения силы F по траектории движения,
установленные на основе множества наблюдений. На осцилло-
граммах видны случайные вариации силы F, для математического
ожидания которой характерны некоторые детерминированные
зависимости.
При движении образца с постоянной скоростью случайные
вариации силы F меньше, чем при движении с ускорением при
одинаковом уровне скорости v. При этом режим движения влияет
на характер зависимости дисперсии силы oF от скорости (рис. 4.9).
Рис. 4.9. Дисперсия силы сопротивления
движению образца из керамики 22ХС (за
каждый его оборот) по чугунному притиру
при изнашивании алмазной суспензией
АСМЗ/2:
j — р == 147,1 кПа и 2 — р = 73,6 кПа при
v «= const; 3 — р = 147,1 кПа; 4 — р =
= 73,6 кПа при v = var
Установлено, что с увеличением времени работы пасты при разо-
вом ее нанесении на притир или суспензии при ее однократной
подаче случайные вариации (дисперсия) силы oF уменьшаются
независимо от режима движения. В процессе доводки режущая
способность абразива пасты при разовом ее нанесении на притир
уменьшается, так как образующийся шлам увеличивает толщину
прослойки между притиром и деталью и съем материала детали
уменьшается.
Поскольку в конце периода работы пасты при ее разовом
нанесении на притир дисперсия силы aF и съем материала умень-
шаются, то можно предположить, что с уменьшением дисперсии
силы oF уменьшается съем материала образца. Одинаковый
характер зависимости oF и Ко от постоянной скорости v при из-
нашивании керамического образца на чугунном притире алмазной
пастой (или суспензией) подтверждает это предположение (см.
рис. 4.2, 4.9). На основании данных об увеличении oF на пере-
менных режимах следует ожидать увеличения съема материала
образца (или притира) при движении образца с переменной ско-
ростью. Так, для указанных условий изнашивания керамического
образца высказанное предположение полностью подтверждается
(см. рис. 4.2). Эти данные позволяют считать, что одним из воз-
можных путей стабилизации процесса доводки по его показателям
является стабилизация тангенциальной составляющей силы вза-
имодействия заготовки и притира.
Разрушение материалов в рассматриваемых случаях изнаши-
вания может быть отнесено к категории вязкого разрушения,
167
chipmaker.ru
I
определяемого подвижностью дислокаций. Действительно, ука-
занные факты увеличения Fcp от v не противоречат дислокацион-
ным представлениям о возрастании деформирующего напряжения
при увеличении скорости движения дислокаций.
При абразивном изнашивании таких хрупких материалов,
как кремний, керамика, стекло, в условиях работы абразива
в незакрепленном состоянии (при большой вероятности микро-
выкалывания материала под действием зерен абразива) наблю-
дается уменьшение силы F с ростом постоянной скорости о. При
доводке с переменными скоростями закономерности изменения
силы Fcp от скорости цср отличаются от аналогичных зависимостей
при постоянных скоростях.
Полученные данные приобретают дополнительную значимость
при одновременном рассмотрении изменения работы сил сопро-
тивления F движению образца и сопутствующих износов притира
и образца. Анализ расчетных значений износостойкости мате-
риалов притиров Ва и образцов Во показал следующее. Для
большей части исследованных материалов притира, образца и
абразива износостойкость материала образцов Во и притиров Вп
при переменных режимах меньше, чем при постоянных. Разница
в числовых значениях Вв и Во на переменных и постоянных ре-
жимах и специфические особенности зависимости Вп или Во от
скорости v зависят от свойств материала двух других элементов
системы притир — абразивная прослойка — образец и от условий
изнашивания.
Так, износостойкость Вп чугунного притира при изнашивании
притира образцом из кремния с помощью алмазной пасты или
микропорошка электрокорунда белого при наличии ускорений
ах (у — var) в 1,5—2 раза меньше, чем при постоянных скоростях
(v = const). При использовании образца из стали или твердого
сплава износостойкость в 1,2—1,5 раза меньше. Для стального
образца, например, при большом уровне динамичности режима
v = var (иср > 0,67 м/с, а£,ах > 5 м/с2, р — 39,2 кПа) и изнаши-
вании на чугунном притире алмазной пастой Во в 1,2—2 раза
меньше, чем при постоянных режимах и тех же значениях ско-
рости V. При использовании электрокорунда белого Во при v =
= var, наоборот, больше, чем при постоянных скоростях.
Эти данные свидетельствуют о том, что энергозатраты на
абразивное разрушение материалов при движении образца с уско-
рением ах и с постоянной скоростью (ах = 0) различны. Получен-
ные количественные оценки Во и Вп носят относительный характер,
поскольку эти величины рассчитаны в предположении, что работа
силы F полностью затрачена на разрушение только образца или
только притира. В действительности оиа затрачивается на раз-
рушение одновременно материалов притира, образца и абразива.
Поэтому с учетом рассмотренной относительности оценок Во и Вп
можно утверждать, что если при переменных режимах Во и Вп
158
одновременно принимают меньшие по абсолютной величине зна-
чения, чем на постоянных скоростях, то, следовательно, меньше
работа на разрушение материала в условиях динамического на-
гружения системы притир — абразивная прослойка — образец.
Для большинства исследованных материалов процесс абразивного
изнашивания при наличии ускорений ах сопровождается меньшим
потреблением энергии, чем при отсутствии ускорений и прочих
равных условиях.
Для установленной закономерности исключение составляет
случай изнашивания стеклянного притира стальным образцом
и электрокорундом белым, для которого не обнаружено влияние
режима движения образца на показатели изнашивания. В не-
котором диапазоне оср и ах при изнашивании чугунного притира
стальным образцом и электрокорундом белым, а также керами-
ческим образцом и алмазом, наблюдали уменьшение износа чугун-
ного притира с ростом динамичности воздействия абразива на
материал притира и образца.
Вполне очевидно, что все полученные данные не могут быть
детально рассмотрены без учета множества явлений, сопровожда-
ющих сложный процесс доводки. Однако необходимо попытаться
объяснить их с позиций какой-либо одной физической гипотезы.
С этой точки зрения интерес представляет следующая интерпре-
тация полученных результатов. Для некоторых сочетаний мате-
риалов наблюдается тенденция к росту энергии, необходимой для
разрушения материала одного из элементов системы притир —
абразивная прослойка — образец, т. е. увеличение Во или Ва
с ростом суммы значений модулей упругости материалов двух
других элементов этой системы (табл. 4.5 и 4.6). Это можно объяс-
нить (с позиций предложенной рабочей гипотезы) с помощью
модели процесса разрушения, описанной выше. Действительно,
4.5. Зависимость износостойкости чугунного притира Вп
от модуля упругости материала образца Ео и абразива Ёа
при р = 39,2 кПа, о = 1,18 м/с, ах^ = 19,6 м/с*
“ я ШОА
Образец Абразив £о+£а> ГПа Дж/мм’
Материал Ео. ГПа Материал «а- ГПа
Кремний Сталь У8А Твердый сплав ВКЗ-М 150 220 540 24АМ28 280 430 500 820 52,9 93,2 * 186,4
Сталь У8А Твердый сплав ВКЗ-М 220 540 АСМ10/7 900 1120 1440 461 * 941,8
Керамика 22ХС 350 АСМЗ/2 1250 2060 *
• Значения получены экстраполированием экспериментальных данных.
159
chipmaker.ru
4. в. Зависимость износостойкости стального образца Во
от модуля упругости материала притира £п и абразива £а
при р = 39,2 кПа, »ср = 0,67 м/с, а^ах = 10,7 м/с2
Притир Абразив £п+£а- ГПа Во- Дж/мм’
Материал £п. ГПа Материал £а. ГПа
Стекло Чугун 80 110 24АМ28 24АМ28 280 280 360 390 323 (421) 362 (588)
Примечание. В скобках приведены значения Во при оср = 1,18 м/с,
полученные экстраполированием экспериментальных данных.
большая сумма модулей упругости для системы тел свидетель-
ствует о малой ее податливости при нагружении и, следовательно,
о малой запасенной упругой энергии деформации в системе.
Как указывалось выше, это означает, что уменьшается вероятность
и роль хрупкого разрушения элементов системы, а затраты энер-
гии на разрушение материалов относительно возрастают. В наших
исследованиях оно сопровождается увеличением значений Во
(или BD). С этой точки зрения интересные результаты дает анализ
данных В. 3. Куклина по изнашиванию кремния на чугунном
притире (табл. 4.7).
4.7. Изменение значений Во и Вп для кремниевого образца
и чугунного прнтнра от свойств абразива
при р = 39,2 кПа, »ср = 1,18 м/с, а? = 19,6 м/с2
Абразив Режим во, Дж/мм" Вп, Дж/мм"
24АМ7 * 28,9 132,4
24АМ14 ** 19,4 67,7
24АМ28 *• v = var 4,8 52,0
АСМ 10/7 * 14,1 83,4
АСМ20/14** 7,8 —
24АМ7 ‘ 65,7 161,9
24АМ14 •* V = const 21,2 99,1
24АМ28 ** 22,6 97,1
АСМ 10/7 * 18,2 108,9
* Паста. *• Суспензия.
Так, при неизменной природе абразива 24А увеличение его
зернистости (от М7 до М28) способствует увеличению податливости
системы притир — абразив — образец (вследствие большей абсо-
лютной деформации абразивных зерен), поэтому в ней появляется
160
большой запас упругой энергии и, следовательно, усиливается
действие механизма хрупкого разрушения, что сопровождается
снижением значений Во и Вп. Аналогичная картина наблюдается
при использовании алмаза. Подобную закономерность можно
выявить при сравнении данных для электрокорунда (24АМ14)
и алмаза (АСМ10/7) приблизительно одинаковой зернистости.
В последнем случае при большем значении модуля упругости
алмаза его деформация (при прочих равных условиях) меньше,
чем для электрокорунда, меньше запас упругой энергии, слабее
Рис. 4.10. Изменение износа U чугунного прнтира твердостью НВ 110 (а) н
НВ135 (б) по круговой траектории движении твердосплавного образца за
циклов (оборотов) при изнашивании алмазной пастой АСМ5/3:
/ — р = 39,2 кПа; 2 —- р ~ 78,5 кПа; 3 — иСр = 0,43 м/с; cj^ax “ 4,7 м/с*; Л/ц «=
= 2900 об; р = 39,2 кПа на режиме v = var: t>cp = 0,58 м/с, aj^ax = 4.7 м/с2, =
= 2200 об; 4 — р = 39,2 кПа; 5 — Р = 78,5 кПа иа режиме v = const: иСр = 1,08 м/с;
= 30 м/с2; N„ = 2900 об; б — » = 0.S8 м/с; а* = 4,7 м/с2; ЛГ = 2200 об;
гпах Ц шил ц
р = 78,5 кПа; 7 — о „ = 0,43 м/с; = 4,7 м/с2; = 2900 об; р = 39,2 кПа пастой
ср гпал ц
АСМ 10/7 на режиме var
выражен механизм хрупкого разрушения и больше значение Ва.
Однако при этих же условиях значение Во уменьшается, что
можно объяснить проявлением особой кинетики хрупкого раз-
рушения в первую очередь для наиболее слабого звена системы
притир — абразивная прослойка — образец. Для данных усло-
вий наиболее слабым элементом оказался чугунный притир.
Анализ результатов опытов по абразивному изнашиванию,
как и прямые эксперименты по исследованию процесса шаржиро-
вания, показывают, что при наличии ускорения ат изменяются
показатели шаржирования абразива. Так, при изнашивании
чугунного притира с помощью твердосплавного образца и алмаз-
ной пасты в зонах действия больших ускорений наблюдается
местное увеличение износа притира (рис. 4.10).
161
chipmaker.ru
Результаты, представленные в табл. 4.5 и 4.7, можно дополни-
тельно рассмотреть с учетом особенностей процесса шаржирова-
ния. Эксперименты проведены при изнашивании чугунного при-
тира на динамичных режимах (vcp > 1 м/с, ах > 10 м/с2) с исполь-
зованием следующих сочетаний материалов образца и абразива:
кремний — электрокорунд белый, кремний — алмаз, сталь —
электрокорунд белый, твердый сплав — электрокорунд белый,
сталь — алмаз, твердый сплав — алмаз, керамика — алмаз.
Установлено, что значения износостойкости Вп притира при
каждом последующем сочетании материалов выше, чем при пре-
дыдущем сочетании из указанного ряда. С увеличением числа
шаржированных в притир зерен абразива повышается его износо-
стойкость и, следовательно, работа изнашивания.
Экспериментальные данные исследований процесса абразив-
ного изнашивания твердых тел при переменных и постоянных
скоростях подтверждают правильность гипотезы о том, что износ
притира или образца можно разделить на статическую t/(CT> и
динамическую С/<д> составляющие. Тогда интенсивность изнаши-
вания материала притира и образца
№ = КпСТ) ± Кпд), (4.8)
= К‘ст) ± (4.9)
Интенсивность изнашивания материала определяется интег-
ральным действием переменной скорости vt за время Л/ или на
отрезке пути Д£. Тогда, статическая составляющая К„ст) (ЛосУ>)
' в выражениях (4.8) и (4.9) является расчетной величиной
(КпСТ))расч [(КоСТ))расч], полученной в предположении сохранения
на переменных режимах всех закономерностей изнашивания на
постоянных режимах:
iz(ct)___ (к<°А
Ап — \Ап /расч — VAn /расч»
jz(ct) _ /|НСТП _____ (
А о — \Ао /расч — \Ао /расч*
Значение (/С^Орасч вычисляют по формуле (4.7). Динамическую
составляющую интенсивностей изнашивания и /(оВ) можно
определить как разность между наблюдаемым средним значением
интенсивности изнашивания на t-м переменном режиме
т. е. при некотором значении (Uj)cp и ожидаемым значением
(КпСТ>)расч, рассчитанным без учета влияния ускорений на износ,
tsW _ ts(v) ( JC^A • к'М — / »r<CT>4
Ап — Ап \Ап /расч, А о — А о VAo /расч*
Относительный вклад фактора ускорений а1 в значение ин-
тенсивности изнашивания материала притира или образца можно
оценить с помощью отношения
X = №/(К(СТ))Рас, = (К(<” ~ (/<(СТ>)рас,]/(К(СТ’)₽«ч
162
или с помощью выражения
где
Я’*” = (K«-»)pac,^H,
Л<дии) = 1 +
А(д)
(Л(ст))расч
(4.Ю)
(4.П)
= 1 + X
в общем случае является функцией ускорения ат при прочих
равных условиях.
Для упрощения расчетов функции Лд и Ко можно задать
табличным способом и использовать как коэффициенты динамич-
ности для некоторого диапазона значений ускорений а\ определя-
емых требуемой точностью расчетов.
Для исследованных сочетаний материалов притира, образца
и абразива табличные значения функций Хп — fi (dax) и Хо =
= /2 (отах) изменяются от —0,3 до 1,35 (табл. 4.8).
4.8. Изменение поправочных коэффициентов Ко и Хп
в завнсимостн от динамичности режима движения образца
по притнру
Материал р. кПа при а1, м/с1 Хп при ат, м/с1
притира образца абразива
1,5 10,4 19 1,5 10.4 19
Чуцун Сталь У8А Твердый сплав ВКЗ-М 24АМ28 АСМ5/3 63С.4 39,2 117,7 39,2 53,96 0,8 0,6 0,2 0,19 0,2 —0,04 0,3 0,1 —0,1 0,9 0,4 0,3 0,4 0,4 0,3 0,9 0,4 0,2 0,8 1.3 0,5
Однако, несмотря на простоту выражений (4.10) и (4.11),
использование их для расчета износов в ряде случаев не оправ-
дано, так как при выводе формул приняты методологические
упрощения, которые могут приводить к большим погрешностям
определения К- Эти погрешности вызваны следующими причи-
нами. Оценка интенсивности /С изнашивания притира с помощью
средней глубины канавки износа по траектории движения об-
разца, во-первых, нивелирует зависимость износа от ускорения
движения образца, во-вторых, является смешанной, так как
влияние факторов скорости и ускорения образца на износ притира
в этом случае не разделяется. Для материала образца погрешность
определения интенсивности изнашивания с помощью использо-
ванной методики еще больше.
При движении образца с переменной скоростью происходит
суммирование нарушений (повреждений) в его поверхностном
слое, возникающих в любой момент времени в соответствии с дей-
ствующим уровнем динамической нагрузки. Для абразивных
процессов изнашивания вследствие действия множества зерен
163
ctiipmaker.ru
роль кумулятивного (усталостного) механизма разрушения, по-
видимому, важна 13]. Если это действительно так, то образец
разрушается интенсивнее, чем притир, выполненный из того же
материала, так как материал образца подвергается суммарному
действию нагрузок. В процессе изнашивания чугунного образца,
перемещающегося по чугунному притиру с подачей суспензии
на основе карбида бора зернистостью 4 при переменном режиме
иср = 0,62 м/с и р = 39,2 кПа, износ образца в 3,53 раза больше,
чем притира. Высказанное предположение проверено при изна-
шивании разнородных материалов. При переменных режимах
интенсивность изнашивания материала образца всегда больше,
чем интенсивность изнашивания такого же материала притира
(см. рис. 4.7, кривые 1 и 4, 2 и 3).
Полученные результаты подтверждают правильность гипотезы
о проявлении механизма накопления повреждений и, следова-
тельно, о важной роли механизма усталостного разрушения
материала в процессе его абразивного изнашивания.
В общем случае можно рекомендовать единую методику экспе-
риментального определения Ко и Кп. Из исследуемого материала
изготовляют притир. Изнашивание притира образцом проводят
при переменных режимах по методике многофакторного экспери-
мента. Значения Д' определяют в предварительно выбранных
точках траектории с заданными значениями v и ах. Эта методика
позволяет раздельно учесть влияние факторов скорости и ускоре-
ния относительного движения образца на износ притира. Так,
после обработки экспериментальных данных двух серий опытов
по взаимному изнашиванию твердого сплава и чугуна карбидом
бора зернистостью 4 (в первой серин притир из твердого сплава
Т15К6, образец из чугуна СЧ15; во второй серии притир из чу-
гуна СЧ15; образец из твердого сплава Т15К6) получены следу-
ющие уравнения регрессии:
для твердого сплава
К = 2,94-10“Зо~°’81р0,86 (1 +|ах|)0,45; (4.12)
для чугуна
К = 4,11 • 10—4о~0,16р1,7 (1 + | ах |)°'25. (4.13)
г
Сравнение интенсивностей изнашивания, рассчитанных по
ранее использованной методике с усреднением данных, и по пред-
ложенной методике расчета по формулам (4.12) и (4.13) с раз-
делением факторов о и а\ показывает, что их разность достигает
10—17 % в зависимости от уровня ускорения (рис. 4.11). Следова-
тельно, методика определения К. по значениям оср может быть
рекомендована для получения первичных результатов.
На основании полученных экспериментальных данных по
абразивному изнашиванию различных материалов незакреплен-
ным абразивом можно сделать следующие выводы.
164
I. Гипотеза о влиянии ускорения относительного движения
на характер абразивного разрушения получила экспериментальное
подтверждение.
2. Зависимость механизма абразивного разрушения твердых
тел от режима их движения обусловливает непропорциональную
связь съема материала с образца от произведения давления и
скорости pv, зависящую от условий изнашивания (рис. 4.12).
3. Ожидаемый износ U притира или заготовки рекомендуется
рассчитывать с использованием комплексного показателя —
Рис. 4.11. Зависимость интенсивности
изнашивания чугунного притира в сече-
ниях с заданным уровнем v и ах от режима
движения твердосплавного образца при
изнашивании абразивной суспензией 63С
зернистостью 4 при р = 53,9 кПа:
1 — v = const; 2 — средняя интенсивность из-
носа при заданном уровне 3 — а1 = Зм/с!;
4 — ах - 5 м/с2; 5 — ах = 8 м/с2
Рис. 4.12. Зависимость съема мате-
риала образца за t = 1 мин от pv
при изнашивании на чугунном при-
тире: образца из твердого сплава
ВКЗ-М алмазной пастой АСМ5/3:
1 — р — 78,5 кПа; 2 — р = 39,2 кПа
н образца из стали У8А абразивной сус-
пензией 24АМ28; 3 — р — 117,7 кПа;
4 — р = 39,2 кПа
интенсивности изнашивания Ка (Ко): £п — KuLn', U3ar = KOLO,
где £0 — длина пути точки заготовки (образца) при относительном
движении по притиру; £п — длина пути точки притира при отно-
сительном движении по заготовке.
Величины Кп и Ко являются комплексными параметрами,
учитывающими изменение свойств материала притира и заготовки
в зависимости от технологических, кинематических, динамических
и геометрических факторов процесса абразивного изнашивания.
Интенсивность изнашивания Кп и /Со следует определять экспе-
риментально для различных условий изнашивания при различ-
ных сочетаниях материалов притира, абразива и заготовки по
выше изложенной методике.
4.3. ПАРАМЕТРЫ КАЧЕСТВА ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ
ДЕТАЛЕЙ ПОСЛЕ ДОВОДКИ И ПОЛИРОВАНИЯ
В соответствии с представлениями о разрушении материала
в результате возникновения и развития микротрещин, а также
наличия деформированной зоны в области вершины трещины
и по ее границам, следует ожидать существование по крайней
мере двух различных зон по строению и физико-механическим
свойствам материала поверхностного слоя детали после доводки.
165
chipmaker.ru
Первая зона — это область, содержащая микротрещины, очаги
их зарождения и характеризующаяся повышенной блочностью
и трещиноватостью. В дальнейшем эту зону будем называть
трещиноватой. Вторая зона — это область деформированного
материала, содержащая полосы и линии скольжения, двойники
и очаги зарождения микротрещин. Строение поверхностного слоя
различных материалов и его свойства зависят от наличия дефек-
тов, например от кристаллического строения металлов, кристал-
лов полупроводниковых материалов, а также от режимов и усло-
вий доводки и полирования и, в частности, от характера изменения
скорости относительного движения образца по притиру.
Для монокристаллических материалов в структуре поверхно-
стного слоя в пределах первой зоны выделяют поверхностный
аморфный слой и поликристаллический, а в пределах второй
зоны — слой блочного монокристалла и слой пластических и
упругих деформаций. Структура этих зон влияет на эксплуата-
ционные характеристики деталей машин и приборов.
Влияние неравномерности движения образца по притиру на
строение поверхностного слоя образцов было установлено по
описанной выше методике. Материал образцов — монокристал-
лический кремний и сталь ЗОХГСА в отожженном (H0ti9 = 1,6 ГПа,
НВ 2,1 ГПа) и закаленном (HOiM = 2,4 ГПа, HRC3 43—46) со-
стоянии. Использование монокристаллического кремния откры-
вает дополнительные возможности в исследовании закономер-
ностей разрушения материала, так как последующие операции
травления, эпитаксии и диффузии кремниевых подложек поз-
воляют выявить особенности строения поверхностного слоя под-
ложек после различных условий их обработки. Кроме того,
электрофизические параметры приборов, изготовленных на этих
подложках, зависят от степени дефектности поверхностного слоя.
Образцы из кремния диаметром 40 мм, толщиной 2 мм и из
стали диаметром 8 мм, толщиной 5 мм изготовляли из одного
прутка (слитка для кремния) и последовательной обработкой
(шлифование, доводка, полирование, травление) удаляли поверх-
ностный слой. Стальные образцы затем термически обрабатывали.
В качестве абразива при обработке кремния использовали водные
суспензии на основе электрокорунда белого 24АМ14, карбида
кремния 63СМ14, синтетического алмаза АСМ14/10 и АСМ2/1,
алмазные пасты АСМ2/1. Свойства поверхностного слоя подложек
из кремния по его глубине исследовали путем послойного травле-
ния с использованием электронографического метода, рентгено-
топографического метода Ланга, металлографического метода,
рентгеновского метода Бормана, двухкристальной спектрометрии,
а также с учетом зависимости скорости травления от глубины
стравленного слоя.
Электронографию производили на электронографе ЭВР-1
с ускоряющим напряжением и = 40 кВ методом отражения.
Рентгенотопографию по методу Ланга проводили на установке
166
RU-3HM фирмы Rigaku Denku с вращающимся анодом, используя
острофокусную трубку с серебряным анодом. Съемки по методу
Бормана осуществляли на той же установке с использованием
медного излучения. Для металлографии применяли микроскоп
МИИ-4 с увеличением в 400 раз. Рентгеновскую двухкристальную
спектрометрию проводили на установке «Дрон-05» с использова-
нием медного излучения. Во всех рентгеновских методах исполь-
зовали отражение с индексом дифракции {220}.
Качество поверхностного слоя образцов из стали оценивали
по комплексным параметрам. При этом контролировали шерохо-
ватость поверхности по параметру Rz, микротвердость //0i2 и
Я0|49, полуширину В дифракционной кривой, характеризующую
в тонкой структуре изменение угла Брегга Д6 для обработанных
образцов относительно угла 6 для необработанных отожженных
образцов. Кроме того, фиксировали интенсивность изнашивания К
материала образца, силу сопротивления F движению образца
по притиру. Значения Rz устанавливали с помощью профило-
графа 202, а В и ДО определяли на дифрактометре ДРК-2 по
полуширине дифракционной кривой. При рентгеновских исследо-
ваниях использовали отражение от плоскости (НО), имеющее
интенсивность 1800 импульсов/с при уровне фона 30—40 импуль-
сов/с. Для контроля установленных характеристик В и ДО изме-
ряли интенсивность отражения с индексом дифракции {220} на
установке УРС-50ИМ с записью дифракционных кривых.
Микротвердость НРк стальных образцов определяли на при-
боре ПМТ-3 при испытательной нагрузке на индикатор Ра =
= 0,2 Н и Ри = 0,49 Н. При каждом режиме обрабатывали по
четыре образца. Каждый параметр измеряли в пяти зонах поверх-
ности образца по 3 раза.
Зависимость глубины Лс поверхностного слоя на подложках
из кремния от скорости v относительного движения подложек по
притиру (полировальнику) после обработки подложек на экспе-
риментальном стенде при v = const и v = var приведена на
рис. 4.13 и 4.14.
С увеличением скорости v при шлифовании или полировании
глубина hc поверхностного слоя уменьшается при v = const
и v — var. Это объясняется изменением условий разрушения
кремния при воздействии абразивных зерен на поверхность под-
ложки, перемещающейся с различной скоростью по притиру.
Если допустить, что повышение скорости v адекватно по-
вышению скорости пластических деформаций при срезании микро-
стружки, то в соответствии с положениями теории дислокаций
при увеличении скорости v должно увеличиться деформирующее
напряжение. В этом случае можно считать, что увеличивается
число кристаллографических плоскостей в анизотропном моно-
кристаллическом кремнии, по которым происходит пластическое
деформирование и разрушение.
167
chipmaker.ru
Поверхностный слой у подложек, обработанных при высоких
скоростях v, содержит большее число микротрещин. По-видимому,
внутренние напряжения в сильно разрыхленном трещиноватом
поверхностном слое снижаются вследствие множественного пере-
сечения микротрещин и, вероятно, частичной релаксации напря-
жений, что может привести к уменьшению глубины поверхностного
слоя.
Наличие тангенциальных ускорений ах относительно движения
кремниевой подложки по притиру при v = var приводит к не-
однородности строения поверхно-
стного слоя по глубине в одной
подложке и в партии, что объяс-
няется неодинаковыми условиями
hc, мкм
21
20
19
18
17
16
О 0,6 1,2 1,8 vIconsiJ'H/c
I------1------1------1______I ।
О 0,j 0,6 0,9 vepfvar)tfilc
Рис. 4.13. Зависимость глубины Лс по-
верхностного слоя кремния от скорости
v при полировании подложек пастой
АСМ0.5/0:
1 —. и — const; 2 — v — var
верхностного слоя кремния от скорости
v при доводке подложек суспензией
на основе 24АМ14:
/ — и == уаг; 2 — и = const
воздействия абразивного зерна на отдельные участки обрабаты-
ваемой поверхности в различные моменты времени. При обработке
подложек суспензий на основе алмазного порошка АСМ14/10
с v = var поверхностный слой кремния имеет более дисперсную
нарушенную структуру по сравнению с обработкой при v =
= const, о чем свидетельствуют повышенные значения полу-
ширины дифракционной кривой (рис. 4.15).
На основе приведенных данных можно сделать вывод о не-
стабильности параметров поверхностного слоя при обработке
подложек с v = var, так как разница в значениях В при иссле-
довании подложек, обработанных при различных иср и а\ суще-
ственна (рис. 4.15, б). Крутизна характеристики В = f (hc) при
обработке с v = var значительно больше, чем при обработке
с v = const. Это значит, что зона максимальных напряжений
в поверхностном слое подложек при их обработке с ускорениями
сдвигается к поверхности. Эта зона характеризуется наибольшими
нарушениями структуры.
Исследования скорости травления (в среде HNO8 :
: HF : CHSOOH = 5:1:1) поверхностного слоя подложек, полу-
ченных после полирования на замше алмазной пастой АСМ2/1
при различных кинематических и динамических факторах про-
168
цесса доводки, дали различные результаты. Различными мето-
дами контроля показано, что при наличии ускоренного относи-
тельного движения глубина поверхностного слоя подложки умень-
шается, блочность материала и количество аморфной фазы увели-
чиваются с ростом ах.
При травлении на глубину 1—2 мкм подложек, обработанных
при v — const и р = 9,8 кПа (рис. 4.16, кривая /), скорость
травления <отр с увеличением скорости полирования от 0,13 до
1,48 м/с возрастает примерно в 2 раза. Это также свидетельствует
о повышении дисперсности нарушенного слоя с ростом скорости о.
С увеличением глубины травления скорость травления подложек.
Рис. 4.15. Зависимость полуширины В дифракционной кривой от глу-
бины травления поверхностного слоя:
а — о = const: 1 — v = 0.14 м/с; 2 — v = 0,79 м/с; 3 — о = 3,1 м/с: б — v =
= var: 1 — v__ = 0,29 м/с; 2 — о__ = 0,58 м/с; 3 — о__ = 1,18 м/с
отполированных с высокой скоростью v = const, уменьшается
(рис. 4.16, кривая 2) и при глубине травления 4 мкм становится
меньше, чем скорость травления подложек, отполированных
с низкой скоростью (рис. 4.16, кривая 5). Это является следствием
того, что на глубине, равной приблизительно 4 мкм, нарушенный
слой на подложках, отполированных со скоростью v = 1,48 м/с,
исчезает, в то время как у подложек, отполированных при ско-
рости о — 0,13 м/с, еще существуют активные центры растворения
в виде дислокаций и микротрещин.
При полировании подложек с v = var скорость травления
поверхностного слоя (порядка 2 мкм) значительно выше, чем при
полировании с постоянными скоростями (рис. 4.16, кривая 4).
Это свидетельствует о высокой дисперсности материала поверх-
ностного слоя, вызванной влиянием ускорений ах на харак-
тер разрушения материала при полировании. С увеличением
глубины травления скорость травления резко уменьшается
(рис. 4.16, кривые 5, 6), причем, начиная с глубины травления
4 мкм, дальнейшего уменьшения скорости травления не проис-
ходит и травлению подвергается монокристаллический кремний.
С увеличением пср при полировании глубина поверхностного слоя
169
chipmaker.ru
уменьшается, как и при о = const. Однако глубина поверхно-
стного слоя кремния при полировании на динамических режимах
меньше, чем при постоянных скоростях.
На глубине поверхностного слоя порядка 1,8 мкм число де-
фектов у подложек, отполированных с высокой скоростью (о =
= var или v = const) меньше, чем при полировании подложек
с низкими скоростями. Об этом свидетельствует число точечных
рефлексов на электронограммах. Интенсивность изнашивания К
I_______I______I_______I_______1______1
0 0,3 0,6 0,3 vcp(var),M/c
Рис. 4.17. Зависимость интен-
сивности изнашивания кремния
от скорости движения подложки
по полировальнику:
1 — v — var; 2 — v = const
и)т„-10г,мкм /с
О 0,3 0,6 0.Э 42 уср,м/с
Рис. 4.16. Зависимость средней скорости
травления м.гр от скорости движения vcp
кремниевой подложки по полировальнику
и времени послойного трехэтапного тра-
вления продолжительностью по 50 с и глу-
биной травления Лтр:
1 — Лтр = 0,75 ... 1.8 мкм; 2 — hTJ) = 1,5 . ..
3.2мкм; 3 — Лтр = 2,4 ... 4 мкм; 4 — Лтр =
— 1.5 ... 2 мкм; 5 — hTp = 2.7 ... 3,4 мкм; б —
hTp = 3,4 ... 4,3 мкм; 1, 2, 3 — при v =
= const; 4, 5, б — при о = var
кремния практически не зависит от скорости v при обработке под-
ложек с v = const (рис. 4.17). Однако при обработке с v = var
интенсивность изнашивания примерно в 1,3—1,5 раза выше,
чем при v = const.
Учитывая, что при циклическом изменении давления увеличи-
вается степень динамичности нагружения поверхностного слоя
заготовки со стороны абразивных зерен (аналогично действию
ускорения ат), на основании полученных данных о влиянии
ускорения а1 на строение поверхностного слоя детали можно
предположить, что циклическое изменение давления также при-
водит к увеличению трещиноватости поверхностного слоя. По-
этому для повышения производительности процесса доводки
можно рекомендовать периодически изменять давление, особенно
при прерывистом контакте зерен с обрабатываемой поверхностью.
Окончательную доводку, наоборот, следует производить с плав-
ными изменениями скорости и ускорений при постоянном уровне
давления и работе зерен в условиях микрорезания.
Влияние циклического изменения скорости относительного
движения и давления на размеры и распределение микротрещин
170
рис. 4.18. Электронная микрофотография
(X 500) поверхности ситалла после полирова-
ния суспензией «полирит» при v — var:
v = 0,6 м/с и р = 147 кПа; глубина стравлен-
ного слоя hTp = 0,5 мкм
разрушения выявлено при доводке
образцов из керамики 22ХС и мо-
нокристалла рубина пастой АСМЗ/2
на чугунном притире. Увеличение
переменной скорости v = var прибли-
зительно в 2 раза (от 0,21 до 0,383 м/с)
приводит. к увеличению интенсив-
ности изнашивания керамики от
8,8-10-5 до 10-10~5 мг/мм. При ра-
венстве переменных и постоянных
скоростей иср съем материала при
переменном режиме больше, чем при
постоянном, причем динамичность
нагружения материала образца и притира больше при меньших
значениях давления р.
В результате полирования рубина пастой АСМЗ/2 на чугунном
притире при v = var, ах = 10 ... 20 м/с2 и р = 73,5 кПа обра-
зуется значительно большее число поверхностных дефектов, чем
при v = const и р — 73,5 кПа. Обработка с большими танген-
циальными ускорениями приводит к прерывистому контакту
абразива с обрабатываемой поверхностью. В результате этого
образуются трещины и выколки больших размеров, чем при
обработке с постоянными скоростями. Обработка с малыми уско-
рениями (а1 = 0,2 ... 1,0 м/с2) при больших давлениях р ~
= 147 кПа приводит к уменьшению числа и размеров поверхно-
стных дефектов. Даже на обработанной поверхности образцов
из ситалла, отполированных суспензий «полирит» с v — var,
имеются отдельные микротрещины (рис. 4.18).
Сделанные предположения о характере разрушения материала
и качестве поверхностного слоя подложек, обработанных при
различных кинематических и динамических факторах, подтвер-
ждается при рассмотрении физических и химических процессов,
протекающих при изготовлении полупроводниковых приборов
и их работе. Критерием качества обработки подложек может
служить степень кристаллографического совершенства эпитакси-
альных пленок, наращиваемых на отполированные подложки,
так как дефекты поверхностного слоя подложек «прорастают»
в эпитаксиальную пленку.
На подложках из кремния, отполированных алмазной пастой
АСМ2/1 на полировальнике из замши при р = 9,8 кПа, остается
поверхностный слой глубиной 4—7 мкм. При наращивании на
такую подложку эпитаксиального слоя последний получается
практически поликристаллическим, так как содержит большое
171
chipmaker.ru
число дефектов упаковки и дислокаций. Для получения каче-
ственного эпитаксиального слоя необходимо провести предвари-
тельное травление поверхностного слоя подложки в газообразной
соляной кислоте при 1250 °C в реакторе. Для оценки глубины
поверхностного слоя травление проводили при разной продолжи-
тельности (180, 360, 540 с).
Экспериментально установлено, что при концентрации НС1
в Нг, равной 1,4 %, скорость травления ненарушенного материала
подложек 0,008 мкм/с. Средняя скорость травления <отр подложек
для каждого режима обработки в разные отрезки времени и глу-
бина hTp стравленного слоя указаны в табл. 4.9.
На протравленные таким образом подложки наращивали эпи-
таксиальную пленку n-типа толщиной 10 мкм. Для выявления
степени кристаллографического совершенства эпитаксиаль-
ной пленки ее обрабатывали в селективном травителе
(К2СггО? : HF : Н2О — 1:1:2). При этом обнаружили, что рас-
пределение дефектов (дислокаций или дефектов упаковки) раз-
лично. Число ямок травления определяли с помощью микроскопа
МБС-2 на 17 полях измерения каждой подложки. Результаты
анализа эпитаксиальных структур приведены в табл. 4.10.
При обработке подложек на режимах v ~ const и травлении
их перед эпитаксией в соляной кислоте в течение первых 180 с
с увеличением скорости полирования значительно возрастает
количество дефектов в эпитаксиальном слое, несмотря на то, что
глубина травления с ростом скорости v увеличивается. При трав-
лении подложек в течение 360 с картина изменяется, с ростом
скорости полирования качество эпитаксиального слоя заметно
улучшается, а при травлении в течение 540 с оно становится при-
мерно одинаковым во всех случаях. Здесь следует отметить, что
значения плотности дислокаций N? и плотности дефектов упа-
ковки 5 порядка 101—2-10а могут быть обусловлены каче-
ством кремния и условиями эпитаксиального наращивания.
Полученные результаты наглядно подтверждают данные ана-
лиза качества поверхностного слоя подложек после различных
условий полирования и правильность принятой модели поверх-
ностного слоя кремния.
Так как с ростом скорости при обработке подложек с о =
= const плотность дефектов в поверхностном слое возрастает,
а глубина слоя уменьшается, то при неглубоком травлении (180 с)
подложек в случае их обработки с высокой скоростью эпитак-
сиальные пленки содержат большее количество дефектов, унасле-
дованных от материалов подложки, чем пленки, выращенные на
подложках, обработанных с низкой скоростью (Nn.y = 2-Ю4
и Мд. у— 3-103 см2 соответственно). В последнем случае встре-
чаются отдельные скопления дефектов по глубоким царапинам
на подложке.
При увеличении продолжительности и глубины травления (до
360 с) поверхностный слой на подложках, отполированных со —
172
4.9. Скорость травления а>тр, глубина травления поверхностного слоя
полированных кремниевых подложек, плотность дислокаций в эпитаксиальной пленке
в зависимости от скорости полирования алмазной пастой АСМ2/1
173
chipmaker.ru
4.10. Распределение средних дефектов в эпитаксиальной пленке в зависимости от скорости полирования
кремниевых подложек алмазной пастой АСМ2/1
174
« 1,48 м/с, полностью удаляется и эпитаксиальные структуры
на них имеют малую плотность дислокаций (Л/д = 3,5-10* см-2).
Для подложек, отполированных с низкой скоростью (о = 0,13 м/с),
такое травление не позволяет полностью удалить поверхностный
слой и эпитаксиальные пленки содержат значительное число де-
фектов (Л/д да 6,6-102 см-2), которые, по-видимому, обусловлены
глубокими царапинами на подложке. При травлении подложек
в течение 540 с поверхностный слой удаляется во всех случаях
и эпитаксиальные структуры имеют одинаковое число дефектов.
Дефекты расположены по поверхности равномерно и редко.
При полировании подложек с v — var наблюдается анало-
гичная картина. С ростом средней скорости полирования оср
при неглубоком травлении качество эпитаксиальных пленок ухуд-
шается. При увеличении продолжительности травления подложек
эпитаксиальные пленки имеют примерно одинаковое число де-
фектов. Следует отметить, что даже при травлении подложек
в течение 540 с не удается получить эпитаксиальные пленки с плот-
ностью дефектов ниже, чем + Nn.y 5-102 см-2. Для под-
ложек, обработанных с о == const и протравленных в течение 540 с,
4-Л/д. уда 1,4-Ю2 см"2. Это объясняется двумя причинами:
из-за неоднородности структуры нарушенного слоя подложек
при обработке с v ~ var, даже после травления на глубину 3,5—
4,5 мкм, остаются отдельные скопления дефектов, которые про-
растают в пленку; на подложках, обработанных с и — var, мо-
гут оставаться локальные загрязнения, которые приводят к появ-
лению дефектов эпитаксиального слоя.
С увеличением глубины травления количество локальных скоп-
лений дефектов и число дефектов в каждом таком скоплении умень-
шаются. Подложки, отполированные с низкой средней скоро-
стью (иср == 0,27 м/с) и протравленные на глубину около 3 мкм,
в эпитаксиальных пленках имеют крупные, но редкие скопления
дефектов. С ростом скорости оср при полировании и травлении
на глубину порядка 3 мкм в эпитаксиальных пленках появляются
сравнительно мелкие, но часто встречающиеся скопления дефектов
структуры.
Проведенные исследования качества поверхностного слоя крем-
ниевых подложек позволяют сделать следующие выводы:
1) глубина поверхностного слоя подложек уменьшается с ро-
стом среднего уровня как постоянной, так и переменной ско-
рости оср;
2) при доводке подложек с переменной скоростью t>cp интен-
сивность изнашивания Д' увеличивается примерно в 1,5 раза при
большей неоднородности поверхностного слоя, чем при обработке
с постоянной скоростью;
3) предварительную обработку подложек следует проводить
с ускорениями ат при микровыкалывании частиц материала или
при микрорезании с прерывистым контактом зерен с поверхност-
ным слоем подложки, например с циклическим изменением дав-
176
ления р; окончательную обработку проводят без ускорений при
постоянном давлении и работе зерен в условиях микрорезания
с непрерывным контактом абразивных зерен с поверхностным
слоем подложки.
Свойства поверхностных слоев стальных образцов при доводке
также зависят от скорости, характера ее изменения, давления и
свойств абразива и состояния материала образца. Зависимость
степени пластического деформирования от скорости и характера
ее изменения позволяет управлять строением и глубиной нарушен-
ного поверхностного слоя деталей, причем значения и глубина
пластических деформаций сдвига в поверхностном слое мате-
риала зависят от условий деформирования материала.
Нр,ГПа Нрн,ГПа
О 0,3 0,6 0,9 vcf,M/c 0,3 0,6 0,3 vcp,rtic
а) б)
Рис. 4.19. Зависимость микротвердости НРн от скорости движения образ-
цов из отожженной стали ЗОХГСА при доводке на чугунном притире абра-
зивной суспензией на основе 24АМ28:
а — V = const; б — о — var; (Рн = 0,2 в 0,49 Н) 1 — Но 2; 2 — 48 при р =
= 39,2; 3 — Н0 2; 4 - Но м при р = 215,6 кПа
Экспериментально установлено, что с ростом постоянных и
переменных скоростей v микротвердость НРн в большинстве слу-
чаев увеличивается (рнс. 4.19). Различный характер изменения
микротвердости при различных нагрузках на индикатор с ростом
скорости v свидетельствует об изменении структуры поверхностного
слоя доведенных стальных деталей при изменении скорости дви-
жения образца.
Значения микротвердости, измеряемые при нагрузке Ря,
определяются свойствами и глубиной первой и второй зон поверх-
ностного слоя.
Полуширина В дифракционной кривой в значительной сте-
пени зависит от дефектов в первой зоне поверхностного слоя
(рис. 4.20). Предполагается, что В одновременно зависит от глу-
бины первой зоны поверхностного слоя и количества дефектов
в ней, определяемых изменениями в блоках мозаики и микро-
напряжениями II рода. Нарушения второй зоны поверхностного
слоя должны оказывать меньшее влияние на В. Вторая зона яв-
ляется деформационно-упрочненной, что связано с изменением
параметров кристаллической решетки, поэтому Д0 зависит от
нарушений во второй зоне. Величина Д0 не характеризует пол-
ную глубину второй зоны, поскольку глубина проникновения
176
рентгеновских лучей мала и по расчетам не превышает 6 мкм, т. е.
значительно меньше глубины поверхностного слоя.
Учитывая, что при доводке отсутствуют высокие температуры
и, следовательно, фазовые изменения в материале образца, можно
считать, что изменения ДО для образца из стали вызваны дейст-
вием зональных напряжений (напряжения I рода). Установлено,
что полуширина В дифракционной кривой с ростом скорости
уменьшается при постоянных режимах и увеличивается при пере-
менных. Увеличение В при работе с переменными скоростями,
особенно при р = 39,2 кПа, свидетельствует об увеличении на-
рушений в первой зоне поверхностного слоя материала образца.
Рис. 4.20. Зависимость полуширина
В дифракционной кривой для образ-
цов из отожженной стали 30ХГСА от
скорости при доводке иа чугунном при-
тире абразивной суспензией иа осно-
ве 24АМ28:
1 “ р » 39,2 кПа; 2 ™ р = 215,6 кПа при
v ~ var; 3 — р — 39,2 кПа; 4 — р =
— 215,6 кПа при и — const; 5 эталон
Поскольку динамичность нагружения поверхностного слоя об-
разцов в этом случае (малое давление и высокие значения ускоре-
ний) возрастает из-за повышения вероятности работы зерен в ус-
ловиях прерывистого контакта с поверхностным слоем образца,
это приводит к увеличению вероятности развития очагов разру-
шения материала в связи с появлением микротрещин. При этом
следует ожидать увеличения В.
Таким образом, повышение ускорений а1 способствует увели-
чению нарушений в поверхностном слое (увеличиваются блоч-
ность, микронапряжения II рода, трещиноватость). Напряжения
второй зоны поверхностного слоя также зависят от характера
нагружения системы образец — абразивная прослойка — при-
тир.
При измерении Д6 экспериментально установлено, что для
доведенных образцов углы Брегга меньше, чем для необработан-
ных в отожженном состоянии, что указывает на изменение пара-
метров решетки. С ростом скорости при р = 39,2 кПа наблюдается
уменьшение значений Д6 для v = var по сравнению с v = const,
что подтверждает предположение об уменьшении деформационного
упрочнения при наличии ускоренного движения (табл. 4.11).
Глубину нарушенного слоя определяли, электрополируя образцы
и измеряя В и Д6 по глубине травления. Снижение значений В
по глубине поверхностного слоя носило экспоненциальный ха-
рактер, причем уменьшение на 70—80 % наблюдалось после отрав-
ления слоя глубиной 2—4 мкм. В первом приближении можно счи-
тать, что глубина первой трещиноватой зоны находится в преде-
177
chipmaker.ru
4.11. Параметры состояния поверхностного слоя доведенных образцов
из отожженной стали ЗОХГСА (НВ 210)
При v = var
0,28 39,2 0,48 8 0,3 21 6,8 0,65 1,35
215,6 0,50 6 0,4 30 17,1 4,3 1,20
0,57 39,2 0,50 6 0,16 9 7,8 1,05 1,12
215,6 0,53 6,8 0,35 20 20,6 4,95 0,98
1,18 39,2 0,44 6,9 0,12 9 14,5 2,05 1,02
215,6 0,56, 8,2 0,26 15 24,5 4,7 0,7
0,08 39,2 0,52 8,2 0,4 37 8,8 0,4 1,21
215,6 0,58 10,5 0,45 При 47 V = cons 19,6 t 4,1 1,1
0,73 39,2 0,54 8,5 0,4 33 12,2 0,5 1,25
215,6 0,61 11,2 0,43 38 21,0 4,15 1,02
1,43 39,2 0,5? 8,7 0,26 16 14,7 0,45 1,28
215,6 0,62 9,7 0,30 19 24,5 3,3 0,82
Примечания: 1. Для необработанного материала в отожженном со-
стоянии угол Брегга 0 = 0,495 рад, его изменении Д9 определяли на дифракто-
метре ДРК-2 по полуширине В дифракционной линии.
2. Условия доводки: стенд конструкции МВТУ им. Н. Э. Баумана, абра-
зивная суспензия На основе 24АМ14, притир из чугуна СЧ15 (НВ 120).
лах 2—4 мкм. Кроме того, можно предположить, что плотность
дефектов по глубине второй зоны поверхностного слоя не изме-
няется.
Отметим, что дефекты первой зоны поверхностного слоя (блоч-
ность и трещиноватость) нельзя механически отождествлять с ше-
роховатостью поверхности. Однако можно предположить, что
число и расположение микротрещин на поверхности связано с раз-
мерами рисок на поверхности. Чем больше число микротрещин,
хаотичнее они расположены в пространстве и больше блочность
кристаллической структуры металла (больше В), тем меньше вы-
сота неровностей на поверхности образца (меньше Rz).
На основании этого представления, судя по увеличению Rz
(рис. 4.21) и уменьшению В (см. рис. 4.20) с ростом постоянной
скорости при р = 39,2 кПа, можно заключить, что в указанных
условиях строение первой зоны поверхностного слоя претерпе-
вает изменение: помимо мелких микротрещин появляются круп-
ные. В свою очередь, это свидетельствует о том, что с ростом
скорости изменяется механизм разрушения материала. При боль-
шей скорости увеличивается микровыкалывание и микрореза-
ние зернами абразива в условиях прерывистого контакта с по-
178
верхностным слоем образца, что приводит к вырыванию отдель-
ных крупных частиц или более сильному наклепу материала по-
верхностного слоя (увеличение Н0А, см. рис. 4.19, и уменьшение В,
см. рис. 4.20), его охрупчиванию и отделению крупных частиц
вследствие малоциклового усталостного изнашивания.
Прн увеличении давления до р = 215,6 кПа в условиях непре-
рывного контакта абразивных зерен с поверхностным слоем об-
разца наблюдают преимущественно пластическое деформирова-
ние материала и отделение микростружки при большем внедрении
абразивных зерен в поверхностный слой образца. В этих условиях
трещиноватость нарушенного слоя уменьшается (уменьшение В,
см. рис. 4.20), а также уменьшается влияние трещиноватости на
шероховатость формируемой поверхности. Поскольку множест-
венность плоскостей скольжения, возникающих при пластическом
Рис. 4.21. Зависимость параметра Rz ше-
роховатости поверхности от скорости v
при доводке отожженной стали ЗОХГСА
на чугунном притире абразивной суспен-
зией на основе 24АМ28:
1 — р — 39,2 кПа; 2 — р = 215,6 кПа при
V = var; 3 — р — 39,2 кПа; 4 — р = 215,6 кПа
при V const
деформировании в условиях увеличенного давления, способст-
вует разрушению материала по плоскостям, расположенным под
тупыми углами друг к другу, шероховатость вновь образую-
щейся поверхности снижается. Уменьшение Rz (см. рис. 4.21,
кривая 4) подтверждает это.
Установленные зависимости микротвердости Яо,« поверхност-
ного слоя и параметра Rz шероховатости поверхности от ско-
рости v — var (оСр 50 м/мин) при двух уровнях давления
(39,2 и 215,6 кПа) подтверждаются экспериментальными данными,
полученными В. С. Рысцовой, В. Н. Дмитришиным и В. Г. Сви-
ницкой, свидетельствующими об уменьшении пластической де-
формации поверхностного слоя стальных образцов после растро-
вой доводки (измерение микротвердости при Ри — 20 Н) с ростом
давления р: уменьшение искажения кристаллической решетки hala,
плотности дислокаций р, а также уменьшение блочности D мате-
риала. Физические свойства поверхностного слоя образцов из
стали 40Х (HRCg40) изучены по результатам исследования только
первой зоны поверхностного слоя (в соответствии с принятой мето-
дикой измерения свойств поверхностного слоя). Поэтому установ-
ленное снижение износостойкости поверхностного слоя образцов
после растровой доводки при повышении давления р можно объ-
яснить влиянием ускорений а? на свойства поверхностного слоя.
С ростом динамичности процесса (t> == var) можно предполо-
жить, что структура первой зоны поверхностного слоя характе-
ризуется увеличением трещиноватости (см. рис. 4.20, кривая /),
179
chipmaker.ru
а ее глубина уменьшается (увеличение Н0,2, см. рис. 4.19, кривая /).
Большое число микротрещин приводит к увеличению интенсив-
ности изнашивания Ао (рис. 4.22) и сложному их пересечению
и сглаживанию шероховатости поверхности, т. е. к. уменьше-
нию Rz (см. рис. 4.21, кривая /). Значения микротвердости Н0)2
и //0,4в одновременно уменьшаются с ростом динамичности про-
цесса при оср = 0,83 ... 1,17 м/с и р = 39,2 кПа. Это позволяет
сделать вывод о том, что относительное падение значений //0j2
должно в этом случае соответствовать увеличению глубины первой
зоны, а падение значений Н0>48 — уменьшению глубины второй
зоны поверхностного слоя.
к
8
6
2
0
Рис. 4.22. Зависимость интенсивности изнашивании Ко материала образца из
отожженной (о) н закаленной (б) стали ЗОХГСА в зависимости от скорости его
движения по чугунному притиру абразивной суспензией на основе 24АМ14:
] — р = 39,2 кПа; 2 — р = 215,6 кПа и 5 — 117,5 кПа при v = var;
3 р == 39,2 кПа; 4 — р = 215,6 кПа и 6 — 117,6 кПа при v = const
Такое перераспределение деформированных (нарушенных) зон
может означать, что пластическое деформирование протекает
менее интенсивно или образование микротрещин сопровождается
меньшей пластической деформацией, что косвенно подтверждается
меньшими значениями силы Вср прн v = var, чем при v = const
(см. табл. 4.11). В свою очередь, это должно привести к интенсив-
ному росту трещиноватости первой зоны поверхностного слоя,
к увеличению числа отделившихся частиц и уменьшению их
размеров. Полученные экспериментальные значения Ао и Rz
подтверждают сделанные выводы. Анализ данных по изменению
микротвердости от режимов обработки с учетом изменения ве-
личин В, ДО, Fcp, Ао позволяет представить поверхностный слой
доведенного образца из отожженной стали состоящим из двух
зон, причем глубина первой зоны 2—4 мкм, а глубина второй
зоны поверхностного слоя уменьшается с увеличением v = const
и v = var.
Влияние динамичности процесса на увеличение интенсивности
изнашивания Ао значительнее прн малых давлениях р = 39,2 кПа,
т. е. в условиях микровыкалывания и микрорезания с прерыви-
стым контактом абразивных зерен с поверхностным слоем образца.
. 180
Поэтому можно предположить, что ускоренное движение образца
в процессе абразивной доводки увеличивает долю зерен, работаю-
щих в незакрепленном состоянии (уменьшается шаржирование
абразива при ускоренном движении образца), или изменяется
механизм разрушения материала. В последнем случае можно
ожидать увеличения числа очагов мнкротрещин хрупкого раз-
рушения (материал как бы дополнительно охрупчивается).
Приведенные выводы основаны на дислокационных представ-
лениях о деформации металлов. Согласно выводам теории дисло-
каций напряжение, необходимое для перемещения дислокаций
с большей скоростью, возрастает. Увеличение силы Fcp с ростом
скорости движения образца (см. табл. 4.11) подтверждает эти вы-
воды.
Изменение Д0 при р = 215,6 кПа, когда осуществляется
микрорезание и развиваются большие пластические деформации,
подтверждает это предположение. При этом деформирование
материала происходит в локальной зоне вследствие более частого
пересечения множества полос скольжения, двойникования и ми-
кротрещин. Поэтому при обработке поликристаллнческих мате-
риалов с ростом скорости движения образца глубина деформиро-
ванного (или наклепанного) слоя должна уменьшиться. Это под-
твердилось при определении глубины /г2 второй зоны поверхност-
ного слоя. Уменьшение ДО глубины /г2 нарушенного слоя, высоты
неровностей Rz, увеличение интенсивности изнашивания Ко ма-
териала образца и полуширины В дифракционной кривой при пе-
ременной скорости v = var подтверждает выдвинутую гипотезу
об охрупчивании разрушенного материала с ростом ускорения ах.
При доводке заготовок из стали установлены следующие осо-
бенности формирования свойств поверхностного слоя в зависимо-
сти от кинематических факторов процесса:
при увеличении ускорений относительного движения заготовки
по притиру уменьшается глубина как первой, так и второй зон
поверхностного слоя в результате возрастания доли хрупкого
разрушения;
степень влияния ускорений на производительность и качество
поверхностного слоя стальных заготовок при микровыкалывании
и микрорезании с прерывистым контактом абразивных зерен
с поверхностным слоем при р = 39,2 кПа больше, чем в условиях
микрорезания при непрерывном контакте зерен прн р = 117,6 кПа.
Таким образом, при доводке параметры качества обработан-
ных поверхностей деталей из хрупких и пластичных материалов
и показатели процесса характеризуются следующими закономер-
ностями .
1. Независимо от обрабатываемого материала поверхностный
слой деталей после доводки характеризуется неоднородностью
распределения дефектов по глубине.
2. С ростом скорости движения заготовок глубина поверхност-
ного слоя уменьшается.
.Л
chipmaker.ru
3. При наличии тангенциальных ускорений движения образца
снижается общая глубина поверхностного слоя, повышается
неоднородность его строения по глубине и увеличивается степень
блочности материала трещиноватой зоны поверхностного слоя.
4. При снижении контактного давления р увеличивается влия-
ние ускорений ах заготовки по притиру на строение поверхност-
ного слоя и его характеристики.
5. Следует ожидать, что циклическое изменение скорости v,
тангенциального ускорения а1 относительного движения заго-
товки по притиру и давления р в зоне контакта поверхностей
относительно их номинальных значений приведет к изменению
строения поверхностного слоя, уменьшению его глубины и по-
вышению съема материала с заготовки.
6. Для повышения производительности процесса обработки
подложек из кремния предварительную доводку следует произ-
водить с ускорениями ах = 4 ... 5 м/с2.
7. Для получения однородного поверхностного слоя минималь-
ной глубины подложки из кремния следует доводить при постоян-
ной скорости (у = 1,17 ... 1,5 м/с).
8. Для повышения производительности обработки при до-
водке и снижения параметра Rz шероховатости поверхности за-
готовки из закаленной или отожженной стали следует обрабаты-
вать при Ущах/Umin = 5 ... 10 и ускорении ах = 4 ... 8 м/с2.
9. Для повышения износостойкости поверхности стальных
деталей их следует доводить при плавном изменении скорости
до v — 1,67 м/с («х = 0,2 ... 1 м/с2), давления до р = 196 кПа,
что приводит к уменьшению глубины трещиноватой зоны поверх-
ностного слоя.
4.4. ВЛИЯНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ РАБОТЫ ЗЕРЕН АБРАЗИВНОЙ
ПРОСЛОЙКИ НА ПОКАЗАТЕЛИ ПРОЦЕССА ДОВОДКИ
Колебания размера h рабочего зазора (толщины абразивной
прослойки) между поверхностями заготовки и притира (прити-
ров в случае двусторонней доводки) приводят к изменению ха-
рактера воздействия абразивных зерен и, следовательно, к изме-
нению равновесного энергетического состояния поверхностного
слоя заготовки и притира, свойственного данным стационарным
условиям изнашивания.
В процессе абразивной доводки скорость движения заготовки
по притиру может достигать значений скоростей потока при ги-
дроабразивном изнашивании. Вследствие колебания зазора h
следует ожидать появления процессов, происходящих при ги-
дроабразивном изнашивании твердых тел, и изменения показате-
лей процесса во времени.
При изменении соотношения hid, размера h зазора и среднего
размера d абразивного зерна воздействие последнего на поверх-
ности заготовки и притира может происходить по двум «гранич-
182
Рис. 4.23. Схема динамометрического
устройства и приспособления к стенду
для гидроабразивной доводки деталей:
/ — заготовка* (образец); 2 — динамоме-
трическая скоба; 3 — датчики; 4 — дина-
мометрическая пластина; 5 — датчики; 6 —
притир; 7 — абразивная суспензия
ним» схемам: в условиях микро-
резания при непрерывном кон-
такте с поверхностными слоями
заготовки и притира; в уело-
виях периодического (преры-
вистого) контакта. Доводка
заготовок по второй схеме
обработки будет осуществляться
либо при наличии внешней нор-
мальной нагрузки, когда h^>d,
либо при отсутствии внешней
нормальной нагрузки, созда-
ющей начальное контактное
давление. В последнем случае
необходимо создать гарантированный (установочный) зазор h
между поверхностями заготовки и притира, который меньше
либо больше d.
Возникающее при обработке заготовки давление имеет динами-
ческую природу и создается, вероятно, за счет движения абразив-
ной прослойки, вызывающего гидроабразивное изнашивание ма-
териала заготовки и притира. Если h > d, то изнашивание мате-
риала заготовки и притира происходит вследствие микровыкалы-
вания и микрорезания при прерывистом контакте зерен абразива
или мгновенного замыкания контакта между поверхностями при-
тира и заготовки через зерна или частицы зерен при их многослой-
ном расположении в зазоре. При ускоренном движении заготовки
по рабочей поверхности притира усиливается действие механизма
хрупкого разрушения материалов.
Для физического моделирования процесса абразивного изна-
шивания материалов при отсутствии внешней нормальной нагрузки
создано приспособление к стенду (рис. 4.23). Оно дает возможность
измерять нормальную р0 и тангенциальную рт нагрузки при изме-
нении рабочего зазора h между поверхностями образца и притира
от нуля до нескольких миллиметров. Образцы из закаленной
стали У8А (HRC352), твердого сплава Т15К6 и ВКЗ-М, алюминие-
вого сплава АМг4 перемещали по дорожке на притире из чугуна
НВ 130 с относительной скоростью v = 0,58 м/с.
Проведенные эксперименты позволили установить закономер-
ности изнашивания материала образцов абразивными суспен-
зиями на основе электрокорунда 24А и карбида кремния 63С
с соотношением жидкой и твердой составляющих Ж ' Т =
= 5:2.
183
Зависимости съема Q материала образца, динамической нор-
мальной нагрузки р0 от отношения hid имели экстремальный ха-
рактер (рис. 4.24, 4.25). При hid — 1,5 увеличивался износ, ве-
роятно, вследствие повышения интенсивности выкалывания и
Рис. 4.24, Зависимость съема материала образцов из стали У8А (а), твердого
сплава Т15К6 (5) и алюминиевого сплава АМг4 (в) при доводке абразивной суспен-
зией на основе электрокорунда 24А зернистостью 25 (кривая /) и 32 (кривая 2)
(д) и карбида кремния 63С зернистостью 25 (б и в)
микрорезания при прерывистом контакте абразивных зерен с по-
верхностным слоем образца (согласно ГОСТ 3647—80 при указан-
ном соотношении hid размер зерен крупной фракции абразивного
порошка меньше размера зазора h). При увеличении hid уменьша-
Рис. 4.25. Удельные нормальная р0 (с) и тангенциальная рг (б) нагрузки
при доводке образца из стали У8А абразивной суспензией на основе элек-
трокорунда 24А зернистостью 25 (кривая /), 32 (кривая 2), алюминиевого
сплава АМг4 (кривая 3) и твердого сплава Т15К6 (кривая 4) карбидом крем-
ния 63С зернистостью 25
лась нагрузка. По данным В. Н. Кащеева, увеличение динамиче-
ской нормальной нагрузки р0 должно привести к усилению ин-
тенсивности хрупкого разрушения материала образца. Отсутствие
явно выраженных следов пластического деформирования поверх-
ностного слоя образцов и наличие следов осповидного износа
на электронно-микроскопических снимках поверхности при hid «
184
Рис. 4.26. Поверхность образцов из твер-
дого сплава Т15К6, обработанная алмазной
суспензией А125/100 при hJa= I (Х500)
да 1,5 свидетельствуют о повыше-
нии роли хрупкого разрушения ма-
териалов (рис. 4.26).
На основании данных модели-
рования процесса абразивного изна-
шивания твердых тел при наличии
внешней нормальной нагрузки р0
можно предположить, что характер
воздействия абразивных зерен при
доводке заготовок с гарантирован-
ным зазором относительно рабочей
поверхности притира зависит от из-
менения таких факторов процесса,
как скорость о, ускорение а\ коли-
чество абразивной суспензии, но со-
храняет свою природу, так как износ
материала происходит вследствие гид-
роабразивного изнашивания.
Итак, впервые установленное
явление съема материала заготовки
и притира при отсутствии внешней
нормальной нагрузки и
существовании зазора между изнашиваемыми поверхностями,
превышающего размеры зерен абразива, ставит новую актуальную
проблему формообразования поверхностей — определение кон-
тактного давления при взаимодействии поверхностей в условиях
непрерывного изменения толщины абразивной прослойки между
поверхностями заготовки и притира на стадии переходного про-
цесса изнашивания и стадии приработки поверхностей.
При отсутствии начального контактного давления (внешней
нормальной нагрузки) съем материала с заготовки и притира про-
исходит вследствие гидроабразивного из> гшивания материала
заготовки и притира. Силовое взаимодействие заготовки и при-
тира при отношении толщины абразивной прослойки к размеру
зерна более единицы является динамическим, поэтому основанный
на данном явлении способ доводки или полирования заготовок
с гарантированным зазором назван автором гидроабразивным
или гидродинамическим.
4.6. ВЛИЯНИЕ СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ ЗАГОТОВКИ
НА ШАРЖИРОВАНИЕ ЗЕРЕН АБРАЗИВА
Результаты исследования изнашивания притиров при доводке
незакрепленным абразивом позволяют констатировать, что износо-
стойкость притиров в значительной мере зависит от шаржирова-
ния зерен абразива в притир. Процесс внедрения абразивных
185
er.ru
зерен в притир и деталь определяется свойствами материалов
контактирующих тел (притира, заготовок и абразива), условиями
доводки и является динамическим. С повышением относительной
скорости движения заготовки повышается кинетическая энергия
вращения зерна (по Н. Н. Качалову), что способствует более раз-
нообразной ориентации главных кристаллографических осей вне-
дрившихся зерен. Однако при большем уровне кинетической энер-
гии снижается вероятность удержания более подвижного зерна
в поверхностном слое. Такое, неустойчивое состояние зерен сле-
дует ожидать при больших значениях переменной скорости дви-
жения образца. Эти предположения проверены экспериментально
на стенде физического моделирования процесса доводки.
Шаржирование зерен абразива осуществляли в образцы-пробки,
установленные заподлицо с рабочей поверхностью притира, при
движении контробразца с постоянной или переменной скоростью.
Об уровне шаржирования абразива судили по наличию зерен аб-
разива в пробках. Для исследования влияния изменения скорости
на уровень шаржирования абразива пробки устанавливали одно-
временно в четыре различные зоны притира, которые контробразец
проходил с максимальной wmax и минимальной сот1п угловой ско-
ростью и с максимальным тангенциальным ускорением
Исследуемые образцы-пробки изготовляли из чугуна СЧ15
(НВ 210), меди Ml (НВ 75), стали 30ХГСА (HRC347), а контр-
образцы — из стали У8А (HRQ,52) и твердого сплава ВКЗ-М.
При предварительном монтаже пробки поднимали над поверхно-
стью притира на 0,04—0,05 мм, а затем доводили их совместно
с притиром карбидом бора зернистостью 4 до достижения откло-
нения от плоскостности притира в пределах 0,001—0,003 мм. Та-
кая подготовка образцов-пробок позволила удалить поверхност-
ный слой, созданный предварительной обработкой, и создать
структуру поверхностного слоя, характерного для доводочных
операций.
В опытах использовали пасту на основе электрокорунда бе-
лого 24А зернистостью 25 и 32, разбавленную керосином (расход
керосина 6 капель/мин). Пасту наносили на притир из расчета
0,15 мг/см2. Контробразец двигался на пути 10 м. Для количест-
венной оценки числа шаржированных зерен абразива был приме-
нен метод рентгеноструктурного анализа доведенной поверхности.
Полученные рентгенограммы обрабатывали по методике, создан-
ной во В НИИ Алмазе.
Проведенные эксперименты показали, что степень шаржирова-
ния зерен абразива зависит от скорости движения контробразца
и других условий доводки. При плоской доводке с постоянной
скоростью движения контробразца и при малом давлении р ==
= 39,2 кПа шаржирование зерен абразива 24А в чугунные об-
разцы с ростом скорости от 0,13 до 1,55 м/с уменьшается, если кон-
тробразец из стали, и возрастает, если он из твердого сплава. При
использовании контробразца из твердого сплава степень шаржи-
186
рования абразива в чугунные образцы возрастает пропорциональ-
но давлению при малой и большой скорости движения (v =
= 0,13 ... 1,55 м/с). При применении контробразца из стали за-
висимость степени шаржирования абразива от давления нели-
нейна.
Исследования показали, что движение стального контробразца
с переменной скоростью приводит к различным уровням шаржи-
рования абразивных зерен в разных зонах траектории. Наиболь-
ший уровень шаржирования установлен при р = 39,2 кПа в зоне
движения контробразца с минимальной скоростью vmln. При
этом он в 2 раза меньше, чем при постоянном режиме и том же
значении скорости. В зоне движения образца с максимальной ско-
ростью цтах уровень шаржирования в 2 раза ниже, чем при ут1п,
но несколько выше, чем при постоянном режиме и том же значе-
нии скорости. В зонах действия максимального тангенциального
ускорения ат&к движения контробразца шаржирование незначи-
тельно. Эти данные полностью подтверждают предположение о
снижении уровня шаржирования абразива в притир в зонах уско-
ренного движения образца. При применении контробразца из
твердого сплава и переменных режимах с увеличением скорости v
уровень шаржирования абразива 24А в чугун ниже, чем при по-
стоянном режиме. Это, очевидно, связано с дробимостью зерен
абразива, которое обусловлено тем, что зерна абразива 24А не
могут внедриться в поверхность прочного твердосплавного образца
и, следовательно, обладают повышенной подвижностью.
Установлено, что шаржирование зерен в различные материалы
при изменении режимов протекает по различным законам и за-
висит не только от твердости материалов. Так, с помощью твердо-
сплавного контробразца шаржирование чугуна наиболее ин-
тенсивно протекает при повышенной скорости (у = 1,55 м/с)
и малых ускорениях (amin < 1 м/с2), а шаржирование стали —
при меньшей скорости (и = 0,8 м/с) и больших ускорениях
(дм = 5 м/с2). Твердость меди в 2,8 раза меньше твердости чу-
гуна, а шаржирование зерен абразива в медь только на 30 %
больше, чем в чугун.
Таким образом, экспериментальные данные об уменьшении
шаржируемости абразивных зерен при ускоренном движении
полностью подтверждают выдвинутые предположения. Обработка
результатов рентгеноструктурных исследований показала, что
на рентгенограммах чаще наблюдаются отражения от кристалло-
графической плоскости (102) и реже — от плоскостей (123) и
(101). Большая частота появления этих отражений свидетельст-
вует о преимущественной ориентации шаржированных зерен,
при которой указанные плоскости располагаются параллельно
поверхности исследуемых образцов.
Следовательно, можно заключить, что шаржирование зерен
абразива 24А осуществляется как острыми, так и тупыми гранями.
187
chipmaker.ru
Это подтверждает наше предположение о сложном характере
внедрения зерна в поверхность заготовки или притира, которое
не является простым вдавливанием (внедрением) зерна по схеме
работы индентора.
На основании экспериментальных данных по влиянию зазора
между заготовкой и притиром на показатели процесса изнашива-
ния, а также по шаржированию зерен абразива 24А можно сде-
лать следующие выводы.
1. Износ материала заготовки и притира происходит даже
при зазоре (толщине абразивной прослойки) между заготовкой
и притиром h = (2 ... 3) d. При изменении зазора между взаимо-
действующими поверхностями заготовки и притира изменяется
интенсивность изнашивания материала заготовки и притира, что
следует учитывать при решении задач формообразования поверх-
ностей заготовки.
2. С повышением твердости доводимых заготовок уменьшается
степень влияния ускорений с? движения образца на процесс
шаржирования абразива в детали. Движение заготовки с резкими
перепадами скоростей и ускорений при v — 0,5 ... 0,67 м/с и
= 5 ... 10 м/с2 способствует резкому снижению уровня шаржи-
рования абразива в детали.
Проведенное физическое моделирование в условиях, близких
к реальному процессу доводки, показало, что показатели процесса
с переменными скоростями (ускоренное движение) отличаются от
аналогичных зависимостей, полученных при постоянных скоро-
стях относительного движения заготовки и притира. При перемен-
ных скоростях движения скорость травления, плотность дислока-
ций, трещиноватость поверхностного слоя, полуширина дифрак-
ционной кривой, как правило, больше, чем при постоянных
скоростях. Износостойкость материала заготовки и притира при
переменных скоростях изнашивания, как правило, меньше, чем
при постоянных.
Целенаправленное изменение кинематических, технологиче-
ских, динамических и геометрических факторов процесса доводки
позволит изменять в процессе обработки свойства поверхност-
ного слоя доводимых поверхностей, интенсивность изнашивания
материала, а следовательно, управлять одновременно параметрами
качества и производительностью обработки.
Основная практическая ценность установленных моделирова-
нием закономерностей процесса доводки поверхностей деталей
заключается в следующих положениях: 1) целенаправленное соз-
дание новых способов доводки поверхностей, новых доводочных
инструментов и исполнительных механизмов станков; 2) получе-
ние исходных данных для математического моделирования про-
цесса доводки с целью достижения требуемых параметров каче-
ства, производительности обработки и себестоимости изготовле-
ния детали и последующей сборки изделия в целом.
ГЛАВА 5
ПОКАЗАТЕЛИ ТОЧНОСТИ ДОВОДКИ ПОВЕРХНОСТЕЙ
И ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА КАЧЕСТВО ОБРАБОТКИ
5.1. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПРОЦЕССА ФОРМООБРАЗОВАНИЯ
ПОВЕРХНОСТЕЙ ПРИ ОДНОСТОРОННЕЙ ДОВОДКЕ
В процессе односторонней плоской доводки стальных и твердо-
сплавных образцов (заготовок) диаметром 40 мм на модернизиро-
ванном станке С-15 с различной частотой вращения притира
(п4 = 1; 1,5; 2 и 3 с-1) при постоянной частоте вращения шпинделя
деталей (п2 = —3,2 с-1) форма рабочей поверхности притира из-
меняется в зависимости от уровня кинематического режима. Схема
расположения образцов на притире при наладке станка с эксцен-
триситетом осей вращения притира и заготовки е = 77,5 мм и
радиусом поводка г «г 70 мм дана на рис. 2.4.
На рис. 5.1 показаны профили рабочей поверхности притира
в диаметральных сечениях диаметром D = 320 мм после 3, 6
и 9 ч непрерывной доводки твердосплавных образцов алмазной
пастой АСМ5/3 при четырех режимах обработки. При любом
кинематическом режиме рабочая поверхность притира изменяется
от исходной до некоторой установившейся, возникающей после
6—8 ч непрерывной работы. Переходный процесс изнашивания
притира до появления установившейся формы характеризуется
значительной неравномерностью изнашивания отдельных коль-
цевых участков поверхности, а длительность его зависит от исход-
ной формы. Однако эксперименты показали, что влияние кинема-
тического фактора на характер изнашивания поверхности при-
тира зависит от давления р за одно и то же время доводки /д
(рис. 5.2). Наиболее значительное влияние давления р и скорости v
на характер изнашивания притира проявляется при резком пере-
паде скорости и ускорения.
В общем случае износ U не пропорционален работе А, затрачен-
ной на изнашивание материала притира. По существующим
представлениям, износ элементарной площадки dxXdy поверх-
ности стекла при полировании инструментом пропорционален
механической работе А = fCpvt, где / — коэффициент трения;
С — площадь контактирующих поверхностей; vt — путь относи-
тельного движения стекла и инструмента. Отсюда следует, что
скорость изнашивания у — U/t — fCpv. Если принять допущение,
что f и С постоянны во времени t, то скорость изнашивания про-
порциональна произведению pv. Эксперименты показали, что
189
chipmaker.ru
одному значению pv (при различных значениях сомножителей)
соответствуют различные скорости изнашивания у. Например,
после доводки образцов в течение t = 360 мин при двух режимах
(рис. 5.3, а и в): 1) п4 = 1,5 с-1; n2 = —3,2 с-1; = 1,33 ...
2,92 м/с (ГгГ = 3,2); р1 — 39,2 кПа; 2) гц = 3 с-1; п2 = —3,2 с-1;
Рис. 5.1. Форма изно-
шенной поверхности чу-
гунного притира диаме-
тром D = 320 мм после
(д = 3, 6, 9 ч непрерыв-
ной доводки твердосплав-
ных образцов пастой
АСМ5/3 на станке С-15
при р = 39,2 кПа и п, =
= 3,2 с’1:
а — nt — 1 с-1; б — п4 =
= 1,5 с-1; в — п, - 2 с-*;
г — п4 = 3 с-1
и2 = 1,25 ... 4,42 м/с (йв1 — 2,1); р2 — 86,3 кПа получены сле-
дующие значения pv:
для центральной зоны (У? = 0)
РЛ = 39,2-1,33 = 52,2 кПа-м/с;
р2ц2 = 86,3-1,25 = 107,9 кПа-м/с;
для периферийной зоны (₽ = 160 мм)
p\v\ = 39,2-2,92 — 114,3 кПа-м/с;
р&г = 86,3-4,42 = 381,2 кПа-м/с.
190
Рис. 5.3. Влияние изменения давле-
ния на форму поверхности прнтира
при доводке твердосплавной детали из
твердого сплава диаметром 40 мм па-
стой АСМ5/3:
а — р = 39,2 кПа, v = 1,33 ... 2,92 м/с;
б — р = 39.2 кПа, V = 1,25 ... 4.42 м/с;
в — р = 78,5 кПа, V = 1.2Б--, 4,42 м/с
Рис. 5.2. Влияние изменения давле-
ния на погрешность Дп формы поверх-
ности притира прн доводке твердо-
сплавного образца диаметром 40 мм
пастой АСМ5/3:
а - V = 1.37 ... 2.42 м/с. а^ах = И м/с2-
(д = 655 мин; б — V == 1,33 ... 2,92 м/с,
"max = 14 'д = 555 “ин: в “ 0 “
= 1,25 .. 4.42 м/с. = 31 м/с2. /д =
= 360 мни; 1 — р = 39,2 кПа. 2 — р =
= 62.8 кПа; 3 — р = 86,3 кПа
191
chipmaker.ru
Отсюда ргЪ/р\и\ = 107,9/52,2 « 2; ргРг/рМ = 381,2/114,3 « 3,3.
Соответственно отношения скоростей изнашивания:
y2/yi = 23/18 «1,3 (Я = 0); у^ = 6,0/6,5 « 0,92 (R = 160 мм).
Следует отметить, что для центральной зоны Ui « и2; а* =
= al — 0, а для периферийной зоны v'i =/= vl (r>J = 4,42 м/с,
t)2 = 2,92 м/с); aj — al = 0. В центральной (0 < /? < 40 мм)
и периферийной (R = 160 мм) зонах для двух указанных кине-
матических режимов изменение скоростей vx и и2 по длине траек-
тории движения образца по притиру менее значительно, чем из-
менение тангенциальных ускорений а] и al по длине L: более
резко изменяется ат для центральной зоны притира (см. измене-
ние угла наклона к оси абсцисс зависимостей а?1с?тлк = f (L)
и u/umax = f (L) для = 3,2 и i2b’ = 2,1, приведенных на
рис. 3.3).
С повышением давления в центральной зоне притира приблизи-
тельно в 2 раза и соответственно с увеличением pv в 2 раза ско-
рость изнашивания увеличивается в 1,3 раза. И наоборот, при
увеличении давления р в 2 раза и pv приблизительно в 3,3 раза
в периферийной зоне скорость изнашивания уменьшается (у/у\ «
« 0,92). Аналогично увеличение произведения pv приблизительно
в 2 раза вследствие увеличения скорости в 2 раза для одного и
того же кинематического режима (Di = 1,33 м/с и v{ = 2,92 м/с)
при одинаковом давлении р (рхх\ — 39,2 1,33 = 52,2 кПа-м/с и
p\v'\ — 39,2-2,92 = 114,3 кПа-м/с) приводит к увеличению ско-
рости изнашивания в 2,8 раза: уЦу\ = 18/6,5 « 2,8.
Эксперименты показывают, что влияние pv на износ притира
зависит также от характера движения (ускорения а1 движения
образца по притиру) при постоянном давлении. Для центральной
зоны притира при р = 39,2 кПа; vx — 1,33 ... 2,92 м/с (см.
рис. 5.3, а) и ц2 = 1,25 ... 4,42 м/с (рис. 5.3, б) отношение ско-
ростей изнашивания у-^Уъ = 18/10,5 « 1,7, т. е. pxvx « р2и2
(pjUj — 39,2 -1,33 = 52,2 кПа-м/с; р2и2 = 39,2-1,25 = 49 кПах
Хм/с), а уг Ф у2 (рис. 5.3, а и б).
Для периферийной зоны притиров при тех же условиях изна-
шивания y\lyl « 6,5/6,5 =1, т. е. р\щ #= plvl (р(и{ = 39,2 х
Х2,92— 114,5 кПа-м/с; р2ц2 = 39,2 4,42 = 173,1 кПа-м/с), a yi »
« у2 (рис. 5.3, а и б).
Таким образом, эксперименты, проведенные при односторон-
ней доводке, не подтвердили достоверности гипотезы о пропорцио-
нальности механической работы А = f (С, р, v, t), затрачиваемой
на износ, износу U поверхности притира.
Проведенный нами дисперсионный анализ результатов экс-
периментов по изучению зависимости съема материала образцов
от факторов процесса доводки показал, что все исследованные
факторы (давление, скорость, время доводки, концентрация ал-
192
мазов в пасте, расход пасты при однократном ее нанесении на
притир, количество рабочей жидкости) значимы, а зависимость
суммарного съема от давления р и скорости v является слож-
ной.
Из уравнений регрессий, например в виде степенной функции,
устанавливающей связь между суммарным съемом материала,
давлением р и скоростью v (частота вращения шпинделя при-
тира и4), видно, что влияние давления р на суммарный съем
материала образца значительнее, чем влияние скорости v (п).
Канавка
Траектория
тонки С
заготовки
г)
-2
-4
-6
О
-2
-4
•8
gJOfl
Рис. 5.4. Влияние формы канавок (а—в) в виде правой и левой архимедовой
спирали на направленность изнашивания поверхности притира (г, д):
I — притир, 2 — заготовка
а)
К периферии притира
Траектория
тонки С заготовки
Канавка
б)
й„.нкн
Траектория
тонки С заготовки
Канавка
v 1
К периферии притира
в)
Форма рабочей поверхности притира (притиров) при постоян-
ном кинематическом режиме зависит от распределения абразивной
суспензии по поверхности притира, определяемого геометрической
формой канавок, нанесенных на поверхность притира. Экспери-
ментально установлено, что форма изношенной рабочей поверх-
ности притира зависит от направления спиральной канавки при-
тира (рис. 5.4). В зависимости от направления и скорости движе-
ния абразива (к центру или к периферии притира) изнашивание
рабочей поверхности притира происходит более интенсивно в цен-
тре или на периферии.
Направление и скорость движения абразива по канавкам зави-
сит от угла атаки а, определяемого как угол между касательными
к канавке и к траектории движения точки заготовки, совпадаю-
щей в данный момент с рассматриваемой точкой притира. Изме-
193
chipmaker.ru
няя значение и направление угла атаки в процессе доводки по
различным участкам поверхности притира, можно управлять из-
носом и формой рабочей поверхности притира (рис. 5.4, г и <3).
Углом атаки а можно управлять посредством изменения либо
вида траекторий точек поверхности заготовки по притиру, либо
формы канавки для подвода абразива. В первом случае угол
атаки изменяется в результате изменения значения и знака переда-
точного отношения ±ijte. Применение второго способа связано
с техническими средствами нанесения канавок, частное решение
нами достигнуто, например, за счет эксцентричного расположения
канавок на поверхности притира. Благодаря этому в процессе
доводки абразивная суспензия циркулировала от периферии
к центру и наоборот.
При равномерном распределении абразивной пасты (суспен-
зии) по рабочей поверхности притира и постоянстве кинематиче-
ского режима и схемы доводки форма изношенной поверхности
чугунного притира зависит от соотношения размеров обрабаты-
ваемой поверхности образца и рабочей поверхности притира.
Форма изношенной поверхности притира, кинематический режим
доводки, определяемый значением la,, схема расположения об-
разцов на притире влияют на точность формы обработанной по-
верхности детали.
Анализ точности обработки детали по мере износа притиров
позволил установить следующее. В начальный период доводки,
когда отклонения от плоскостности рабочей поверхности притира
не превышают 1—3 мкм, независимо от режимов доводки (п4 = 1;
1,5; 2 и 3 с-1 и п2 = —3,2 с-1) отклонения от плоскостности об-
работанной поверхности деталей не более 0,3 мкм. С увеличе-
нием отклонений от плоскостности поверхностей притиров увели-
чивается погрешность формы обработанной поверхности образцов,
причем влияние перепадов скоростей и ускорений становится бо-
лее значительным, чем при доводке образцов на плоских прити-
рах.
Отклонения от плоскостности поверхностей образцов при п4 =
= 1 с-1 (i2B,= 4,2) после 3 ч непрерывной работы составили 0,3 мкм;
после 4—5 ч — 0,6 мкм; после 6—9 ч — 0,9 — 1,2 мкм. При п4 =
= 3 с-1 (tit* = 2,1) после 1 ч непрерывной работы отклонения от
плоскостности деталей составили 0,3 мкм; после 2 ч — 0,9—1,2 мкм;
после 4—9 ч — 1,2—1,8 мкм. Для первого режима обработки (и4 =
= 1 с-1) скорость v и ускорение относительного движения образ-
ца по притиру изменялись от vmln 1,37 м/с и amln « 48 м/с2
в центре до итах « 2,42 м/с и « 54 м/с2 на периферии при-
тира при тангенциальном ускорении Ятах ~ 11 м/с2; для четвер-
того режима (п4 = 3 с-1) соответственно от цго1п « 1,25 м/с и
Hmln 32 м/с ДО Цщах Л? 4,42 м/с И Птах 140 м/с (йщах ~
= 31 м/с2). Отклонения от плоскостности поверхностей образцов,
194
обработанных при четвертом режиме, больше, чем при первом
режиме после 6 ч непрерывной работы на притирах, имеющих
примерно одинаковые отклонения от плоскостности.Следовательно,
неплавное изменение скорости v, полного ускорения а, и особенно
Рис. 5.5. Профили (кривые АВС) внутренней сферической поверхности радиуса
7?Сф = 5 мм корпусов из керамики 22ХС, обработанных трубчатыми притирами
с толщиной стенки Ьп = 3,0 мм (а и б) и bD = 0,5 мм (в и г):
а ив — П1 = 1,67 с"*1, = 1,67 с-1, биг — пг = 1,67 с”1, nt = —1,67 с-1
его тангенциальной составляющей а\ приводит к завалам краев
деталей и увеличению отклонений от плоскостности обработанных
поверхностей.
Исследования процесса формообразования сферических по-
верхностей при доводке грибковым и трубчатым притирами позво-
лили установить, что, изменяя кинематический режим обра-
ботки (4в’) и ширину Ьп пояска сферической поверхности инстру-
195
chipmaker.ru
Рис. 5.6. Профили (кривые АВ) рабо-
чих поверхностей притиров при тол-
щине стенки притира Ьп = 0,5 мм (а
и в) и Ь„ = 3,0 мм (б и г) после обра-
ботки сферической поверхности кор-
пусов из керамики 22ХС при t„ =
= 30 мин:
л и б — = 1,67 с”1, п2 = 1,67 с—1; в и
г — Л1 = 1,67 с-*, л, = —1,67 c~i
Рис. 5.7. Профили (кривые АВС) обработанной внутренней сфериче-
ской поверхности радиуса = 5 мм (а и б) корпусов из керамики
22ХС и рабочей поверхности грибковых притиров (е и г):
а и в — л, = 1,67 с-1, л, = 1.67 с-*: б и г — л1 = 1.67 с-1, л, = —1,67 с-»
196
мента, можно получать детали с различной точностью формы по-
верхности. Изменяя соотношение угловой скорости притира оч
и заготовки <о2, можно одновременно изменять характер износа
притира и форму поверхности детали (рис. 5.5—5.7). С увеличе-
нием скорости v и ускорения ат погрешность формы обработанной
сферической поверхности кварцевого кристаллического элемента
увеличивается. С увеличением погрешности формы Ап поверхности
притира увеличивается погрешность формы Ад обработанной по-
верхности детали.
Рис. 5.8. Профили (кривые АВС) обработанной внутренней сферической по-
верхности (Л(.ф= 5 мм) корпусов из керамики 22ХС грибковым притиром:
а — = 1,67 с-1, = 25 с-1; б — nt — —6,67 с-1, п2 -- 1.67 с“*
При доводке на станке ДСВ-01С грибковым и трубчатым при-
тирами сферической поверхности (/?сф = 5 мм) корпусов из кера-
мики 22ХС максимум износа расположен ближе к экваториальной
плоскости (рис. 5.8, а), к полюсу полусферы (рис. 5.8, б) либо
между полюсом и экваториальной плоскостью в зависимости от
кинематического режима. Профили сферических поверхностей
деталей и грибковых притиров измеряли на кругломере 255 за-
вода «Калибр» (10000*), а трубчатых притиров — на проекцион-
ном приборе (50*). В процессе доводки внутренней сферической
поверхности (Дсф = 5 мм) на постоянном кинематическом режиме
трубчатым притиром даже с малой шириной рабочей зоны бп я»
« 0,5 мм точность обработки постепенно снижалась; после 1Л -
= 10 ... 15 мин погрешность формы обработанной поверхности
Ад « 0,1 мкм, а после ta = 30 мин Ад « 0,5 ... 0,6 мкм. Это можно
объяснить неравномерностью износа рабочей поверхности инстру-
мента.
При односторонней плоской доводке установлено влияние схемы
работы зерен на интенсивность разрушения материала притира.
Большая износостойкость чугунных притиров при доводке
твердосплавных образцов пастой и суспензией на основе АСМ 10/7
197
r.ru
по сравнению с доводкой пастой и суспензией на основе АСМ5/3
свидетельствует о лучшей шаржируемости зерен большей зерни-
стости в материал притира. Повышенная шаржируемость зерен
крупнозернистых паст приводит к уменьшению погрешности
формы поверхности притира, что позволяет уменьшить в 3 раза
отклонения от плоскостности доведенных поверхностей образцов
диаметром 40 мм при том же сроке службы притиров (рис. 5.9).
_____________________________________ Рис. 5 g Отклонения от пло-
7,51 ) п__________А скостности поверхностей образ-
99 _ ______о——о-----о ] нов из твердого сплава, дове-
-----О ' 2 I денных пастами АСМ5/3 (1) и
9~——9 9 -1 9—9— у -9 АСМ 10/7 (2) на чугунных прити-
0 1 2 3 5 5 6 7 ta,4 pax при и= 1,33 ... 2,92 м/с и
р — 39,2 кПа
Большая динамичность процесса нагружения абразивных зе-
рен усиливает влияние схемы работы зерен на интенсивность раз-
рушения материала. Неравномерность динамичности нагружения
в различных зонах контакта взаимодействующих тел приводит
к неравномерности изнашивания поверхностей, следовательно,
к снижению качества обработки. Например, при доводке наруж-
ных цилиндрических поверхностей в общем случае с увеличением
Рис. 5.10. Зависимость отклонений Ад профиля продольного сечения
наружной цилиндрической поверхности деталей от времени доводки
пастами 24АМ14 (/), 24АМ28 (2), 24АМ14 (3) при нагрузке на единицу
длины контакта р = 650 Н/м, е = 5 мм, а — 18°:
а — исходный профиль поверхности притира; б — профиль поверхности при-
тира, полученный после обработки
отклонений от плоскостности поверхности притира эксцентри-
кового доводочного станка понижается точность обработки дета-
лей (рис. 5.10). Однако независимо от профиля притира при вся-
ком изменении зернистости пасты (с большей на меньшую или
наоборот) временно ухудшается точность обработки. Очевидно,
изменение зернистости пасты приводит к перешаржированию
притиров, в процессе которого резание незакрепленными зернами
при повышенных скоростях скольжения в зоне торцов заготовки
обусловливает повышенный съем материала заготовки в этих
зонах и, следовательно, низкую точность обработки. Это подтвер-
ждает результаты моделирования процесса доводки (см. п. 4.4).
198
Снижение точности обработки обычно наблюдается в течение
4—б мин. Это время совпадает с оптимальным временем шаржиро-
вания. Различной шаржируемостью крупных и мелких зерен
объясняется также снижение погрешности профиля продольного
Рис. 5.11. Зависимость отклонений Дд профиля продольного сече-
ния наружной цилиндрической поверхности деталей от нагрузки на
единицу длины контакта р '(а) и зернистости абразива пасты при до-
водке на широких притирах (б) пастами 24АМ5 (сплошные линии),
24АМ7 (штриховые линии), 24АМ28 (штрихпунктирные линии); ки-
нематический коэффициент наладки iH = —1,3, эксцентриситет оси
сепаратора е = 18 мм, угол наклона заготовок в сепараторе а = 18°
сечения цилиндрической поверхности детали с ростом давления
при различной зернистости абразива (рис. 5.11).
При работе на предварительно шаржированных притирах ал-
мазными зернами АСМ5/3 в течение 20 ч отклонения от плоскост-
ности поверхностей деталей диаметром 40 мм не превышали
Рис. 5.12. Форма изношенной поверхности чугунно-
го притира при v= 1,33 ... 2,98 м/с в зависимости
от метода доводки твердосплавных образцов пастой
АСМ5/3:
1 — после 19 ч работы предварительно шаржированными
притирами зернами пасты при р = 86.3 кПа; 2 — после
9 ч работы пастой, свободно нанесенной на притир, при
р = 39.2 кПа; 3 — после 3 ч работы суспензией при р =
= 86,3 кПа
0,3 мкм при сохранении отклонений от плоскостности притира
0,5—1 мкм (рис. 5.12). Доводка зернами алмазной пасты и сус-
пензии АСМ5/3 на притирах, исходная форма которых была та-
кая же, как и предварительно шаржированных притиров, дала
более низкие результаты по точности обработки. Следовательно,
199
chipmaker.ru
состояние зерен, их распределение по рабочей поверхности при-
тира в значительной степени предопределяют износ притиров и
достигаемую точность обработки. Особенностью процесса доводки
является зависимость между размерами заготовки и притиров и
погрешностью формы их поверхностей.
Изложенные выше результаты анализа точности обработки де-
талей при односторонней доводке позволяют предположить, что
формой обработанной поверхности можно управлять путем рацио-
нального выбора формы рабочей поверхности притиров и кине-
матики движения заготовки по притиру с учетом других факторов
процесса доводки.
5.2. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПРОЦЕССА ФОРМООБРАЗОВАНИЯ
ПОВЕРХНОСТЕЙ ПРИ ДВУСТОРОННЕЙ ДОВОДКЕ
Рассматривая процесс изнашивания поверхностей притиров
при двусторонней доводке, условно можно выделить стадию пере-
ходного процесса и стадию приработки поверхностей. Стадия
переходного процесса изнашивания поверхностей характеризуется
непрерывным изменением формы изнашиваемых поверхностей и
их взаимного расположения. В зависимости от кинематического
режима доводки эта стадия характеризуется неравномерностью
изнашивания поверхностей притиров в отдельных зонах, например
на периферии или в центре притира. Стадия приработки поверх-
ностей притиров характеризуется появлением устойчивой формы
изношенной поверхности двух притиров.
Экспериментально установленные и условно выделенные две
стадии изнашивания притиров имеют место при двусторонней до-
водке независимо от типа доводочного станка. Закономерности
протекания этих стадий зависят прежде всего от сочетания кине-
матических факторов и давления, влияющих на реализацию ра-
боты, затрачиваемой на износ.
При доводке на планетарных станках можно наблюдать две
качественно различные стадии (рис.’5.13): стадию переходного
процесса, характеризующуюся раскрытием стыка поверхностей,
и стадию приработки сопряженных поверхностей. При принятых
условиях эксперимента на эксцентриковом станке стадия прира-
ботки характеризуется наличием установившейся формы прира-
ботанных поверхностей при сохранении постоянной величины ра-
скрытия стыка на части взаимодействующих поверхностей при-
тиров через заготовки после 5—8 ч работы (рис. 5.14 и 5.15).
Однако в обоих случаях стадия переходного процесса характери-
зуется переменной величиной Дп раскрытия стыка поверхностей.
Форма изношенной поверхности зависит от таких характери-
стик кинематического режима, как траектория и геометрические
параметры заготовки и звеньев исполнительного механизма станка.
Для планетарного станка таким параметром является радиус
сепаратора гс, а для эксцентрикового станка — эксцентриситет
200
оси сепаратора е. Например, при е/гд > 1, где гд — радиус обра-
батываемой заготовки, получается волнообразная форма изно-
шенной поверхности притира (см. рис. 5.14, а), а при е/гл < 1 —
лункообразная (см. рис. 5.14, б).
При доводке твердосплавных пластин на станке ЗБ816И с уве-
личением числа обрабатываемых пластин и рабочего давления
до 54,0—98,1 кПа длительность стадии переходного процесса 4 ч
(см. рис. 5.13, г). Раскрытие стыка на периферии поверхностей
притиров (см. рис. 5.13, б) наблюдается после 25 мин работы при
исходной форме профиля притиров, имеющих раскрытие стыка
Рис. 5.13. Изменение профиля рабочей поверхности притиров (размеры в микро-
метрах) планетарного стайка ЗБ816И во времени (пх = 0,2 с-*, п1н = 0,92 с-*,
п1в = —1 с’1):
а — исходный профиль; б — после 25 мии правки правильными кольцами; в после
2 ч“, г- после 4 ч; д —- после 7 ч; е — после 10 ч непрерывной работы
поверхностей к центру. Начало стадии приработки поверхностей
притиров соответствует tn = 7 ч (см. рис. 5.13, д), а окончание
= 10 ч (см. рис. 5.13, е).
При доводке кварцевых пластин (р = 19,6 кПа) стадия при-
работки поверхностей притиров начинается только после 8 ч ра-
боты станка. Приработанные поверхности притиров эквидистантны,
поэтому происходит частичное выравнивание толщины абразив-
ной прослойки по взаимодействующим поверхностям заготовок
и притиров. Установлено, что при доводке наружных цилиндри-
ческих поверхностей износ притиров и съем материала заготовки
зависит как от работы, затраченной на изнашивание, так и от
условий ее реализации, т. е. параметров наладки эксцентрикового
станка: частоты и направления вращения притиров пп, н и пп. в,
эксцентрика пе, сепаратора пс, величины эксцентриситета е, угла
наклона заготовок а, ширины кольцевой поверхности притира Ьп,
среднего радиуса сепаратора Rc. Кинематические параметры ха-
рактеризуют кинематический коэффициент наладки iH, определяе-
201
chipmaker.ru
мый как отношение частоты вращения нижнего притира пп.н
и эксцентрика пе в абсолютном движении.
В частности, при отклонениях от плоскостности притиров,
численно не превышающих среднего размера абразивных зерен,
Рис. 5.14. Зависимость профиля верхнего и иижнего притиров при различной
продолжительности работы эксцентрикового станка ЗА910 от режима: п± =
= 4,2 с-1, nt= —0,13 с-1 диаметр пластин (кварцевых кристаллических эле-
ментов) 2гд = 8 мм (а) и 2гд = 12,5 мм (б), е = 6,5 мм
Рис. 5.15. Профиль изиошеииой поверхности
нижиего притира эксцентрикового доводоч-
ного станка после 8 ч доводки плоских по-
верхностей стальных образцов при диаметре
40 м при эксцентриситете оси сепаратора е =
= 15 мм
и с приблизительно одинаковой частотой вращения нижнего и
верхнего притиров пп. н « —пп. в погрешности профиля продоль-
ного сечения детали пропорциональны длине пути точек образую-
щей цилиндрической поверхности заготовки при относительном
движении по притиру (рис. 5.16, кривые 1, 2). Вследствие изме-
202
нения степени влияния рабочей поверхности каждого из двух
притиров на общую суммарную величину съема материала заго-
товки (при | ип.н I ¥= |«п. в I) отмеченная пропорциональность
нарушается (рис. 5.16, кривые 4, 5).
При двусторонней доводке сферических поверхностей шариков
по схемам точечного контакта с поверхностями притиров (рис. 5.17)
Рис. 5.16. Зависимость отклонений профиля Дд продольного сечения наружной
цилиндрической поверхности деталей от кинематического коэффициента наладки
станка tH = пов/пе при доводке заготовок с «выбегом» (1) и без «выбега» (2—5)
пастой 24АМ14 при р‘ = 686 Н/м, е — 5 мм:
на вращающихся притирах с ппн яг —ппв; а = 18е:
/ = 40 мм, пс =# 0; 2 — t>n = ПО мм, пс ~ 0; с одним неподвижным притиром
(пп и = 0); 3 — а = 18°; 4—а= - 18°; 5 — а = 18°
наблюдается специфическое протекание стадий изнашивания ра-
бочих поверхностей притиров, связанное с неравномерностью
износа поверхностей притиров. Закономерности изнашивания
притиров зависят от схемы расположения дорожек контакта на
рабочих поверхностях притиров. Если нагрузка Р постоянна, то
Рис. 5.17 Схемы доводки шариков при точечном контакте с канавкой нижнего
притира симметричного (в, г, б) и несимметричного (б, в) профиля:
а—в — верхний притир плоский; г. д — верхний притир скошенный
изнашивание притиров в точках контакта А, В и С с симметрич-
ным и несимметричным профилями канавки протекает с постоян-
ным увеличением глубины и ширины пятна контакта. При устой-
чивой форме пятна контакта скорость изнашивания уменьшается
до устойчивого значения.
Рассмотрим вращение шарика вокруг осей I и II с угловыми
скоростями соответственно cot и со2 (Рис- 5.18). Относительное дви-
жение точки контакта шарика с инструментом происходит по
циклической пространственной кривой с угловым сдвигом точек
203
пересечения циклической траектории с плоскостью, перпендику-
лярной плоскости, проходящей через оси I и II.
Угловой сдвиг циклической траектории <р = 36О°со2/ю1.
Изменяя соотношение угловых скоростей и <о2, можно
ускорить или замедлить процесс формообразования сферической
поверхности. Угол <р следует выбирать из условия перекрытия
расстояния Л1Д2 (рис. 5.18, б) между двумя последовательными
И
Рис. 5.18. Расчетная схема
определения положения оси
вращения шарика (а), вели-
чины перекрытия пятен кон-
такта (б) и погрешности
формы сферической поверх-
ности в зависимости от формы
профиля канавки (в):
1 — овальность; 2 — огранка
положениями точки контакта А на поверхности притира пятном
контакта притира с шариком: АХА2 = Д<р = 2с, где с — радиус
пятнд контакта.
При несимметричном профиле канавки с углами (3* и 05
(рис. 5.18, а) вращение шарика происходит в каждый момент
времени относительно оси NN, положение которой в пространстве
определяют траектории точек контакта А, В и С. Изменяя углы 0*
и 05, следовательно, и угловые скорости к»! и <о2, можно изменять
угол отклонения а оси NN от плоскости, перпендикулярной к оси
вращения притира, и повышать качество обработки (рис. 5.18, в).
Для выявления закономерностей процесса формообразования
поверхностей при плоской доводке доводили заготовки из различ-
204
ных материалов (кварца, кремния, твердого сплава) на станках
различных моделей по мере изнашивания их притиров с измене-
нием кинематического режима. При двусторонней доводке на
планетарном станке HL-ЗВ плоских кварцевых пластин диа-
метром 12,5 мм на чугунных притирах с DH = 188 мм и dB =88 мм
установлено, что отклонения формы обработанной поверхности
и разнотолщинность пластин (кварцевых кристаллических эле-
ментов) в партии зависят от состояния рабочей поверхности при-
тира и кинематического режима обработки. С увеличением откло-
нений от плоскостности рабочих поверхностей притиров по мере
Рис. 5.19. Зависимость точности обработки кварцевых кристалличе-
ских элементов на планетарном станке HL-ЗВ от времени доводки /д:
а — отклонения от плоскостности Ад поверхности; б — разнотолщинность АН
пластин, одновременно обрабатываемых в партии
их изнашивания (см. рис. 1.2) увеличиваются отклонения от
плоскостности Ад обработанных поверхностей кварцевых кристал-
лических элементов (рис. 5.19, а), имеющих исходные отклоне-
ния от плоскостности и разнотолщинности в пределах 1—2 мкм.
Обработанные поверхности с двух сторон выпуклые, несимме-
тричные. Значение Ад зависит от времени доводки и состояния
рабочей поверхности притира.
Отклонения от плоскостности обработанных поверхностей
кварцевых элементов не превышают 0,5—1 мкм при доводке на
притирах, имеющих отклонения от плоскостности Ап < 3 мкм
рабочей поверхности. При доводке на изношенных притирах
с Ап = 6 ... 10 мкм отклонения от плоскостности обработанных
поверхностей 1,5—2 мкм не более.
Погрешности формы поверхностей притира и обработанной де-
тали, прежде всего, зависят от кинематического режима обработки.
На рис. 5.20 показано изменение во времени доводки формы про-
филя рабочей поверхности притира и соответствующие им откло-
нения от плоскостности Ад поверхностей твердосплавных пластин
размером 19X19 мм, обработанных на станке ЗБ816И абразивной
суспензией на основе карбида бора зернистостью 4 (рис. 5.21).
Правка притиров правильными кольцами после 220 мин доводки
позволила уменьшить отклонения от плоскостности рабочих
205
поверхностей притиров и Дд доведенных поверхностей пластин.
Средние значения Дд поверхностей пластин, обращенных к рабо-
чим поверхностям нижнего Дд и верхнего Дд притиров, оказались
различными. Они зависят от кинематического режима доводки
и времени доводки (д. В табл. 5.1 и 5.2 приведены значе-
Рис. 5.20. Изменение профиля рабочей поверхности верхнего и нижнего прити-
ров во времени (размеры в микрометрах):
а — исходный профиль притира; б — профиль после 100 мин работы; в — профиль после
220 мии работы; г — профиль после 235 мии и правки кольцами; д — профиль после
250 мин; е — профиль после 420 мин; == 0,5 с-1, п2 = 4*0,92 с-1, п* = —0,98 с-1
ния отклонений от плоскостности для верхних (числитель ) Дд
и нижних (знаменатель) Дд поверхностей в зависимости от вре-
мени доводки (д. На станке ЗБ816И пластины 1-го ряда сепара-
тора расположены по окружности радиуса « 62 мм, 2-го ряда —
соответственно по /?2 а? 36 мм.
Рис. 5.21. Отклонения от пло-
скостности Дд обработанных по-
верхностей твердосплавных
пластин, расположенных по на-
ружному (/) и внутреннему (2)
рядам сепаратора
Дополнительная серия экспериментов по изучению влияния
кинематического режима на точность обработки показала, что,
изменяя кинематический режим доводки при неизменной форме
притиров, можно получить обработанные поверхности с различ-
ной погрешностью формы (рис. 5.22).
Последовательно изменяя кинематический режим обработки
(например, путем циклического переключения направления вра-
206
5.1. Зависимость отклонений от плоскостности поверхностей
твердосплавных прямоугольных пластин размером 19Х 19 мм
(ГОСТ 19040—80) от формы изношенной поверхности притира
Форма изношенной
поверхности
нижнего притира
800-
400 -
0
+8,0
+8,0
0,25
+8,0
1-й
ряд
+9,0
+6,5
+8,0
+4,5
+2,1
+2,8
+5,1
+4,5
Средние зна-
чения Дд,
мкм,
пластни при
двухрядном
располо-
жении
в сепараторе
Режим работы
2-й
ряд
+2,7
+3,6
+5,5
+3,5
+3,5
+3,8
+2,3
+2,8
+3,5
+3,3
+ 12,0
+ 12,0
П!=0,42 с-1
п4н=0,92 с-1
(*i:=i.62)
4®=0,57 "в----------1 с 1
лг=0,42 с-
л4н=0,92 с-
(^=0,53)
пв——1 с
Правка притира кольцами
л4=—0,42 с-1 лв=—1 с-1
л4в=о,92с-1 i<lB)=l,56
4<*н)=0,53
лх=0,42 с-1
л4н=0,92 с-1
!<«">= 1,62
Лв==—1 С-1
‘24вВ>=0.57
пв=—1 с
пг——0,42 с
п4н=0,92 с-1
(-<4и)=0,53 ‘2вВ)=1>56
<'*“>= 1,56
♦ В числителе — для верхних поверхностей пластин» в знаменателе —
для нижних поверхностей пластин.
щения центрального колеса исполнительного механизма станка),
можно управлять формой рабочей поверхности притира. При
кинематической правке притира погрешность формы обработан-
ной поверхности пластин периодически изменяется по величине
и знаку кривизны, особенно при многорядном расположении пла-
стин в сепараторах (см. табл. 5.2, рис. 5.22 и 5.23).
207
chipmaker.ru
5.2. Зависимость отклонений от плоскостности Дд
обработанных поверхностей твердосплавных пластин
трехгранной формы (d — 9,525 мм) по ГОСТ 19043—80
от формы изношенной поверхности притира станка
ЯШП I
flL
w-
Форма профиля изношенной
поверхности иижнего притира
80
40
мкм I IIШ 77
40
0
40
JU
6'1-i
Время
обра-
ботки
Ад. мкм, пластин при четырехрядном расположении в сепараторе
1-й ряд 2-й ряд 3-й ряд 4-й ряд
— .— .— —
+4,7 + 1,5 +2,5 + 1,7
+ 1 +0,25 0 —1
+4 +2 -0,5 —0,5
0 + 1 + 1 +0,5
+3 + 1,3 -0,75 +0,5
+2 + 1,2 +2,2 —1
+6,2 +5,7 +7,4 + 1,2
Примечания: 1. Кинематический режим обработки: и, = ±1.17 с”1;
"4н = °-52 с“‘ (‘2вН) = 2.31/0,44; п4в = —0,55 с"» = 0,4/0,2). В числи-
теле приведены значения для в знаменателе для —пх (реверс вращения
центральной шестерни исполнительного механизма станка через 1 ч работы).
2. Знак «+» обозначает выпуклость обработанной поверхности пластин,
знак <—» вогнутость.
Следует отметить, что в зависимости от кинематического ре-
жима обработки профиль обработанной поверхности может совпа-
дать и не совпадать с профилем рабочей поверхности притира.
Так, при обработке твердосплавных пластин на притирах с оди-
наковой кривизной, но с различными знаками для верхних и ниж-
них поверхностей притиров (см.рис. 5.22, а и б), установлено, что
профили обработанных поверхностей твердосплавных пластин
размером 19Х 19 мм (см. рис. 5.22, виг) совпадает с профилем по-
верхностей притиров, показанным на рис. 5.22, а, а профиль по-
верхностей притиров, приведенный на рис. 5.22, б, не совпадает
с профилем поверхностей пластин размером 9x9 мм (см.
рис. 5.22, 5).
208
Рис. 5.22. Профили поверхностей притиров (а, б) станка ЗБ816И, имеющие различную кривизну поверхностей, и
соответствующие им профили поверхностей твердосплавных пластин (в—д) при двухрядном (I ряд и II ряд) рас-
положения в сепараторах н обработанные на различных режимах:
1, 2 — профвли поверхностей нижнего и верхнего притиров; 3 — сепаратор; 4 твердосплавные пластины; В У, ГУ •— соот-
ветственно вертикальное и горизонтальное увеличение
209
chipmaker.ru
Для изучения влияния кинематических факторов процесса
круглой доводки на съем материала заготовки и износ притиров
проведена серия опытов, которые позволили выявить возможности
кинематической правки притиров при круглой доводке. Опыты
показали, что кинематическая правка притиров возможна и эф-
фективна, но реализуется только при доводке с «выбегом» заго-
товки за кромки рабочего кольца притиров. При этом изнашива-
ние притиров имеет противоположную направленность. Это обес-
печивается изменением знака коэффициента кинематической на-
ладки станка iH = Нпн/пе в пределах от 0,4 до 0,8, т. е. в резуль-
тате периодического реверса нижнего притира или вала эксцен-
Рис. 5.23. Профили поверхностей (а и б) нижнего притира станка AL-2 и соот-
ветствующие им профили обработанных поверхностей твердосплавных пластин;
в — профиль пластины трехгранной формы (d = 9,525 мм); г — профиль пла-
стины квадратной формы со стороной квадрата 19 мм
Если притиры в процессе длительной работы приобрели сопря-
женную форму, то исправить ее значительно труднее, чем в том
случае, когда такая же сопряженная форма получена в результате
раздельной работы, или обработки каждого из притиров (например,
точением или шлифованием). Этот факт указывает на сложность
приработки притиров, которая характеризуется не только сопря-
женной формой притиров, но и стационарным процессом изнаши-
вания и распределением напряжений в поверхностном слое при-
тиров. При нарушении этой стационарности ускоряется изнаши-
вание притиров. Так, на установившемся режиме изнашивания
при постоянной кинематической настройке (е = 15 мм, а = 31 рад)
абсолютный износ притира составил 10 мкм за 60 мин, а при ра-
боте с изменением кинематической настройки каждую минуту
(первый режим: пс = —0,025 с-1, е = 5 мм, а = 0,1 рад; второй
режим: пс = 0,07 с-1, е = 5 мм, а = 0,31 рад) за 5 мин работы
износ составил 3 мкм. Проверка износа притиров при различных
210
кинематических режимах подтвердила, что каждому режиму со-
ответствует определенный характер изнашивания.
Таким образом, подтверждена гипотеза о возможности кинема-
тической правки притиров при отсутствии приработанных вза-
имно сопряженных поверхностей. В последнем случае необхо-
дима принудительная правка притиров или изменение уровня
давления р.
Установлено, что на точность обработки влияет направленность
профиля поверхностей притиров, определяемая углом наклона
прилегающей прямой, а также форма профиля притира. Лучшие
результаты по точности обработки (конусообразность до 1 мкм)
обеспечили профили притиров, характеризующиеся направлен-
ностью износа поверхностей и периферии притиров (условная
конусообразность каждого притира не более 4 мкм) и формой про-
филя в виде «ямы» глубиной до 3 мкм. При доводке на плоских
притирах с допуском плоскостности в пределах до 1 мкм получены
худшие результаты (конусообразность до 1,5 мкм).
При плоской доводке установлено, что на отклонения от
плоскостности поверхности пластин оказывают влияние как от-
клонение от прямолинейности профиля притира (притиров, см.
табл. 5.1), так и угол наклона прилегающей прямой. Точность
обработки пластин выше при меньших значениях погрешностей
профиля притира и угла наклона прилегающей прямой. Последнее
указывает на то, что от закона распределения давления зависит
степень копирования заготовкой отдельных участков поверхности
притира при ее движении по полю траекторий.
С повышением давления р в исследованном диапазоне влия-
ние погрешности формы поверхностей притиров на погрешности
формы поверхностей деталей усиливается.
При круглой доводке, так же как при плоской, действие силь-
ных детерминированных связей в системе заготовка — абразив-
ная прослойка — притир обуславливает зависимость износа от
работы изнашивания и, в частности, такие явления, как копиро-
вание формы притира поверхностью заготовки. Технологическая
наследственность приводит к закономерному изменению формы
деталей при круглой доводке. Опыты показали, что зависимость
конусообразности и разноразмерность по диаметру обработанной
поверхности до и после доводки является в общем случае стати-
стической. В партии деталей в зависимости от профиля притиров
и режимов обработки разноразмерность исправляется на 40—
70 %, а конусообразность — на 10—45 %. При этом на погреш-
ность профиля продольного сечения детали решающее влияние
оказывает профиль притира, а не исходная погрешность заготовки
(табл. 5.3). Действительно, по мере износа притиров непрерывно
изменяется точность обработанных деталей (см. рис. 5.10). Од-
нако при любом профиле притиров точность обработки партии
заготовок повышается в течение 1—5 мин. С дальнейшим увели-
чением времени доводки одной и той же партии заготовок сни-
211
5.3. Точность обработанных цилиндрических поверхностей
после доводки без «выбега» (по данным В. А. Полухина)
Отклонение от прямолинейности профиля притира, мкм Время доводки /д, мин Параметры заготовок, мкм Параметры доведенных дета- лей. мкм
верхнего нижнего Ad Лд Ad дд
0 0,5 0 3 1 4,6 2,2 4,9 1,4 4,6 5,1 1,4 1.1 0,7 1,9 0,9 3.9 1.7 2,0 1,2 6,4 0,9 10,6 1,3 0,5 4,7 6,0 12,6 13,0
6 9 30
17 17 1 60
Примечания: 1. Исходное отклонение от плоскостности для ниж-
него притира Ап = 14 мкм, для верхнего Ап = 17 мкм.
2. Условия доводки: суспензия (абразивная) на основе 24АМ14; р —
— 58,9 кПа; LH = 1,33; е = 7,5 мм; а = 0.09 рад; = 110 мм.
3. Условные обозначения: Ad — средняя разноразмерность по диаметру
заготовок (деталей) в партии; Ад — средняя погрешность профиля продольного
сечей и я заготовки (детали).
жается их точность. Опыты показали, что при доводке с «выбегом»
заготовок за кромки рабочего кольца притиров точность обработки
деталей зависит не только от профиля притиров и кинематических
режимов, но и от их взаимодействия.
Итак, условия контакта поверхностей заготовки и притиров
вследствие погрешностей их .формы определяются, во-первых,
различной кривизной участков рабочей поверхности притира и
обрабатываемой поверхности заготовок, во-вторых, погрешностями
формы притиров и заготовки, вызывающими перераспределение
контактного давления р по поверхностям заготовки и притира.
Количественная оценка степени влияния погрешности формы Дп
поверхности притира на погрешность формы Дд обработанной
поверхности деталей проведена на основе установления их ста-
тистических связей с использованием следующих критериев: мате-
матического ожидания М [Дп 1 отклонений профиля поверхности
притира в его сечении от прилегающей плоскости; математического
ожидания отклонения профиля М [Дд] поверхности заготовки
(детали) от прилегающей плоскости; соответственно средних
квадратических отклонений оп, од профилей поверхностей при-
тира и заготовки (детали) от прилегающей плоскости; математи-
ческого ожидания кривизны М [К ] = К поверхности притира
Kt где и К2 — главные радиусы кри-
визны в главных нормальных сечениях, проходящих через за-
данную i-ю точку поверхности притира.
Статистическую связь между факторами Дп, сгп, К и резуль-
тативными признаками Дд, од оценивали по сводному коэффи-
212
циенту корреляции для множественной линейной и нелинейной
среднеквадратической регрессии между этими признаками и фак-
торами. Изложенная методика применена для оценки результа-
тов процесса формообразования поверхностей при односторонней
обработке твердосплавных заготовок на станке С-15 и двусторон-
ней доводке кварцевых кристаллических элементов на станке
ЗА910.
Партии кварцевых кристаллических элементов диаметром 8 мм,
обработанные в различные интервалы времени t, использованы
для изготовления кварцевых резонаторов с фиксацией их выход-
ных параметров: индуктивности L, разброса значений индуктив-
ности ог, разброса частоты оР. Из полученных результатов были
сделаны выводы.
1. Наиболее сильно действующими факторами являются форма
изношенной поверхности притира и закон относительного дви-
жения заготовки по притиру.
2. Большие абсолютные значения сводного коэффициента кор-
реляции R (xlt х*) при учете кривизны /С поверхностей притиров
и дополнительных факторных признаков A„, On, Ап, оп свидетель-
ствуют о существенном влиянии кривизны поверхности притиров
и взаимодействия факторов процесса (давления, скорости, уско-
рения и др.) на погрешности формы обработанных поверхностей
деталей.
3. Выходные параметры кварцевых резонаторов в большинстве
случаев линейно зависят от погрешности формы доведенной по-
верхности кварцевых кристаллических элементов, следовательно,
от погрешности формы притиров и кинематического режима.
Аналогичные зависимости имеют место и в том случае, когда
кварцевые кристаллические элементы выполнены в виде плоско-
выпуклых линз.
Влияние кинематических факторов на выходные характери-
стики кварцевых резонаторов подтверждено специальной серией
опытов по доводке плоских кварцевых кристаллических элемен-
тов на планетарном станке HL-ЗВ. При постоянной форме рабочих
поверхностей притиров и прочих одинаковых условиях доводки
с увеличением абсолютных значений скоростей v и ускорений а1
увеличиваются значения дисперсии D и интервалы рассеяния S
значений добротности Q, сопротивления /?1, индуктивности
и емкости С\ резонаторов.
Так, при переходе от режима доводки кварцевых кристалли-
ческих элементов при tie’ ~ 0,87 и ах = 0,061 м/с2 электрокорун-
дом 24АМ5 к режиму с тем же значением при ci = 0,28 м/с2
установлено следующее. Средние значения характеристик резо-
наторов Q, Ri, Ьг, Сх остались без изменения, а такие статистиче-
ские характеристики, как дисперсия D и интервал рассеяния S,
увеличились: Dr, в 6 раз, S#t в 3 раза, Dq и Sq в 2 раза, £>£,
в 5 раз, Sc, в 2 раза, Sc, в 3 раза.
213
Однако для любого кинематического режима по мере увеличе-
ния длительности работы притиров характерно изменение сред-
них значений Llt Q, температурного коэффициента частоты (ТКЧ)
и других параметров. Например, при доводке кварцевых кристал-
лических элементов резонаторов на станке ЗА910 изменение во
времени значений и ТКЧ для трех партий кварцевых кристал-
лических элементов, обработанных в разное время на притирах
с разной степенью изношенности (отклонения от плоскостности
притиров соответственно 1; 1,5; 3 мкм), происходит по экстре-
мальной зависимости (рис. 5.24). Минимальный разброс значе-
ний Lj и ТКЧ (наилучшие показатели) получен на более изношен-
ных притирах. Это объясняется равномерным распределением
Рис. 5.24. Изменение интервалов рассеяния индуктивности (с), температурного
коэффициента частоты (ТКЧ) (б) в партиях /, 2 и 3 резонаторов с пластинами,
обработанными на притирах с отклонениями от плоскостности рабочих поверх-
ностей Дп = 1,0 мкм (/); Дп = 1,5 мкм (2); Дп= 3 мкм (5)
работы абразивного изнашивания материала заготовок при их
относительном движении по притиру. Действительно, при обра-
ботке партии заготовок увеличенное «раскрытие стыка» прити-
ров в центре приводит к уменьшению динамического давления при-
тиров (см. рис. 5.14) и тем самым компенсируется влияние на зна-
чение работы изнашивания увеличенного статического давления
в этих же зонах, характерного для эксцентриковых наладок стан-
ков. При этом уменьшаются как отклонения от плоскостности
доведенных кварцевых кристаллических элементов, так и разброс
их по толщине (рис. 5.25).
При доводке кварцевых кристаллических элементов на плане-
тарных станках наименьшая их разнотолщинность в партии
наблюдается при обработке на притирах, находящихся в прира-
ботанном состоянии (см. рис. 1.2 и рис. 5.19, б). Поскольку для
планетарных станков характерно относительно равномерное рас-
пределение статического давления на заготовки, одним из условий
постоянства во времени работы, затрачиваемой на изнашивание
214
Рис. 5.25. Зависимость интер-
вала рассеяния частоты А/ квар-
цевых кристаллических элемен-
тов в партиях резонаторов от
времени tR непрерывной работы
притиров
материала заготовки, сле-
дует считать наличие по-
стоянного- зазора между
притирами по стадии при-
что подтверждается экспери-
работки поверхностей притиров,
ментом.
При обработке заготовок на планетарном двухпозиционном
станке ЗД816, имеющем один верхний и два нижних притира,
отклонения от плоскостности обработанных поверхностей твердо-
сплавных пластин размером 19 X 19 мм увеличились в 4 раза (от 3
до 12 мкм). Это объясняется двумя причинами: увеличением по-
грешности формы рабочей поверхности притиров (от 0,5 до 1 мм);
непостоянством толщины абразивной прослойки вследствие от-
сутствия стадии приработки поверхностей притиров при периоди-
ческом изменении позиции верхнего притира относительно двух
нижних.
Дополнительным доказательством зависимости точности формы
поверхностей и разнотолщинности деталей от условий взаимодей-
ствия заготовок с притиром (контактное давление, форма изно-
шенной поверхности притира и кинематический режим) служат
результаты доводки при их многорядном расположении в сепа-
раторах. От положения пластин (заготовок) в сепараторе зависит
ширина рабочей зоны притира, с которой пластины будут нахо-
диться в контакте, форма траекторий движения точек поверх-
(4)
ности пластины при одном и том же , а также значения скорости
и ускорения, которые влияют на длительность контакта и характер
силового взаимодействия заготовки с различными участками
притира (см. табл. 5.2).
При доводке кварцевых кристаллических элементов (Ап =
= 1. ... 2 мкм) на станке HL-6B с ростом скорости v и ускорения а1
относительного движения кварцевых элементов по плоскому
притиру (Дп w 1. ... 2 мкм) без изменения траектории движе-
ния (4b* = const) среднее значение их разнотолщинности увели-
чивалось от 3,5 до 19 мкм (исходное значение АД = 1. ... 2 мкм).
При круглой доводке кинематические факторы движения заго-
товки также определяют геометрические и силовые характери-
стики процесса резания, например: угол «набегания» абразивного
зерна по отношению к образующей поверхности, частоту и угол
пересечения рисок микрорезания и характер разрушения мате-
риала заготовки. Указанные характеристики влияют на качество
поверхностного слоя детали. Установлено, что независимо от
215
chipmaker.ru
условий доводки шероховатость поверхности вдоль образующей
детали изменяется. С уменьшением угла а и повышением пара-
метра iH уменьшается параметр шероховатости Ra. Вдоль оси де-
тали значение Ra уменьшается на 5—8 % при увеличении экс-
центриситета от 5 до 15 мкм.
Рис. 5.26. Круглограммы доведенных цилиндрических поверхностей при обра-
ботке без «выбега» при iH = 0,2 (а) и iH = 3,5 (6), а = 18°, е = 15 мм:
1 сечение у торца детали, обращенного при доводке к периферии притира (а — Д —
= 0,2 мкм, б Дд = 1,75 мкм); 2 — сечеиие в середине детали (а — Дд == 0,44 мкм;
б Дд « 1,0 мкм); 3 сечение у торца, обращенного к центру притира (б ** Д »
« 0,5 мкм) Д
Рис. 5.27. Зависимость огранки Ад от нагрузки на единицу длины контакта р'
при доводке пастами 24АМ5 (а) и 24АМ28 (6) при iH = —1,3:
1 — сечеиие I детали у торца, обращенного к периферии притира; 2 — сечение II детали,
проходящее через ее середину, при iH = 0,4; 3 — сечение I; 4 — сечение II
При наличии зон чистого качения (обычно в середине заготовки
или смещенной к центру притира) и длительного скольжения
у торцов заготовки увеличивается опорная площадь поверхности
в средней зоне доведенной детали на 10—20 % по отношению к тор-
цовым зонам. Однако при увеличении скорости скольжения точек
заготовки (например, при увеличении е или а) наблюдается отно-
216
сительное увеличение низкочастотных составляющих спектра от-
клонений от круглости профиля поперечного сечения доведенных
деталей. Условия качения заготовки во многом определяют
структурный спектр отклонений от круглости. Так, при доводке
с i„ = 0,2 ... 0,4, т. е. при движении точек образующей поверх-
ности заготовки по петлеобразным траекториям с малым радиу-
сом кривизны, качение заготовки неравномерно (резкое измене-
ние скоростей и ускорений относительного движения) и в спектре
отклонений от круглости преобладают высокочастотные состав-
ляющие, которые отсутствуют при доводке с iH 3 (рис. 5.26),
когда траектории движения точек образующей есть плавные
кривые.
С повышением давления увеличивается съем материала заго-
товки. При этом всегда наблюдается увеличение огранки
(рис. 5.27) на торцах детали и ее низкочастотных составляющих.
Рассмотренные выше экспериментальные данные позволяют
утверждать, что процесс абразивного изнашивания элементарных
участков поверхностей заготовок и притира, совершающих относи-
тельное движение, определяется действием прежде всего кине-
матических факторов. Этот процесс связан с изменением состоя-
ния абразивной прослойки (толщины прослойки h) между заготов-
ками и притиром вследствие неравномерности изнашивания при-
тиров, влияющей на изменение контактного давления р между за-
готовками и притиром, следовательно, и на параметры качества
обработки.
r.ru
ГЛАВА 6
ФОРМООБРАЗОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ
ПРИ ДОВОДКЕ
в.1. ПУТИ СТАБИЛИЗАЦИИ ТОЧНОСТИ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ
ПРИ ДОВОДКЕ
Стабилизация точности формы и размеров обработанной по-
верхности может быть обеспечена на основе двух принципиально
различных направлений: 1) изучение закономерностей абразив-
ного изнашивания взаимодействующих поверхностей при доводке;
оно основано на создании условий получения только равномер-
ности изнашивания поверхности притира (или притиров при дву-
сторонней доводке); 2) изучение процесса формообразования по-
верхностей деталей с целью достижения минимально допустимой
погрешности формы путем программированного перемещения за-
готовки по поверхности притира (или притира по поверхности
заготовки) с учетом изменяющейся формы поверхности притира
и других действующих факторов процесса.
Существуют разлйчные методы сохранения требуемой формы
рабочей поверхности притира (притиров) [3, 6, 201.
Циклически изменяя линейные и угловые скорости перемеще-
ния и размеры звеньев исполнительного механизма станка, можно
стабилизировать точность формы и линейных размеров обработан-
ной поверхности. При этом можно длительно сохранять исходную
(номинальную) поверхность притира или программировать дви-
жение заготовки по поверхности притира.
Исходную форму рабочей поверхности притиров можно сохра-
нить путем правки притиров обрабатываемыми заготовками. При
этом одновременно осуществляются два процесса: доводка загото-
вок и кинематическая правка рабочей поверхности притира (при-
тиров). Возникающие погрешности формы доведенных поверхно-
стей деталей получаются минимальными благодаря приработке
заготовок к непрерывно исправляемой и как бы последовательно
доводимой до номинальной поверхности притира.
Стабилизация параметров точности обработки поверхностей
во времени может осуществляться на основе выбора и расчета
'комплекса факторов процесса доводки. В частности, при програм-
мированном движении заготовки по притиру одной из задач фор-
мообразования поверхностей является установление рациональ-
ного сочетания взаимно компенсирующихся в различные мо-
менты времени погрешностей формы обрабатываемой поверх-
218
ности заготовки, совершающей движение по притиру, и при-
тира, имеющего участки с различной кривизной (по величине
и знаку).
6.2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ ФОРМЫ
ПОВЕРХНОСТЕЙ ПРИТИРОВ
И ЗАГОТОВОК ВО ВРЕМЕНИ
В общем случае при расчетах износа твердых тел в условиях
абразивного изнашивания следует рассматривать нелинейную за-
висимость износа от давления р и скорости v (т =£= п 1) [16].
Закономерности формообразования поверхностей заготовок
и математическое описание процесса изнашивания контактирую-
щих поверхностей отражают взаимодействие факторов процесса
доводки во времени.
Формообразование поверхности заготовки происходит одно-
временно с износом рабочей поверхности притира. В общем слу-
чае в процессе формообразования поверхности заготовки изме-
нение факторов процесса доводки во времени приводит к измене-
нию его количественных показателей.
Неравномерностью износа отдельных площадок рабочей по-
верхности притиров объясняется многослойное расположение
зерен в зоне контакта заготовки с поверхностями притиров, что
вызывает изменение локальных зазоров между рабочими поверх-
ностями притиров (притира) и обрабатываемыми поверхностями
заготовки и частичное устранение силового замыкания контакта
заготовки с рабочими поверхностями притиров (притира) через
однослойную абразивную прослойку. С целью создания управляе-
мого процесса доводки для конкретных условий его протекания
можно стабилизировать большинство факторов процесса [кроме
давления р, скорости v и толщины (зазора) h прослойки ), изменяю-
щихся по длине пути L движения площадок поверхности заготовки
относительно притира (площадок притира по заготовке). Тогда
основными факторами рассматриваемого процесса доводки, влияю-
щими на износ U, являются зависимые переменные — давление р,
скорость v и независимая переменная — время доводки. Изме-
нение толщины h абразивной прослойки определяет значение кон-
тактного давления р.
Для упрощения расчетов износ U элементарных площадок dS
поверхностей заготовки и притира можно выразить через интен-
сивность изнашивания материала, которая определяется с по-
мощью физического моделирования процесса абразивного изна-
шивания элементов динамической системы заготовка — абразив-
ная прослойка — притир. Изменение формы поверхностей заго-
товки и притира во времени при двусторонней доводке аналити-
чески можно представить следующим образом (рис. 6.1). С осями
вращения нижнего/и верхнего.? притиров свяжем системы коорди-
нат соответственно OHXHYKZH и OBXBYBZB. Плоскости прити-
219
chipmaker.ru
Рис. 6.1. Схема для определения изно-
са i/-x элементарных площадок по-
верхности притира:
1 и 2 — соответственно нижний и верхний
притиры; 3 — заготовка
ров XBOHYH и XBOBYB примем
за базовые.
Изменение расстояния цент-
ра Cij каждой элементарной пло-
щадки рабочей поверхности при-
тира до базовой поверхности за
время Ath соответствует линейному износу АСц за время A/ft.
Положение каждой элементарной площадки на поверхности при-
тира можно задать положением i-й строки, параллельной оси X,
и /-го столбца, параллельного оси Y. Приращения износа Д1/
для всех точек в пределах одной элементарной площадки Д5О-
принимаем одинаковыми, равными приращению Д17с.. в ее
центре Cij. Если линейный износ каждой элементарной площадки
поверхности притира за время Д/ представить как разность ап-
пликат Zctj ее центров для двух состояний рабочей поверхности
притира, то форму реальной поверхности притира (нижнего или
верхнего) в каждый момент времени t можно описать в виде ква-
дратной матрицы (или неполной квадратной матрицы при круглой
форме притира) А с элементами пхп, число которых определя-
ется числом элементарных площадок размером AxtAyt = AS, укла-
дывающихся по поверхности притира; А = Л(0> — В, где А —
матрица порядка п, описывающая форму поверхности притира
(с аппликатами гс.. центров Сц элементарных площадок притира)
в момент времени
для верхнего притира
-в _в -в
zn • • • zn zln
Л(в) = zBa ... zBtj ...zBin
yB
cnl . . . . Л,пп
для нижнего притира
и ~н ~~
Z11 • - • *1/ • • zln
(н) ~Н ~Н -Н
-- <tl . . . Z/j . . . Zfa
~н н _н
__4н1 • • • • • znn_
220
/<°) — матрица порядка п, описывающая форму поверхности
притира (с аппликатами гс^ центров Сц элементарных площадок)
в момент времени /й_х:
для верхнего притира
~-0в ,0в ,0в
?ц ... Хц .. . г1л
Л(0в) =
,0в -Ов -Ов
‘Л • • • zi/ • • - ‘In •
-Ов -Ob _0b
~nl • • • ‘nj • • • ‘nn_
для нижнего притира
-Он -Он -0н~
... 21/ . - - 21л
Л(ОН) =
-Он -Он -Он
Zn . . . ztj ... zin
-Он -Он -Он
/п1 • • • ‘nj • • • ‘пп_
В — матрица порядка п, определяющая износ &Utj каждой
элементарной площадки поверхности притира за промежуток
времени А/й = th —
для верхнего притира
Вм =
~At7Ti .. . At/?/ - - At/?„~
At/л .. . At/’/ .- Al/м
_At/”i • . At/’/ .. At/nn_
для нижнего притира
At/fi ... At/?/ ... At/"„
Bw = A(/?i ... \ипц ... &U”n
. NUHnt ... At/"„.
За каждый промежуток времени Д/й матрица В определяет
изменение реальной формы поверхности притира по изменению
аппликаты Zctj центра каждой элементарной площадки AS =
= kXibyt. Аналогичным образом с помощью матриц может быть
описано изменение формы поверхности заготовки в результате из-
носа Af/fti элементарных площадок за время Д/й относительно
системы координат, связанной с заготовкой.
Предлагаемый здесь физико-механический подход к формообра-
зованию поверхностей основан на физическом моделировании про-
цесса доводки конкретных взаимодействующих пар через абразив-
221
chipmaker.ru
ную прослойку в условиях, приближающихся к реальным. Фи-
зическое моделирование процесса доводки позволяет определить
интенсивность изнашивания К материала притира и заготовки
при различных факторах процесса доводки, в том числе при раз-
ных скоростях и, ускорениях а\ давлениях р и толщинах абразив-
ной прослойки h (зазор между поверхностями притира и заготовки).
. Износ элементарных площадок поверхности заготовки или
притира (t/3(n))i/ за время = tk — tk—\ можно представить
следующим образом (см. рис. 6.1).
Износ kl-й площадки нижней поверхности заготовки 3
(Ua. н)н = J Кз. н(из1> «зь Р, h)v3i(t)dt. (6.1)
*h-l
Износ tj-й площадки поверхности нижнего притира 1
‘h
(t/n. н).-/ = j Кп. н(щз. аХ13, р, h)vX3(f)dt, (6.2)
'h-1
где и31 (013), <2з1 (а^з) — соответственно скорость и ускорение от-
носительного движения заготовки (притира) по притиру (заго-
товке) .
Аналогично можно записать выражения для износа элементар-
ных площадок верхней поверхности заготовки 3 (U3, B)hl и по-
верхности верхнего притира (t/n. в)г>- В практических расчетах
функцию интенсивности изнашивания К (р, а1, р, h) можно вычис-
лить приближенно по формуле Тейлора для функции нескольких
переменных. В формуле первого приближения для интенсивности
изнашивания Д’ учитывают члены первого порядка малости:
К (о, а', р, al, ра, М +^-|,_,.(»<-<*)+
да1 |<=<0
где о0, do, ро, h0 — факторы процесса доводки для начального мо-
мента времени to‘, vt, at, Pt, ht — факторы процесса доводки для
текущего момента времени t.
Ввиду сложности определения значений К, соответствующих
конкретным значениям и законам изменения скорости о и ускоре-
ния а1 при прочих одинаковых условиях доводки, методику рас-
чета необходимо упрощать и, в частности, износ U элементарных
площадок поверхностей заготовки и притира рассчитывать по
222
усредненным значениям интенсивности изнашивания (выводя К
из-под знака интеграла в выражениях (6.1) и (6.2):
(t/.. н)« = S Кз. н J о31(0Л;
(1/п.н)ц=£^п п f
0=1 С ,
где К3. н и Кп.н — соответственно усредненные значения интен-
сивности изнашивания, мкм/мм или мг/(мм. мм2), материала эле-
ментарных площадок поверхности заготовки и притира размером
AS = Ахг Az/, при рассматриваемых условиях доводки за время
A/g = tq — tq_i, о31 (0 и d18 (t) — соответственно скорость относи-
тельного движения центров площадок заготовки по притиру
и притира по заготовке; п — число промежутков времени, соот-
ветствующих заданным значениям факторов процесса доводки.
При определении линейной величины износа U влияние изме-
нения скорости v вдоль траектории движения заготовки по при-
тиру на интенсивность изнашивания материала заготовки и при-
тира учитывают с помощью коэффициента динамичности, пред-
ставляющего поправочную функцию /гдин и характеризующего
динамичность нагружения материала заготовки или притира от
воздействия абразивной прослойки. Дискретные значения этой
функции вычисляют по данным физического моделирования про-
цесса для фиксированных значений скорости v, ускорения ах
и давления р при прочих постоянных условиях (см. п. 4.2).
Итак, при доводке с переменными скоростями расчетную
форму изношенной поверхности заготовки (притира) можно опре-
делить по формулам расчета износа U исходя из пропорциональ-
ности износа длине пути относительного движения элементарной
площадки заготовки (притира) по притиру (заготовке), введя
в них поправку на степень динамичности нагружения системы
заготовки — абразивная прослойка — притир:
и* (п)= 2^ст)(0^днн)Ю
e=i
где Л<ст) (/) и ^днн) (/) — соответственно интенсивность изна-
шивания материала заготовки (притира) и коэффициент динамич-
ности нагружения системы заготовка — абразивная прослойка —
притир, являющиеся функциями факторов процесса изнашивания
материала и времени.
223
r.ru
Для упрощения расчетов по формуле (6.4) значения К^ст> (<)
и ^днн) (/) можно вычислить по средним значениям скоростей
и ускорений на отрезке времени = tq — tq_x. В общем случае
/<£ст) (/) и ^дин) (/) — функции многих переменных, значения
которых определяют для конкретных условий абразивного раз-
рушения твердых тел.
Дальнейшее описание процесса формообразования поверхно-
стей заготовок и притиров при доводке можно дать с двух раз-
личных позиций, рассматривая относительное движение элемен-
тарных площадок притира по заготовке и элементарных площадок
заготовки по притиру. Выбирая методику расчета формы изношен-
ной поверхности притира, необходимо учитывать геометрические
размеры, форму обрабатываемой поверхности, число одновременно
обрабатываемых заготовок.
Первую методику расчета формы изношенной поверхности
притира наиболее целесообразно применять в тех случаях, когда:
размеры заготовки соизмеримы с размерами кольцевого уча-
стка рабочей поверхности притира.или размерами сплошного
притира;
форма обрабатываемой поверхности сложная или ширина
обрабатываемых участков поверхности заготовки разная и они
чередуются с необрабатываемыми зонами в виде отверстий или
различных полостей;
заготовки плотно заполняют одну или несколько кольцевых
зон сепаратора, «плана» или блока.
Вторая методика расчета может быть рекомендована в тех
случаях, когда:
размеры заготовок значительно меньше ширины кольцевого
участка рабочей поверхности притира, а форма обрабатываемой
поверхности простая (круг, квадрат);
форма обрабатываемой поверхности заготовок простая и кон-
туры их площадей вписываются в кольцевой участок сепаратора
с невысокой плотностью заполнения.
Указанные подходы к процессу формообразования поверх-
ностей связаны с тем, что различны законы относительного дви-
жения точек поверхности заготовки по притиру и притира по
заготовке, а также значения интенсивностей изнашивания К
материала заготовки и притира в соответствии с законом измене-
ния скорости v и ускорения ах их относительного движения.
Расчет формы обработанной поверхности детали может быть
выполнен по предложенной методике, исходя из взаимного изна-
шивания поверхностей заготовки и притира, определяемого зако-
ном движения заготовки по притиру и значениями интенсивности
изнашивания Л (о, ах, р, h), либо исходя из выдвинутой гипотезы
о копировании поверхностью заготовки кривизны участков по-
верхности притира, с которыми заготовка взаимодействует при
ее циклическом движении по притиру за время t.
224
6.3. РАСЧЕТ ФОРМЫ ПОВЕРХНОСТИ ПРИТИРА
Относительное движение рабочей поверхности притира по за-
готовке. В соответствии с изложенным выше износ притира можно
рассчитать по формуле (6.4). Интенсивность изнашивания К
и коэффициент динамичности &(днн) нагружения системы заго-
товка — абразивная прослойка — притир определяют по ре-
зультатам физического моделирования конкретного процесса до-
водки. Длину пути Lt точки (элементарной площадки) притира
по поверхности заготовки находят за один цикл относительного
движения по следующей методике. Кинематические факторы
траектории относительного движения точки притира по поверх-
ности заготовки можно определить способом обращенного дви-
жения.
Расчетные векторные схемы для определения длины пути Lt
даны применительно к исполнительным механизмам доводочных
станков (см. рис. 3.6—3.8). Длину пути Lt точки поверхности
притира по условной заготовке 5 определяют по формуле (3.5).
Проведено сравнение расчетной формы изношенной поверх-
ности притира с формой поверхности, полученной эксперимен-
тально. При односторонней плоской доводке образцов из твер-
дого сплава В К6-М (диаметром 40 мм) на станке С-15 по схеме обра-
ботки, представленной на рис. 2.4 и 3.6, для четырех исследован-
ных кинематических режимов (частота вращения притира п4 =
= 1; 1,5; 2и 3 с-1; частота вращения шпинделя деталей п2 =
== —3,2 с“г при ОВ = 77,5 мм) установившаяся форма поверх-
ности притира диаметром 320 мм получена после 6 ч непрерывной
доводки образцов (см. рис. 6.2).
Аналогичные профили изношенной поверхности притиров по-
лучены на стенде при тех же скоростях доводки. Значения К^ст)
и А4нн, входящие в формулу (6.4) и соответствующие скорости v
и ускорению ат относительного движения точек притира по за-
готовке, получены для аналогичных условий абразивного изна-
шивания путем физического моделирования процесса доводки.
Для сопоставления текущих значений ординат Ht эксперимен-
тально измеренного профиля притира (рис. 6.2) и расчетных
значений износа Ut за время одного цикла относительного дви-
жения по поверхности заготовки i-й точки (элементарной пло-
щадки) поверхности притира, лежащей на окружности радиуса Rit
определены их относительные (нормированные) значения Н",
U*, L" с помощью выражения
Af = (Af Am|n)/(Amax ' Amin)> (6*5)
где At, Amax, Amin — соответственно текущее, максимальное
и минимальное значения одной из рассматриваемых величин
Яь Uit Lt.
225
chipmaker.ru
Текущие значения износа в i-й точке поверхности притира
за время tn одного цикла с учетом влияния только скорости vt
UVl = C0K(nCT)Lz.
С учетом влияния динамичности нагружения системы заго-
товка — абразивная прослойка — притир
(6.6)
где Со, Cj, — коэффициенты пропорциональности.
Рис. 6.2. Кривые распределения нормированных значений длины пути L” (а)
и износа U^ai (б) притира и кривые профиля Я” изношенной поверхности при-
тира при nj = —3,2 с-1 и nt = 1 с-1:
1 — экспериментальная кривая = f (Я); 2 — расчетная кривая L? = f (Я); 3 —
расчетная кривая = f (Я)
Для определения износа в каждой i-й точке поверхности
притира за время i необходимо вычислить соответствующее число
циклов т = t/tn. Тогда износ i-й точки поверхности притира
за время t
Uoal (2) = Цт. (6.7)
Расчетные нормированные значения Uvai, L”, определенные
по формуле (6.5), и измеренные значения ординат Я” профиля
притира в радиальном сечении для двух кинематических режимов
обработки приведены на рис. 6.2—6.3. Отклонения Н” (кривая /)
реального профиля поверхности притира от расчетных значений L”
(кривая 2) и Uyai (кривая 3) сравнивали по значению коэффи-
циента корреляции (табл. 6.1):
Я12 = cov {хь х2} /У а2х,а2„
226
Рис. 6.3. Кривые распределения нормированных значений длины пути L" (о)
и износа U*ai (6) притира и кривые профиля изношенной поверхности при п2 =
= —3,2 с-1 и п4 = 3 с-1:
1 — экспериментальная кривая = f (R); 2 — расчетная кривая Z.” = f 1R) и 3 —
расчетная кривая 1/^ = f (R)
6.1. Статистические характеристики нормированных профилей
поверхностей притиров и коэффициента корреляции
для двух кинематических режимов доводки образцов на станке С-15
(«2 = —3,2 с-1, • р = 39,2 кПа)
Статистические
характеристики
оценки профиля
поверхности
Значения статистических характеристик критериев оценки профиля поверхности прн п4, с“х
1 (режим I) 3 (режим II)
Ь? uvai Uvai
Экспериментальные
м (xj
04*1)
I 0,370
I 0,147
I 0,440
I 0,118
Расчетные
М [х2]
о2 (хг)
COV {X], х2)
/?12
0,230
0,097
0,105
0,876
0,330
0,091
0,109
0,955
0,250
0,086
0,088
0,865
0,340
0,079
0,089
0,908
Примечание. М [х> ], М {лг» J, ог (xt), G* (хж) — соответственно мате-
матические ожидания и дисперсии xt и х8; cov {xlf xt} — ковариация между х>
н х>; Rt9 — коэффициент корреляции; Xj н ха — соответствуют эксперименталь-
ным и расчетным значениям.
227
chipmaker.ru
где Xi и х2 — соответственно отклонения профиля реальной по-
верхности от номинального (расчетного) профиля, полученные
экспериментально и расчетом: аХ1, аХг — среднеквадратичные
отклонения параметров хг и ха.
Анализ коэффициентов корреляции показывает, что при учете
влияния динамичности нагружения рассматриваемой системы на
интенсивность изнашивания материала притира повышается точ-
ность расчета. Например, для двух режимов доводки (n4 = 1 с-1
и п4 = 3 с-1 при п2 = —3,2 с-1) при учете динамичности нагру-
жения элементов системы заготовка — абразивная прослойка —
притир получают соответственно коэффициенты корреляции, рав-
ные 0,955 и 0,908 вместо 0,876 и 0,865. Расхождения эксперимен-
тального (кривая /) и расчетных (кривые 2 и 3) профилей поверх-
ностей объясняются тремя причинами:
1) методической погрешностью, связанной с заменой реальной
заготовки условной;
2) неравномерностью шаржирования алмазных зерен в ма-
териал притира в его отдельных зонах; так, в зоне, ограниченной
окружностями радиусов 7? — 70 ... 120 мм, наблюдалась повышен-
ная шаржируемость зерен по сравнению с центральными и пери-
ферийными участками поверхности притира; 3) статистическим
характером используемых значений интенсивностей изнашива-
ния материала притира.
Неравномерность шаржирования зерен в материал притира
экспериментально подтверждена при изучении закономерностей
шаржирования зерен алмазной пасты в поверхность притира для
различных законов относительного движения заготовки по при-
тиру и Данным физического моделирования процесса доводки.
Относительное движение заготовки по рабочей поверхности
.притира. Как и в предыдущем случае, износ Ui следует рассчи-
тывать по формуле (6.6), однако в качестве длины пути Lt реко-
мендуется использовать следующие характеристики: 1) длину lt
дуги контакта заготовки 2 с рабочей поверхностью притира 1
в пределах окружности радиуса Rt при движении заготовки по
полю траектории точек заготовки (рис. 6.4); в данном случае
длина It дуги пропорциональна числу актов взаимодействия
поверхности заготовки с поверхностью притира за время, равное
половине времени цикла /ц; 2) усредненную длину отрезков (пути)
траектории движения точек окружности радиуса Rt поверхности
притира по заготовке, распределение которых в пределах дуги lt
контакта заготовки с окружностью данного радиуса 7?г пбверх-
ности притира характеризуется законом изменения интегральной
плотности S по длине lt дуги.
Рис. 6.4. Поля траекторий точек 1—6 поверхности заготовки по притиру для
двух режимов доводки:
a — п, = 1 о~1; б — п4 = 3 о-*, п4 “= —3,2 о~*
229
chipmaker, ru
Площадь S под кривой L = L {Г) (см. рис. 3.10, б) характери-
зует геометрическую интенсивность взаимодействия заготовки
с точками cij дуги /г окружности радиуса /?, поверхности притира
или суммарный (интегральный) износ по дуге lt. Как и при расчете
по предыдущей методике, значения интенсивности изнашивания
и ^пДИН) материала притира определяют экспериментально
путем физического моделирования процесса доводки. В этом
случае образец следует изготовлять из материала притира.
Расчет формы изношенной поверхности притира состоит из
двух этапов: определения интенсивности взаимодействия заго-
товки с участками рабочей поверхности притира по значениям
длины дуги, рассчитанным по формуле (3.18), и интегральным
i
плотностям S — j L (/) dl, вычисленным по формуле (3.21);
о
собственно расчета формы изношенной поверхности притира.
Расчетную форму изношенной поверхности притира опреде-
ляли для двух кинематических режимов доводки твердосплавных
образцов (заготовок) на станке С-15 (частота вращения притира
л4 = 1 и 3 с-1; частота вращения шпинделя деталей п2 = —3,2 с-1)
по схеме и условиям обработки, аналогичным принятым в расчете,
выполненном по первой методике (см. рис. 2.4 и 3.6). Для данной
схемы расположения заготовок и указанных значений п2 и п4 тра-
ектории относительного движения точек заготовок по притиру,
например центра С заготовки, являются кривыми эпицикло-
идального вида (i2B > 1).
При большом числе циклов все точки (элементарные участки)
поверхности инструмента находятся в контакте с поверхностью
заготовки, но при каждом цикле длина lt дуги для определенной
окружности (орбиты) радиуса Rt поверхности притира и интег-
ральная плотность S, постоянны. Распределение механической
работы, затрачиваемой на изнашивание поверхности притира
вдоль радиуса Rt его радиального сечения, пропорционально
отношениям lihrRt и SjuRt.
Относительная интенсивность взаимодействия заготовки с раз-
личными участками поверхности притира (вдоль его радиуса Rt)
может быть представлена нормированными текущими значениями
li/nRi'.
1« = ГЛ__ 1
* [ nRi \nRt J min J I L \ JlRf / max \ TtRi ) min J 9
где индексы max и min обозначают соответственно максимальное
и минимальное значения l^/nRi за один цикл.
Влияние интегральной плотности S; на износ материала
притира (исходя из геометрических представлений) можно учесть,
умножая /“ на коэффициент интегральной плотности.
п nRtl^Rt /твх'
230
Коэффициент kn учитывает влияние неравномерности распре-
деления интегральной плотности Sj по окружностям различных
радиусов Rt. В соответствии с выражением (6.6) износ притира
за один цикл
г/ г ь-(ст)ь(днн) 2Sf
Uvai = С1Лп «п ~2п^ ‘
Без учета влияния динамичности нагружения системы за-
готовка — абразивная прослойка — притир на интенсивность
изнашивания материала
П ___ Г* ьЧс») 2St
иVI - С2Ло 2nRt •
Износ притира в i-й точке [см. (6.6) 1 за время обработки /оСр
где Ci и С2 — коэффициенты пропорциональности; КпСТ) и йпЛНН> —
соответственно интенсивность изнашивания материала притира
и коэффициент динамичности нагружения материала притира
в рассматриваемой i-й точке его поверхности, устанавливаемые
экспериментально по данным физического моделирования про-
цесса изнашивания; 2S, — удвоенная интегральная плотность,
учитывающая влияние интенсивности воздействия заготовки на
притир по окружности данного радиуса R, за один цикл, мм2;
m = ioGp/iu — число циклов; tn — время цикла, определяемое
по формуле (3.10); z — число заготовок, одновременно обрабаты-
ваемых в сепараторе.
Для сопоставления ординат Ht экспериментально измеренного
профиля поверхности притира для двух указанных режимов
обработки и расчетных значений износа Ut за один цикл движения
заготовки по рабочей поверхности притира по формуле (6.5)
вычислены нормированные значения Я", U”, (Uvai)> fl, fl k„.
Отклонения Я” (кривая 1, рис. 6.5 и 6.6) реального профиля
поверхности притира сравнивали с их расчетными значениями /"
(кривая 2) и lHtkn (кривая 4), U*ai (кривая 3) с помощью коэффи-
циента корреляции /?12 (табл. 6.2). Наибольшие значения коэф-
фициента корреляции для двух рассмотренных режимов доводки
получены при учете динамичности нагружения системы заго-
товка — абразивная прослойка — притир. Различие экспери-
ментального (кривая /) и расчетных (кривые 2, 3 и 4) профилей
поверхностей в средней зоне поверхности притира (Яг = 70 ...
120 мм) объясняется причинами 2 и 3, изложенными при анало-
гичных сопоставлениях результатов расчета формы изношенной
поверхности притира по первой методике расчета.
-231
chipmaker.ru
Рис. 6.5. Кривые распределения нормированных значений длины I", l"kn (а)
и износа Uyai(6) притира и кривые профиля изношенной поверхности притира
при rtj = —3,2 с'1 и п4 — 1 с-1:
I — экспериментальная кривая Н*- = J (/?); 2 — расчетная кривая = f (Я); 3 — рас-
четная кривая ~ f (ЯК 4 ~~ расчетная кривая == f (R)
Рис. 6.6. Кривые распределения нормированных значений длин l*kn (а) и
износа (б) притира и кривые профиля //” изношенной поверхности при
п2 = —3,2 с"1 и я, — 3 с'1:
1 — экспериментальная кривая Н11- = f (RY. 2 — расчетная кривая = / (RY, я — рас-
четная кривая l/"al = / (R), 4 — расчетная кривая / IR)
232
6.2. Статистические характеристики нормированных профилей
поверхностей притиров и коэффициентов корреляции
для двух кинематических режимов доводки образцов на станке С-15
(лг = —3,2 с'1, р =. 39,2 кПа)
Статистические характеристики оценки профиля поверхности Значение статистических характеристик критериев оценки профиля поверхности при п4, с_|
1 (режим I) 3 (режим II)
‘Ч t“k 11 кп uvai н* ‘Ч ин • uvai
м [хД 0,370 Экспер иментальиые 0,440
a2 (xt) 0,147 — 0,118
М [х2] Р 0,280 асчетнъ 0,190 ie 0,320 0,270 0,220 0,490
а2 (х2) — 0,097 0,099 0,098 — 0,092 0;095 0,087
COV {Х1, хг} — 0,099 0,106 0,113 — 0,096 0,090 0,095
Rn — 0,830 0,870 0,935 — 0,912 0,840 0,927
Примечание. М [*t], М lx, 1. с" (х,). о* (х,1 — соответственно мате-
матические ожидания н дисперсии х, и ха; cov {х,, ха) — ковариация между х,
и ха; Ria — коэффициент корреляции; х, и х, соответствуют эксперименталь-
ным и расчетным значениям.
Расчеты ожидаемой формы изношенной поверхности притира
по двум методикам выполнены на ЭВМ «Минск-2». Подобные
расчеты могут быть проведены и для других типов доводочных
станков.
6.4. ДИНАМИКА ПРОЦЕССА ВЗАИМНОГО СБЛИЖЕНИЯ ПРИТИРОВ
ПРИ АБРАЗИВНОМ ИЗНАШИВАНИИ В ПРОЦЕССЕ
ДВУСТОРОННЕЙ ДОВОДКИ
В общем случае контактная задача взаимодействия твердых тел
при определении деформации и износа поверхностей является
статически неопределимой. В качестве дополнительного уравне-
ния обычно принимают условие касания поверхностей, т. е.
зависимость между износом в любой точке поверхности и взаим-
ным сближением тел после приложения сил.
Для абразивного изнашивания поверхностей взаимодейству-
ющих тел при определении износа обычно используют зависимость
скорости изнашивания от давления и скорости относительного
движения. Учитывая нелинейность зависимости скорости изна-
шивания тел при доводке незакрепленным абразивом от давления
р и скорости и, рассмотрим методику решения контактной задачи
взаимодействия тел при двусторонней доводке заготовок. При-
нимаем исходные положения и допущения (рис. 6.7).
233
1. В каждый рассматриваемый момент времени между взаимо-
действующими поверхностями притиров и заготовок имеется
абразивная прослойка.
2. Деформирование контактное и при взаимодействии тел
не учитываются.
3. При однослойном расположении незакрепленных или шар-
жированных зерен в зоне контакта происходит постоянное силовое
замыкание контакта поверхностей заготовки и притиров.
Рис. 6.7. Схемы возможных условий контакта обрабатываемой заго-
товки с притирами через абразивную прослойку прн двусторонней до-
водке:
Лв и Лн — толщина абразивной прослойки между заготовкой и соответ-
ственно верхним и иижним притирами; — толщина feZ-й элементар-
ной площадки m-сепаратора с заготовками; а — средний размер абра-
зивных зерен
4. Если толщина h абразивной прослойки между площадками
контакта поверхности заготовки и притира составляет не менее п*
средних размеров а абразивных зерен (h п*а), то возможно
только мгновенное силовое замыкание контакта между поверх-
ностями заготовки и притира, приводящее к прерывистому кон-
такту зерен с поверхностными слоями заготовки и притира.
5. Абразивное изнашивание поверхностей притира и заго-
товки происходит при постоянном и мгновенном силовом замыка-
нии по отдельным элементарным площадкам при условии, что
толщина абразивной прослойки между ними не больше пкр = п*
размеров абразивного зерна (лкр — критическое значение числа
средних размеров зерен). Для краткости изложения в дальнейшем
эти площадки будем называть работающими.
В общем случае толщина Л абразивной прослойки между
заготовкой и притиром в долях числа абразивных зерен должна
234
быть больше нуля как при наличии внешнего давления р в зоне
контакта заготовка — притир, так и при его отсутствии.
Определение положения рабочих поверхностей притиров и
обрабатываемых поверхностей заготовок в сепараторе. Форму
рабочей поверхности верхнего и нижнего притиров и заготовок,
расположенных в сепараторах, определяем в следующих систе-
мах координат (рис. 6.8):
0„. нХп. нУп. н^п. н. связанной с базовой плоскостью ниж-
него притира;
0п т,Хп. ВКП. BZn. в. связанной с базовой плоскостью верх-
него притира;
BmXcYcZc, связанной с одним из нескольких сепараторов
(или заготовкой) (т — номер сепаратора).
Для начального момента времени t = 0 направления коорди-
натных осей 0п. НХП. н и 0п. В.ХП. в» а также 0п. НУ п. н и Qa. bYп. в
совпадают. Для удобства расчета формы рабочей поверхности
нижнего (верхнего) притира 1, а также обрабатываемых поверх-
ностей заготовок, расположенных в сепараторе 2, координаты
центров элементарных площадок их поверхностей рассматриваем
в полярных системах координат (/?„ь Фщ) Для притира и (7?сл,
<рсй) для сепаратора по отдельным i-м и Л-м кольцевым зонам,
число которых для притира равно Nx (i = 1, 2, 3, ..., NJ, для
сепаратора с заготовками N2 (k = 1, 2, 3, ..., NJ. Кольцевые
зоны поверхностей притира и сепаратора с заготовками разделим
соответственно на /-е и l-е элементарные площадки, число которых
для притира равно Na (j = 1, 2, 3, ..., Na), для сепаратора с за-
готовками Nt (I = 1, 2, 3, .... N^, с угловым шагом а (притир)
и Р (сепаратор с заготовками). В общем случае число /-х и 1-х
площадок в пределах рассматриваемых l-х и k-x кольцевых зон
поверхностей притира и сепаратора может быть различным, если
235
Рис. 6.9. Схема для определе-
ния толщины hB и hH абразивной
прослойки между заготовкой и
соответственно верхним и ниж-
ним притирами
например, выполнить ус-
ловие равенства площа-
дей элементарных пло-
щадок.
Изменение формы ра-
бочих поверхностей при-
тиров при двусторонней
доводке заготовок можно представить следующим образом.
В начальный момент обработки заготовок (t = 0) вследствие их
разнотолщинности в партии и заполнения сепаратора случай-
ным образом можно предположить, что установка верхнего при-
тира происходит по трем заготовкам наибольшей высоты Н,
которые располагаются в разных сепараторах.
Исходное положение рабочих поверхностей верхнего и ниж-
него притира и заготовок для момента времени t = 0 определяет
начальное условие взаимодействия Nx х N3 площадок притиров
(Wh — площадки нижнего притира /, iB/B — площадки верхнего
притира 2) с N2 х площадками заготовки (kHlH — площадки
нижней поверхности заготовки, kBlB — площадки верхней поверх-
ности заготовки, рис. 6.9). В общем случае число элементарных
площадок на рассматриваемых поверхностях верхнего и нижнего
притиров, на верхней и нижней поверхностях сепаратора с за-
готовками, а также в пределах отдельных кольцевых зон поверх-
ностей притиров и сепараторов может быть различным. Толщина
абразивной прослойки между элементарными площадками за-
готовок 3 и притиров 1 и 2 зависит от ее состояния, формы реаль-
ных поверхностей притиров, разнотолщинности заготовок в пар'
тии, в отдельном m-м сепараторе (т = 1, 2, 3, Nb) и во всех
сепараторах (с 1 по N5).
Толщина Н заготовок в партии характеризуется математи-
ческим ожиданием толщины М [Н] и ее дисперсией D [Н ],
а также математическим ожиданием разнотолщинности заготовок
М [ А//1. Так как заполнение сепараторов заготовками происходит
случайным образом, предположим, что в каждом сепараторе
заготовки по толщине распределяются, например, по нормальному
закону распределения со статистическими характеристиками
М [Н] и D [Я]. В частности, при решении задач на ЭВМ учет
распределения заготовок по толщине возможен с помощью датчика
случайных чисел, распределенных по нормальному закону. Тол-
щина kl-й элементарной площадки m-го сепаратора с заго-
товками
= М [Z7] + ЗХ VD[H],
236
где k — иомер кольцевой зоны; I — номер площадки в кольцевой
зоне; X — случайное число, распределенное по нормальному
закону с математическим ожиданием, равным нулю, и дисперсией,
равной единице; это число получено с помощью программ дат-
чика случайных чисел.
Таким образом, имеем N6 матриц с размерностью N2 X
X А4. Форма реальных поверхностей нижнего и верхнего при-
тиров описывается матрицей аппликат ztJ центров площадок ij.
Аппликаты профиля продольного сечения нижнего и верхнего
притиров можно измерить в п продольных сечениях каждого
притира. Для каждого п-го сечения (п = 1,2, ..., N) имеем ма-
трицы-столбцы аппликат профиля нижнего и верхнего притиров:
j(zn. H)ni;l и {(zn. В)П{Д с размерностью х 1. Всего таких пар
матриц N. Объединив матрицы-столбцы всех сечений, получим
матрицы аппликат профилей нижнего и верхнего притиров:
|(гп.н)пи}. f(zn.в)по1 с размерностью х N, где число строк
матриц соответственно iH = 1,2, .... N1H для нижнего притира;
iB = 1, 2, • • -, N1B для верхнего притира. По данным этих матриц
для каждой i-й строки определяем математические ожидания
аппликат М [(z„. н)гД М l(zn. в)о'] и оценки их дисперсий
D 1(гп. н);у] и D l(zn. в)г,1 для профилей каждого i-ro кольца
поверхности нижнего и верхнего притиров:
1 n=N
М [(zn. н)|>1 = “дГ Zj (zn. н)п47э
Л=1
J n=N
М [(гп. в)/у] “ (zn. в)пЦ>
n—N
D [(zD. H)o] = Д l(zn. н)о - м [(zn.
n—N
D [(Zn. b)J = 7ГГТ Д KZn- b)m - M Kzn- b)o! }2-
В результате имеем Nltl значений M I(zn. н)гу] и D l(zn. а)ц ]
и N1B значений М 1(гп. в);у1 и D 1(гп. в)гД
Используя указанные статистические характеристики формы
рабочей поверхности притиров, с помощью программы датчика
случайных чисел находим аппликаты центров ij площадок рабо-
чих поверхностей нижнего и верхнего притиров относительно
их базовых плоскостей для каждого i-ro кольца:
(zn. в)м = М 1(2п. н)и! 4~ ЗХ [(zn. H)jJ,
(zn. в)о — M [(zn. B)ij] -f- 3X1/D [(zn. В)4Д.
В результате имеем N1H матриц' {(zn.H)ol и Nib матриц
l(zn. в)Ь[ c размерностью 1 X Nsa и 1 X NSB соответственно.
Затем, составляя матрицу аппликат профилей нижнего и верхнего
237
er.ru
притиров |(zn.H)o} и {(zn. „)(Я с размерностью N1H X Ns„ и
NlB X N3B соответственно, определяем минимальное zmln и
максимальное z,nax значения аппликат и их размерности. Для
нижнего притира Дп. н = zmax— zmm. В общем случае погреш-
ность формы Дп поверхности притира включает отклонения от
прямолинейности профиля притира и угол наклона прилегающей
прямой.
Начальное контактное давление р зависит от площади взаимо-
действующих через абразивную прослойку поверхностей заготовок
и участков рабочей поверхности притиров. При толщине абра-
зивной прослойки больше п* размеров абразивного зерна (h >
> п*а) в соответствии с принятым допущением считаем, что
силовое взаимодействие через абразивную прослойку поверхностей
заготовок и притира отсутствует и в зоне контакта участков по-
верхностей заготовок и притира рабочее давление р = 0.
При определении возможной толщины абразивной прослойки
между отдельными участками поверхностей заготовок и притиров
в каждый момент времени необходимо рассматривать взаимное
расположение заготовок в сепараторах и поверхностей притиров
и определять число и площадь изнашивающихся участков поверх-
ностей заготовок и притиров.
Расчет начального контактного давления. Контактное давле-
ние р в зоне взаимодействия системы заготовка — абразивная
прослойка — притир зависит от толщины абразивной прослойки.
При расчете давления р за установочную поверхность для за-
готовок принята поверхность нижнего притира. В соответствии
с данными, полученными путем физического моделирования про-
цесса доводки и статистическими характеристиками состояния
поверхностей притира и заготовок, принимаем следующие соот-
ношения исходя из трех условий взаимодействия поверхностей
заготовок и притиров:
| Ап. н — М [Д/7] | > п*а, где (Дп. н — М [ДН]) < 0; (6.8)
I Ап. н ~ М [ДН] | > п*а, где (Д„. н — М [&Н]) > 0; (6.9)
(Ап. н - М [Д Н]) £ [— п*а, п*а], (6.10)
где п*а — критическая толщина абразивной прослойки между
заготовкой и притиром, начиная с которого практически отсут-
ствует силовое взаимодействие контактирующих поверхностей,
выраженное в долях числа зерен, укладывающихся в зазоре.
По данным физического моделирования процесса доводки кри-
тическое значение п* as 2. . .3 зависит от свойств системы заго-
товка— абразивная прослойка — притир. От принятых соотно-
шений (6.8) — (6.10) зависит выбор варианта расчета началь-
ного и рабочего давления р. Условия взаимодействия загото-
вок и притиров определяют в первом случае (6.8) в основном
состоянием реальной формы поверхностей заготовок; во втором
случае (6.9) — в основном состоянием реальной формы поверх-
238
ности притиров; в третьем (6.10) — одновременно состоянием
реальной формы поверхностей как заготовок, так и притиров.
Рассмотрим указанные случаи взаимодействия заготовок и
притиров при критическом значении п* = 2.
Первое условие | Дп. н— М [Д/7 ] | > 2а, где (Дп. н —
— М [АН ]) < 0. Для каждой kl-й элементарной площадки т-го
сепаратора вычислим сумму Бы (рис. 6.10, а), состоящую из
толщины Ны элементарной площадки, двух размеров абразивных
зерен 2а, максимальной аппликаты профиля кольца нижнего
притира max {(zn. расположенного под каждой площадкой
Рис. 6.10. Схемы для определения расстояния ОВ между базовыми плоскостями
притиров при расчете максимального ртах (°) и минимального ртш (б) давления
при (дп. и — м LА//1) < 0
заготовки в сепараторе, максимальной аппликаты кольца про-
филя верхнего притира max {(zn. B)iyJ, расположенного над каж-
дой площадкой сепаратора с заготовками. В результате получаем
матрицу \Бы\ с размерностью Afa X Л/4, каждый элемент которой
имеет вид
Бы = max j(zn. н)о-} ф- 2а ф- Нм + max |(zn. в)о|, (6.11)
где max'JOn. н)гф = М [(zn. н)о] ф- 3 /Е» [(zn.
max |(zn. в)у} = M [(zn. в)о] ф- 3 /D[za. в)о].
Если аналогичным образом поступим со всеми остальными
(N6 — 1) сепараторами, то будем иметь Nb матриц вида {Бйг}.
Выражение (6.11) справедливо для расчета максимального
начального и рабочего давления ртах. Если давление (начальное
239
или рабочее) минимально, каждый элемент матрицы имеет вид
(рис. 6.10, б)
Bhl = min{(zn. н)м} + 2а + Hhl min |(zn. в)о|,
где min {(zn_ н),у} = M [(zn_ H)/j] 3 у/”D [(zn. н)о1>
эле-
5ц,
П. Н-А-П. Н
min |(zn. в)о-} = М [(zn. в)о] — 3 y'D [(z„. в)м].
В каждой из N-a матриц |£>h(} выбираем максимальный
мент, из них три максимальных элемента. Обозначаем их
•Эи, <513- Предположим, что координатами этих трех элементов
в системе координат 0п. НХП. нУп. HZn. н являются х311, х3„, х3„,
Уэ„, Уэ,„ Уэ,„ 2Э„, z31„ z3„. Тогда, используя уравнение
плоскости, проходящей через три точки Mi (x3tl, уЭ11, z31I),
М2 (х3 , Уэ.„ 2э„) и М3 (хэ„, уэ„, 2э„), где z3„ = 5ц,
z3„ = 512, 231> = 51з, легко получить уравнение базовой пло-
скости верхнего притира в общем виде из условия компланарности
трех векторов:
МгМ х -Mi-Ma х 2И17И3 = 0;
(6.12)
Л1Х + Вгу + C\z + = 0.
Коэффициенты уравнения плоскости Blf Clt Dr определяем
через координаты точек Afa и М3 из определителя третьего
порядка:
х — х3„
х3„ — ХЭ„
Хэ„ — ХЭ1,
У - »э„
Уэ„ — Jte„
Уэ„ - Уэ„
Z — 23,t
2Эц 2311
2э„ — 2311
= 0.
По найденным значениям Alt Blt Сь Dx и известным формулам
аналитической геометрии определяем расстояние ОВ между си-
стемами Координат 0и. НХП. нТ”п. н^п. н И 0в. в -Хп, вКп. В2П. в,
связанными с базовыми плоскостями нижнего и верхнего при-
тиров, как расстояние ОВ от точки О (0, 0, 0), являющейся нача-
лом системы координат 0а. НХ„. НУП. HZn. н, до базовой пло-
скости верхнего притира
OB=\D1\/y A2i + Bl + C2i.
Если базовую плоскость верхнего притира определить через
2сР — (z31I + z31I + 2Э>3)/3, то ОВ = zcp. В общем случае воз-
можные значения начального или рабочего давления находятся
в диапазоне от pmln до ршах. Так, для расчетных схем, приведенных
на рис. 6.11, промежуточные значения давления р определяем
соответственно при выполнении следующих условий:
Бм = min {(zn. н)о| + 2а + Hhl Ц- max j(z„. в)гу|;
Ehi = max {(zn. н)о) + 2a + Hkl + min |(zn. B)o|.
240
В соответствии с принятым допущением возникает силовое
замыкание контакта заготовок и притиров через абразивную
прослойку, если толщина h абразивной прослойки между уча-
стками поверхностей заготовок и притира не более двух размеров
абразивного зерна. В этом случае в зоне контакта участков по-
верхностей заготовок и притиров начальное или рабочее давле-
ние р отлично от нуля.
Для определения числа взаимодействующих элементарных
площадок притиров и заготовок необходимо определить толщину
Рис. 6.11. Схемы для определения расстояния ОВ между базовыми плоскостями
притиров прн расчете текущего значения давления р при (Дп. н — М [Д// ]) < 0:
а — расчет при pmm; б — расчет при Рп1ах
этой абразивной прослойки и сравнить ее с па = 2а. При расчете
по минимальному начальному или рабочему давлению возможное
значение h для каждой kl-й элементарной площадки заготовки
в m-м сепараторе (рис. 6.12, а) определяют по следующему вы-
ражению:
hki = 0В- [min {(zn. н)о[ + а + Нм + min [zn. в)0}]. (6.13)
При расчете по максимальному начальному или рабочему
давлению возможное значение h для каждой kl-й площадки /п-го
сепаратора (рис. 6.12, б)
hM = ОВ - [max |(zn.„)iy} -j- а 4- Нм Ц- max {(zn.B)M[]. (6.14)
Итак, для Nb сепараторов получается N6 матриц {(Л)лг} рэз-
мерностью N2 X /V4, элементы которых определяют по выраже-
нию (6.13) или (6.14). Если разность (hkl —2а) 0, т. е. hhl
2а, то на рассматриваемые площадки заготовки, нижнего и
верхнего притиров действует начальное или рабочее давлейие,
241
отличное от нуля (эту площадку рассматриваем в качестве рабо-
тающей или подверженной абразивному изнашиванию).
Таким образом, можно определить число изнашивающихся
площадок нижнего и верхнего притиров и их суммарную площадь.
В результате этого можно составить матрицы координат опи-
сывающие форму рабочих поверхностей притиров относительно
базовых поверхностей притиров (верхнего и нижнего) вида
{(2п.н)о-}раб и |(гп. в)и1Раб> каждая размерностью X N3,
элементы которых равны единице, если элементарная площадка
работающая, в противном случае они равны нулю.
Рнс. 6.12. Схема для определения толщины hhi абразивной прослойки между
заготовкой и верхним притиром прн (Дп. н — М [AW])<0:
а — расчет при 6 — расчет при pmax
Начальное или рабочее давление
р = P/S, (6.15)
где Р — осевая рабочая нагрузка; S — площадь работающих
площадок нижнего притира.
Второе условие | Дп. „ —М [ДЯ]| > 2а, где (Дп. н —
— ЛНД//1) >0. Для каждой пары элементарных площадок
нижнего и верхнего притиров, расположенных напротив друг
друга, составим сумму (рис. 6.13), соответственно из двух аппли-
кат профиля притиров (zn. н)м и (zn. в)г>, двух размеров абра-
зивных зерен 2а и максимальной толщины элементарной пло-
щадки заготовки в сепараторе (/И [Н ] + 3 D [Д]):
Ти = (zn. „)о + 2а + [М [Я] + 3 + (2„. в),;. (6.16)
В результате имеем матрицу размерностью X М3.
При вычислении элементов матрицы необходимо проверить,
242
оказалась ли данная элементарная площадка нижнего притира
под элементарной площадкой заготовки в сепараторе, и только
тогда вычислить элемент матрицы Тц. Выражение (6.16) справед-
ливо для случая максимального начального или рабочего давле-
ния Ртах- При минимальном начальном или рабочем давлении
рт1п выражение (6.16) принимает следующий вид:
Тц = (2П. н)о —2а {Д4 [Я] — 3 yfD [Н]} -|- (гп. в)ц.
Из матрицы \Ttj\ выберем три максимальных элемента, кото-
рые обозначим 5Ц, Э12, 513. При этом необходимо соблюдать
следующее условие: каждый из этих элементов должен иметь
Рис. 6.13. Схема для определения
расстояния ОВ между базовыми пло-
скостями притиров при расчете
максимального давления ртах при
(Дп. н-м [Д/Л) > О
Рнс. 6.14. Схема для определения рас-
стояния ОВ между базовыми плоско-
стями притиров при расчете текущего
давления р при (Дп. н— М (Д/7 ]) С
G (—п*а,
в качестве слагаемого (zn. B)tJ суммы Тц такое, которое относится
к различным сепараторам. Затем, как при первом условии, вводим
в рассмотрение координаты элементарных площадок из матрицы
{Тц\: хЭ1„ хЭ1„ хэ„, f/э,,, Уэ.„ Уэ1г, z3ll, гЭ1„ 2Э„ и получим
уравнение вида (6.12). Возможная толщина абразивной прослойки
между элементарными площадками притира и заготовок т-го
сепаратора при расчете по минимальному давлению pmln
hhl = 0В — [(zn.„)и + а + {/И [Я] - 3 уГБ[Н\] + (zn.в)„]. (6.17)
При расчете по максимальному начальному или рабочему давле-
нию
hhl = ОВ- [(2П. „)о + а + {М [Я] 4- 3 /ЩЯ)} + (гп. в)о]. (6.18)
Таким образом, возможное значение hM между площадками
заготовок и притиров задается N6 матрицами {(Л)ы| размерность
Я2 X Я4, элементы которых определяются по формулам (6.17)
и (6.18). Далее, как и при первом условии, составляем матрицы
вида |(zn.H)l74 раб и {(zn. „Мрве и по уравнению (6.15) определяем
давление р.
Третье условие Дп.н — М IДЯ] £ [—п*а, п*а]. Для каж-
дой kl-й элементарной площадки заготовки zn-го сепаратора вы-
243
»r.ru
числяем сумму Бм (рис. 6.14), состоящую из толщины Нм эле-
ментарной площадки заготовки, двух размеров абразивных зерен
2а, .аппликат площадок нижнего (zn. H)t} и верхнего (zn. B)fj
притиров, расположенных под каждой площадкой заготовки
сепаратора и над ней;
Бы — (zn. н)г/ + 2а - Нм + (zn. в)о-
В результате имеем матрицу \Бм\ размерностью N2 X JV4.
Поступая аналогичным образом со всеми остальными (ДГ5 — 1)
сепараторами, получаем Nb матриц вида {Блг}. Далее, как и при
первом условии, из N6 матриц выбираем по одному макси-
мальному элементу, а из максимальных элементов — три макси-
мальных элемента Зи, Эи, 3i3 с координатами Хэ„, Хэ„. *э13|
г/э„. Уэ,„ Уэ13, 2э„, 2э„, гЭ1, и получаем уравнения вида (6.12).
Возможное значение hhi между каждыми двумя элементарными
площадками притиров и площадками заготовок т-го сепаратора
определяем из выражения
hki — ОБ — [(zn. „);у -{- а + Нм + (?п. в)и1-
Таким образом, имеем N6 матриц возможных значений тол-
щины абразивной прослойки вида {Нм} размерностью N2 X
каждая. Далее, как и при первом условии, составляем матрицы
работающих площадок нижнего и верхнего притиров {(z„. н)и1Раб
и {(2П.в)Мраб- Начальное или рабочее давление р определяем
по уравнению (6.15).
При расчете износа притира и заготовок для требуемого мо-
мента времени необходимо определить положение работающей
элементарной площадки заготовки относительно системы коорди-
нат, связанной с верхним или нижним притиром, а затем номера
соответствующих работающих площадок верхнего и нижнего
притиров. Шаг моделирования Д/ь = th — выбираем таким
образом, чтобы за время Д/ь элементарные площадки поверх-
ностей притиров переместились на угол а, равный углу между
центрами площадок притира (см. рис. 6.8):
Мк = <х/| <о4в — со4н |,
где <о4в — ы4н — угловая скорость вращения верхнего притира
относительно нижнего.
При обработке, например, одной партии заготовок, число
шагов моделирования п = £обр/Д4, где /обр — время обработки
одной партии заготовок.
Изменение формы рабочих поверхностей притиров во времени
при двусторонней доводке можно представить следующим обра-
зом. В начальный момент обработки заготовок (Д^ = 0) вслед-
ствие их разнотолщинности в партии и заполнения сепараторов
случайным образом можно предположить, что верхний притир
устанавливается по трем заготовкам наибольшей высоты Нм.
которые располагаются в разных сепараторах. При такой уста-
244
новке верхнего притира по нижнему толщина абразивной про-
слойки, образующаяся между всеми остальными заготовками
и рабочими поверхностями притиров, зависит от формы рабочих
поверхностей притиров и толщины заготовок.
Для определения координат работающих площадок притира
и заготовок рассмотрим движение т-го сепаратора относительно
Рис. 6.15. Векторная схема для определения положения центра Dct
элементарной площадки поверхности заготовки в сепараторе относи-
тельно системы координат Хп_ н0п. НУП. н, неподвижно связанной
с притиром
рассматриваемой kl-fi элементарной площадки заготовки в сепа-
раторе относительно системы координат XcBmYc определяем
радиусом-вектором Rch и полярным углом <рс1 (рис. 6.15).
Аналогичным образом определяем положение центра Сп< эле-
ментарной площадки притира, задавая радиус-вектор Ral и
полярный угол <рпу. Абсолютные значения радиуса-вектора Rai
и угла фп; определим из следующих выражений:
Rnt — Ro 4" &R G — 0>5); AT? = Rzil^', cpnj — (j 0 a>
где Ro — внутренний радиус кольцевого притира; — наруж-
ный радиус притира; z — число кольцевых зон, на которые раз-
биваем поверхность притира. В начальный момент времени t = О
координаты центральной точки Dci элементарной площадки за-
245
chipmaker.ru
готовки относительно системы координат Хп. нОп. н^п. и. не-
подвижно связанной с притиром, определяем следующим об-
разом:
*п. и = rB cos <pm -j- Rch cos <pci;
Уп. н = rB sin <pm + Rck sin <pCI,
где <pm = (tn — 1) 2n/Nb — угол, определяющий положение центра
/п-го сепаратора; т — номер сепаратора; N6 — число сепараторов.
Для промежуточного момента времени при t = №hnt, где
btk — шаг моделирования; nt — текущее значение шага мо-
делирования (nt = 1, 2, 3, .... п). Координаты центра D’/
элементарной площадки заготовки определим следующим обра-
зом: ‘
Хп. н = rB COS <Pm + Rck COS фс/J
Уп. и = Гв Sin фт + Rck Sin фс/,
где фт = <рт + юв4н? = фт + (сов — со4н)t;
фс/ = фс/ + ®24и t — фс/ 4“ (<°2 — <о4и) t.
Тогда Хп. „ = rB cos [фт Ц- (<ов — /о4н) Mknt] Ц-
+ Rck cos [фе/ + (to2 — ю4н) \tknt]‘,
Уп. Н=ГВ Sin [фт + (<ОВ — <04н) Mknt] Ч-
+ Rck Sin [фс/ + (<02 — to4H) A/tn/J.
Зная координаты центра хв. и и у'. и рассматриваемой площадки
заготовки относительно притира, определяем радиус-вектор R„j,
соединяющий центр Оп. н притира и центр D*t элементарной
площадки заготовки и угол его наклона |п.я в полярной системе
координат:
Rnl — (хп. и) ~|- (Уп. и) = 'Т\в “К Rck “Г 2гBRck COS фс/т,
ГДе фс/m = фс/ фт = фс/ ~Ь (®2 ®4и) Mkflt фт (®в
<Щн) №kTlt — (фс/ фт) + Г02в Mknt', Вп. и = ПП “Т
+ arctg (у„. и/Хп. я), причем ув. н 0.
Центры элементарных площадок отдельных кольцевых зон
поверхностей заготовки и нижнего притира могут быть располо-
жены в четырех четвертях координатной плоскости системы
координат Хп.н0а. НКП. н в зависимости от текущего значения
шага моделирования процесса доводки. Индексы i и / номеров
кольцевых зон и расположенных в них элементарных площадок
рабочих поверхностей притира, взаимодействующих в момент
времени /к с рассматриваемыми элементарными площадками за-
готовок, находим из следующих условий:
t = К^п/ — R0)/^R( + 1, если Rni Rx;
i = z, если Ral = Ri, j = [£*/a] + 1.
246
Рис. 6.16. Схема для определения из-
носа поверхностей нижнего 1 и верх-
него 2 притиров через абразивную
прослойку с заготовками 3:
а — начальное состояние поверхностей
притиров и абразивной прослойки; б —
состояние поверхностей при полном кон-
такте; в — состояние при неполном кон-
такте поверхностей
Уравнения, описывающие
взаимодействие заготовки с ниж-
ним притиром, также характе-
ризуют взаимодействие заго-
товки с верхним притиром.
Определение контактного
давления и износа притира и
заготовки в процессе двусто-
ронней доводки. В каждой
взаимодействующей паре /-х
элементарных площадок в пре-
делах i-й кольцевой зоны по-
верхностей нижнего (верхнего)
притира (рис. 6.16) контактное
давление pltj (ргц) является
функцией времени t.
В общем случае контакт по-
верхностей при абразивном из-
нашивании является неполным, т. е. притиры изнашиваются не-
равномерно, отсутствует сопряжение поверхностей притиров,
а силовое замыкание контакта поверхностей притиров происходит
через заготовки и абразивную прослойку разной толщины. Кон-
такт сопряженных поверхностей притиров неполный, когда про-
фили притиров в радиальном сечении не эквидистантны. Если
условно считать их эквидистантными, то можно считать, что
контакт поверхностей полный. Для общего случая абразивного
изнашивания i/-x площадок двух взаимодействующих поверх-
ностей / и 2 справедливо соотношение: = А(/1а =
= var вследствие изменения во времени t среднего значения износа
и приращения износа для ij-й площадки, т. е. AUtj = At/Cp ±
± 6'Лу-
Рассмотрим возможность определения контактного давления
по элементарным площадкам притира с учетом перераспределения
износа по поверхностям притиров. Пусть в некоторый момент 4
нижний 1 и верхний 2 притиры имеют профили рабочих поверх-
ностей соответственно и a^b2 (рис. 6.16, б), а сепараторы
с заготовками располагаются в пределах зоны 3. Влияние разно-
толщинности заготовок можно не учитывать, допуская, что изна-
шивание притиров за промежуток времени A/fl происходит через
постоянное число работающих элементарных площадок заготовок.
В результате износа за промежуток времени Аб, = 4 — 6,-1
247
произойдет сближение притиров по оси Z на Дср (без учета съема
материала заготовок).
Перемещение Дср верхнего притира 2 может быть определено
как сумма средних износов взаимодействующих элементарных
площадок нижнего 1 и верхнего 2 притиров:
АСр — ДС/icp + Д^гср — (21 + В)
S пи-
i=i
(6.19)
г п
где А = У У [Ли/ (^1з«7 . a\3ti> рср) +
'=i /=i
dKui z т 1 T I 41 Zrh
+ ~7——“ (ai3i/|z=/h — ai3i/|/=/ft )] ( Vi3il(t)dt;
da^< J,
n
В = У У [Лгг/ (vast/, ^230» Pep)
д/СгН | /
+ ^7h=<k_/U23</ ~ °23"b='h-i) +
dK2lJ
Sa23i/
Zh
(^23i/ |/=/h — G23i/ j ^2317 (0 dt,
Zh-1
где r, i — соответственно число и номер кольцевых зон; / — номер
элементарной площадки в кольцевой зоне; п — число площадок
в i-й кольцевой зоне поверхности притира; пи — число взаимо-
действующих площадок в i-й зоне, причем пи п; Кц} и Л2£/ —
соответственно интенсивности изнашивания материала /-х
площадок i-x кольцевых зон нижнего и верхнего притиров без
учета изменения давления за промежуток времени &th — th —
— tk—V, V23ij, а\щ, alaii — соответственно скорости и танген-
циальные ускорения относительного движения элементарных пло-
щадок нижнего и верхнего притиров по заготовкам; рср — среднее
давление к моменту начала моделирования, определяемое с уче-
том числа площадок заготовок, подверженных абразивному изна-
шиванию.
Поскольку для постоянного сближения Дср = const, значение
Рср также постоянно. Поэтому в указанных выше выражениях
интенсивности изнашивания и К2ц, представляемых с по-
мощью формулы Тейлора, отсутствует член, зависящий от при-
ращения давления. За промежуток времени Д6, произойдет не-
248
равномерное изнашивание поверхностей притиров по рассматри-
ваемым элементарным площадкам вследствие различия действу-
ющих скоростей и ускорений их относительного движения. В этом
случае изменяется толщина абразивной прослойки по рассма-
триваемым площадкам поверхностей притиров и, следовательно,
движение ptj. Тогда износ Дпх (Дп2) можно выразить через его
показатели для рассматриваемой площадки поверхности притира:
lk
Д{/1 = j Kw/Visit dt,
*h-l
где Khi за время Д/* получает приращение, зависящее от при-
ращения давления kpij.
В первом приближении можно допустить, что интенсивность
изнашивания Ки/ (или Кг//) соответствует интенсивности изна-
шивания КГ»*/ в конце рассматриваемого промежутка времени Д/*.
Тогда
th
МЛ = Kut J t-ш/ dt, (6.20)
ZA-1
где интенсивность изнашивания КГ// может быть представлена
приближенно по формуле Тейлора:
K*tj Ь=<к — Кы/ (t-Ш/. ^Ы//> Рср) |/=/fc l +
Д V i
+^7 L=<k.ju,3f/ _ Vi3£/+
+ —т— I (al3i/ |/=/к — a13i/ L=/k х) +
5сш/ Ь=/Л_х
дКщ I / , IX
+ ~др^ k=/ft_x(Pcp ~ Рер
Для Кг*/ выражение аналогично.
Приравнивая среднее сближение Дср притиров, рассчитанное
по выражению (6.19), сближению рассматриваемых взаимодей-
ствующих элементарных площадок, равное сумме износов
и Д(72, рассчитанных по формуле (6.20), за промежуток времени
Д/Л, можно определить контактное давление для момента вре-
мени th:
Ра k=/k
—Г~-------[(.Kit/ (t-ш/, Qi3ih Pcp)k=«ft_x +
S ян
/=1
ij I
+ l=/k_x^13i/ -V13" ''"'J +
249
, dI^UJ I z x I x I \ dKiti .
+ ^7 Ц~a,3</ k='h-1 ~ '°'*-* Pc₽) x
X J Vi3tj (t)dt + (Лг</ (v23i/, О2зц, Рср)|/=/к1 +
'fc-l
ij I
+ ^7 1/=/к_Л2з° ~ °23" |/='*-i)+
+ TT^ (ora*/ |/=/k — «230 L=/h ) —
da23</ U<h_x
j f234/(0^]
'k-l
(6.21)
'k-l 'л-1
Итак, перераспределение износа по поверхности притиров
вызывает перераспределение давления, которое в свою очередь
вызывает изменение интенсивности изнашивания материала при-
тира (заготовки), и перераспределение износа в последующие
моменты времени. По полученному выражению (6.21) можно
рассчитать Knnt=tk и Kzii\t=tk- Предварительно необходимо
определить давление рср для момента времени по формуле
(6.15), используя данные физического моделирования процесса
изнашивания материала притира и заготовки по интенсивности
изнашивания /С (у, ат, pcv) и частным производным ~, —
ov дат
дК
дРср
Для каждой взаимодействующей пары элементарных площадок
износ нижнего и верхнего притиров за промежуток времени
А*л = 4 — 4-i:
AUui = [Ки/ (Щ31Д аТз</> Pcp)|z=<fc l +
+S L,.,('”3" _ v'w +
+L/*" _ +
+spu> |/=/*_ рц Iui3*7 (/) dL
'*-1
250
Аналогичный вид имеет выражение для определения износа
материала j-й элементарной площадки t-ro кольца верх-
него притира 2, взаимодействующего в момент времени th с рас-
сматриваемой площадкой нижнего притира. Форма рабочей по-
верхности притира в каждый момент времени th описывается
с помощью матрицы аппликат 1см. (6.5)]. Например, для нижнего
притира матрицу аппликат {(zn.к)ц} размерностью п X п опре-
деляют следующим образом:
для нижнего притира
{(гп. a)i/]n1Xni k=*h = \(Zn- a)i/}n1xnI |z=<h l {(ДU
для верхнего притира
{(zn. в)</|л,Хп, Ь—= l(Zn- в)</]п,хп, l {(At/aji/ln.xn,;
где (zn. H)ij I t=th, (zn. b)«7 (zn. w)ij | i==*h_j и (Zn. в){/l
соответственно аппликаты центров взаимодействующих площадок
нижнего и верхнего притиров в моменты времени th и At/nj,
A(/2iy — соответствующие им значения износов взаимодейству-
ющих площадок нижнего и верхнего притиров к моменту вре-
мени th.
Используя методику, изложенную в п. 6.4, можно определить
условия взаимодействия элементарных площадок притиров и за-
готовок в начале следующего интервала моделирования, затем
вычислить контактное давление и износ поверхностей притиров
для следующего шага моделирования. Изложенные выше расчеты
повторяют до заданного момента времени ^обр.
Математическое моделирование процесса формообразования
поверхностей на ЭВМ БЭСМ-6. Расчетный профиль поверхностей
притиров станка ЗБ816И после 50 мин доводки заготовок (пластин
твердого сплава) абразивной суспензией на основе карбида бора
был определен посредством математического моделирования про-
цесса изнашивания поверхностей по предложенной методике
расчета ЭВМ БЭСМ-6.
Программа для ЭВМ по разработанному алгоритму расчета
профиля поверхностей притиров и заготовок устанавливает сле-
дующую последовательность вычислений. Для заданного закона
движения заготовок по поверхностям обоих притиров определили
следующие расчетные параметры: скорость V, ускорение ах отно-
сительного движения центров площадок притиров и заготовок,
контактное давление р, интенсивность изнашивания материала
притиров и заготовок для каждого момента времени th, длину пути
относительного движения центров площадок притиров и заго-
товок за время &th одного шага моделирования. Износ поверх-
ностей притиров определяли за время Д4 и за п шагов моделиро-
вания процесса доводки. Относительная погрешность формы
расчетного и реального профиля поверхностей притиров состав-
хЛяла 25 % для нижнего и 8 % для верхнего притиров. Среднее
251
расчетное значение абсолютного износа притиров за время обра-
ботки отличалось на 8 % от реального значения износа за время
обработки f06p = 50 мин.
6.6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФОРМЫ ОБРАБОТАННОЙ
ПОВЕРХНОСТИ ДЕТАЛИ
В каждый момент времени изнашивание поверхности притира
и заготовки могут быть описаны функциями F для притира и Ф
для заготовки в неявной форме:
F [х (0, у (0, 2 (01 = 0: (6.22)
Ф [х (0, у (t). г (0] = 0. (6.23)
Каждую функцию рассматривают в декартовой прямоугольной
системе координат в пространстве. Решая совместную систему,
ff)
Рис. 6.17. Схемы расположения за-
готовки 1 иа притире 2 относительно
опорной плоскости q (а) и взаимно-
го контактирования поверхностей
заготовки н притира через абразив-
ную прослойку (б)
составленную из уравнений (6.22) и (6.23), можно определить
координаты точек соприкосновения притира и заготовки. Учиты-
вая, что в процессе взаимного износа обеих поверхностей точки
их соприкосновения непрерывно изменяются, взаимный контакт
этих поверхностей зависит от изменения абсцисс, ординат и
аппликат точек соприкосновения в моменты времени 4-1 и tk.
Из условия устойчивости следует, что поверхности, описыва-
емые функциями (6.22) и (6.23), соприкасаются, по крайней мере,
в трех точках А, В и С (рис. 6.17) при наличии зазоров во всех
остальных точках. Через указанные три точки соприкосновения
можно провести некоторую опорную плоскость q, относительно
которой можно определить зазоры h (t) между поверхностями
притира и заготовки в направлении нормали п к этой плоскости.
В каждый момент времени tk заготовка копирует поверхность
притира, причем степень копирования зависит от условий кон-
тактирования поверхностей. Абсциссы, ординаты и аппликаты
252
точек поверхности заготовки можно определить следующим
образом:
= J (6.24)
Zh-1
‘h
(ya)ki k/k = ’ k<h + J (У«№ (0 (t) dt; (6.25)
'fc-x
‘h
(za)kl|<=<fc = (zn)^Vzk + J (Zn)l/Z) (0 (Сф1$0 (t)dt,
*h-l
где (x3)ki |/=zh> (y3)ki |/=zh, (23)ki |/=xk —
соответственно абсцисса, ордината и аппликата центра kl-vi эле-
ментарной площадки поверхности заготовки в момент времени th;
(xn)x/p=zk, (!/п)х/?х=/к, (Zn)J/|Uzk — соответственно абс-
цисса, ордината и аппликата центра ij-й элементарной площадки
поверхности притира, которая взаимодействует с kl-й площадкой
заготовки в момент времени tk', {СфХ)^1} (t), (t),
(Сфг)ц1) (t) — функции копирования поверхности притира заго-
товкой в рассматриваемых точках ее поверхности.
В общем случае поверхность притира может быть определена
экспериментально (по дискретным значениям координат точек
ее поверхности) или рассчитана по одной из ранее изложенных
методик расчета. Погрешность формы обрабатываемой поверх-
ности заготовки, например плоской, может быть представлена
в виде некоторой функции математического ожидания отклонений
от прямолинейности профиля рабочей поверхности притира (от-
клонение U от прилегающей прямой профиля) в пределах поверх-
ности контакта с заготовкой, совершающей относительное дви-
жение по притиру. Для упрощения расчетов можно принять, что
профиль изношенной поверхности притира одинаков во всех его
Диаметральных сечениях.
Траектории относительного движения точек заготовки по
притиру являются кривыми циклического характера Это зна-
чит, что в течение всего процесса обработки поверхности заго-
товки многократно взаимодействуют с определенными участками
рабочей поверхности притира. Число таких взаимодействий для
заданного закона движения заготовки по притиру определяется
отношением времени обработки to6p ко времени одного цикла tn.
Время обработки to6p обычно значительно больше времени цикла
tA. Например, время обработки твердосплавных пластин на
станке ЗБ816И /обр = 40 мин, а время цикла tn = 0,01 с. Тогда
^Л=м-10*.
253-
chipmaker.ru
Таким образом, в процессе обработки поверхность заготовки
в течение длительного времени подвергается многократному цик-
лическому абразивному изнашиванию на отдельных участках
рабочей поверхности притира, профиль которых изменяется
в зависимости от дискретного положения заготовки на притире.
Рнс. 6.18. Схема копирования
обрабатываемой поверхностью
заготовки 1 участка поверхно-
сти притира 2 (3 — прилегаю-
щая прямая к реальному про-
филю поверхности притнра)
Можно предположить, что в про-
цессе абразивного изнашивания на
этих участках обрабатываемая по-
верхность заготовки 1 (рис. 6.18)
копирует форму участков поверх-
ности притира 2 в одинаковой сте-
пени в каждый отрезок времени /ц.
Функция копирования Сф учиты-
вает условия контактирования и ин-
тенсивного изнашивания материалов
взаимодействующих поверхностей.
С повышением контактного давле-
ния р увеличивается степень копи-
рования заготовкой формы рабочей
поверхности притира при ее движе-
нии по полю траекторий [3]. Поэтому
в каждый момент времени степень
копирования заготовкой участка
поверхности притира определяется
эпюрой контактного давления по
поверхности заготовки и притира,
зависящим от распределения тол-
щины абразивной прослойки по
обрабатываемой поверхности заготовки и от кинематики отно-
сительного движения заготовки по притиру.
В первом приближении для каждой точки поверхности заго-
товки функция Сф может быть представлена как произведение
нормированных значений давления и интенсивности изнашивания
материала (диапазон изменения Сф от 0 до 1). При отсутствии
данных об эпюре распределения давления по поверхности кон-
такта форму обработанной поверхности заготовки можно рассчи-
тать по упрощенным методикам [3].
6.6. ФОРМООБРАЗОВАНИЕ ВНУТРЕННИХ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ
ПОВЕРХНОСТЕЙ ПРИ ДОВОДКЕ
Процессом формообразования1 доводимых цилиндрических
поверхностей можно управлять путем направленного воздействия
на доминирующие факторы процессов доводки. Такими факторами
1 Формообразование наружных цилиндрических поверхностей при доводке
изложено в работе [3] с использованием расчетных векторных схем для испол-
нительного механизма эксцентрикового типа.
254
Рис. 6.19. Принципиальная
схема доводки внутренней ци-
линдрической поверхности на
станке ЦНИТА-8170
при прочих постоянных условиях являются скорость V, танген-
циальная составляющая ускорения а1, давление р, толщина абра-
зивной прослойки h, длина пути L относительного движения
элементарной площадки заготовки по притиру. Согласно данным
исследований В. П. Мельника, проведенных в ЦНИТА [5], от-
клонение формы цилиндрического отверстия в продольном сечении
определяют, сравнивая величину линейного съема материала Q
с заготовки в различных точках по длине обрабатываемой поверх-
ности. Величина Qz в заданной
точке Z поверхности с учетом ком-
плексного воздействия доминиру-
ющих факторов рассчитывают по
формуле
N
Q, = Cq^ wLt, (6.26)
»=i
где Cq — коэффициент пропорцио-
нальности; Л$ет) — интенсивность из-
нашивания материала заготовки для
конкретных условий абразивного
разрушения твердых тел (при по-
стоянных v и h); Мдин) — коэффи-
циент динамичности нагружения от
действия ат‘, kp — коэффициент
неравномерности изменения рабочего
давления р на отрезке Ц; Lt —
длина t-го отрезка, на которые так
разделена траектория точки поверх-
ности заготовки по притиру, что в пре-
делах каждого отрезка величины v и ах
могут быть приняты постоянными.
Особенность кинематики дви-
жения заготовки и притира при
доводке на станке ЦНИТА-8170 (рис. 6.19) состоит в следующем.
Все точки заготовки 1, совершающей вращательное движение
с угловой скоростью <в3 и поступательное со скоростью овп отно-
сительно неподвижного притира 2, перемещаются по конгруэнт-
ным траекториям и имеют равные скорости и ускорения, но дли-
тельность контактирования точек поверхности заготовки /?3 с при-
тиром в течение одного поступательного хода по длине отверстия
распределена неравномерно и зависит от кинематических и масш-
табно-геометрических факторов: частоты вращения кулачка
эксцентриситета b = LBa/2 и радиуса RK кулачка эксцентрика 4,
величины хода Твп, длины отверстия Lo и притира La. Поэтому
степень влияния v и а1 на Q2 зависит от координат относительного
расположения заготовки и притира в течение времени контакта
за один ход.
255
Методика расчета кийематических факторов процесса доводки
отверстий была разработана в ЦНИТА. Траектория движения
заготовки по притиру представляет собой винтовую линию пере-
менного шага с углом наклона у = arctg -Bg—.
Текущее значение овп и суммарную длину Lz отрезков Lt траек-
тории в рассматриваемой точке на оси Z (начало отсчета координат
точка О на рис. 6.19) рассчитывают по формулам (6.27) и (6.28):
, . /« COST \
Ивп = т '1
(6.27)
Km2 — sinaT
0
L. = [
Km2 —
(6.28)
T (здесь t — текущее
время
а ’
где т = RK/b; i = <од/сок;
поворота эксцентр и ка);
О
Ф
л
Ф
a =
Ф = arccos
/2
при
при
при
при
Z>2(m2 —1) —[6(m —1) —z]2 .
26 [ft (т — 1)— г]
Л = arccos^8 (т2 ~ П~ (т + 1) + -г]2
ip arccos 2b[Z)(m + I) + /2_z]
Длины характерных отрезков llt 12 и 13 цилиндрического отвер-
стия определяют из геометрических соотношений:
== (ЧвП Чн) Lo, 12 = (т]п Чвп) ^01 ^8 ~ 0 Чвп Чн) ^0>
где Чвп = ^вп/^о» Чп = ^п/^'о» Чн — Ih/Tq (здесь /н длина
нижнего перебега).
Анализ показал, что для обеспечения непрерывного контакти-
рования отверстия с притиром и осуществления кинематической
правки последнего при назначении режимов обработки должно
соблюдаться условие: Чп + Чвп > 1 + Чн-
Расчеты средней суммарной скорости иср доводки, представля-
ющей собой геометрическую сумму величины овп, вычисленной
по формуле (6.27), и окружной скорости о0 = w3R3 = const,
показали, что оср за время одного хода при различных сочетаниях
Чн и Чвп изменяется незначительно (не более 4 %). Учитывая это,
а также то, что при тонкой (окончательной) доводке толщина
абразивной прослойки h остается примерно одинаковой, можно
принять, что А*ст) = const. Аналогичное допущение делают и
в отношении kp (i), так как при тонкой доводке применяют при-
256
Рис. 6.20. Распределение норми-
рованных коэффициентов: длины
пути K"L' среднего ускорения К",
суммарного коэффициента К % и ко-
эффициента формы Кф по длине от-
верстия (по данным В. П. Мель-
ника)
тиры с совпадающими углами
конусов отверстия и иглы 3,
обеспечивающие равномер-
ное давление р по длине
контакта, а значение р на
станке ЦНИТА-8170 стабили-
зированы за счет применения
специальной системы автома-
тического управления 115].
Таким образом, с уче-
том сделанных допущений
из формулы (6.26) следует,
что для определения по-
грешности формы отверстия
можно использовать параметр
(6.28), и коэффициент &(АИИ) При доводке отверстия в качестве
оценки тангенциального ускорения ат,
циент &*АИН). 1 '
1
тельного движения
значения ускорения авп
от выражения (6.27).
Для сравнения и
и | авп
Lz, вычисляемый по выражению
____________________j ... д ~, определяющего коэффи-
циент Kt , принимают среднюю величину модуля ускорения
поступательного перемещения ]авп|, так как ускорение враща-
~ постоянно. Формулу для вычисления текущего
получаем, взяв производную по времени
я сравнения и учета суммарного действия параметров L
|2 удобно использовать не их натуральные, а относительные
и нормированные величины. На рис. 6.20 показано распределение
по длине отверстия расчетных нормированных коэффициентов:
пути А", среднего ускорения А", суммарного воздействия Аг
и экспериментального коэффициента формы Аф для режима Чп —
= 0,6. Чвп = 0,9, Чн = 0,1.
Сравнение экспериментальной кривой Аф отклонений формы
с расчетными показывает, что наиболее близка к эксперименталь-
ной расчетная кривая Ах, учитывающая суммарное воздействие
длины пути Lz и ускорений ав1|. Кривые А" и Аа значительно
расходятся с экспериментальной, поэтому ни одна из них сама
по себе не может быть принята в качестве критерия оценки формо-
образования отверстия. Таким критерием может служить Ах>
что подтвердилось и при других режимах, где была установлена
257
r.ru
возможность управления формообразованием отверстия вслед-
ствие изменения т]п, т]вп и т]н.
Для определения количественного влияния указанных факто-
ров на отклонения формы в ЦНИТА был проведен многофакторный
эксперимент по методике рационального планирования с учетом
шести факторов: т)п, т)вп, т]н, а также факторов, влияющих на
рабочую скорость режима притира SD, крутящий момент Мо,
при котором включается SD, и длительности выхаживания /в.
Каждый фактор варьировался на пяти уровнях. При экспери-
менте доводили отверстия в корпусах распылителей, изготовлен-
ных из стали 18Х2Н4МА (HRQ, 57), прошлифованных на стан-
ках УВА, пастой 24АМЗ (18 %). До обработки и после нее на
приборах ЦНИТА-82 с ценой деления 0,2 мкм контролировали
конусообразность отверстия Дк, отклонения от прямолинейности
образующей и от соосности по отношению к уплотняющему ко-
нусу.
В результате математической обработки экспериментальных
данных В. П. Мельником получены эмпирические зависимости,
устанавливающие связь параметров точности с факторами про-
цесса доводки: влияние каждого из шести факторов на величину
и направление конусообразности Дк. При расчетах условно за
положительное направление принята конусообразность с рас-
ширением к открытому торцу («прямой конус»), за отрицатель-
ное — к глухому торцу («обратный конус»).
Наибольшее влияние на значение и направление Дк оказывает
т)п, далее следует SD, т)н, т)вп, tB и Мо. Анализ данных показал,
что форма обратного конуса с отклонениями до 1 мкм может быть
получена коротким притиром (0,55 < т]п •< 0,65) при относи-
тельно большом ходе (т]вп > 0,8). С увеличением т]вп до 0,95—
1,05 и уменьшением т]п (менее 0,55) отверстия приобретают седло-
образную форму с большим развалом у глухого торца вследствие
превалирующего действия ускорений. Для получения прямого
конуса нужно выбирать т]п > 0,65, причем при т]н > 0,85 от-
клонения, как правило, превышают 1 мкм.
Зависимость Дк = f (SD) имеет нелинейный характер пара-
болического вида с минимумом при = 0,35 мкм/с, поэтому
такую подачу можно считать оптимальной при тонкой доводке
для указанных условий. Увеличение перебега т]н уменьшает
отклонение формы, причем резкий скачок наблюдается при изме-
нении т]н от 0,03 до 0,07. В связи с этим для уменьшения влияния
положения нижнего торца обрабатываемых отверстий на точность
формы следует выбирать т]н > 0,07. С увеличением времени вы-
хаживания от 1 до 9 с возрастают погрешности формы и шерохо-
ватость, поэтому следует выбирать /в 3 с. Момент Мо существен-
ного влияния на точность формы не оказывает.
В результате проведенных исследований в ЦНИТА установ-
лена возможность управления формообразованием при доводке
глухих отверстий за счет кинематико-масштабных (т]п, т)вп, т)н)
258
и технологических (SD, tB) факторов. Для реализации этой воз-
можности в конструкцию станков ЦНИТА-8170 были внесены
изменения, обеспечивающие удобное регулирование и настройку
указанных параметров в широком диапазоне с целью получения
заданного расположения отклонений формы отверстий.
Усовершенствованная модификация станка — трехпозицион-
ные вертикально-доводочные полуавтоматы ЦНИТА-511017 [15]
внедрены на отечественных заводах топливной аппаратуры. Экс-
плуатация станков показала, что при доводке направляющего
отверстия в корпусе распылителя они стабильно обеспечивают
допуск формы отверстия в пределах 1 мкм и позволяют при необ-
Рис. 6.21. Профиль продольного сечения поверхности отверстия до (а) и после (б)
доводки (по данным В. П. Мельника)
ходимости получать направленное расположение отклонений
формы, что ранее удавалось обеспечивать только методом ручной
доводки.
На рис. 6.21 приведены профилограммы поверхности продоль-
ного сечения отверстия диаметром 6 мм корпуса распылителя до
и после доводки на станке ЦНИТА. Профилограммы записаны на
приборе фирмы «Хоммелмакротестер» (ФРГ) в двух сечениях 1 и 2,
расположенных через 180°. Отверстие перед доводкой (после
шлифования на станке УВА) имело форму прямого конуса с ме-
стным сужением у глухого торца, погрешности формы составляли:
отклонения от прямолинейности образующей АП1 = 1,6 мкм,
Дпа = 2 мкм, конусообразнрсти (в радиальном направлении)
Ari = 3,1 мкм, Дк2 = 3,2 мкм. После доводки отверстия полу-
чили требуемую чертежом форму обратного конуса со следующими
отклонениями формы: A„i — 0,3 мкм, А„2 == 0,1 мкм, AJu =
= 0,4 мкм, Ак2 = 0,5 мкм.
Соосность направляющего отверстия по отношению к уплот-
няющему конусу и размерная точность в результате тонкой до-
водки отверстия практически не изменяются по сравнению с исход-
ным, а параметр шероховатости Ra уменьшается от 0,32—0,16 мкм
до 0,04—0,02 мкм.
Внедрение станков ЦНИТА-511017 на заводах автотракторной
промышленности показало, что они позволяют ликвидировать
259
chipmaker.ru
ручной труд и повысить точность обработки в 1,5—2 раза, обеспе-
чивают снижение трудоемкости в 3—5 раз и сокращают расходы
на инструмент в 5—7 раз. Производительность станков на опера-
ции тонкой доводки составляет не менее 1800 деталей в смену
(при 80 %-ной загрузке).
Таким образом, подтверждена возможность прогнозирования
формы отверстия в зависимости от кинематико-масштабных фак-
торов процесса, определены оптимальные режимы, позволяющие
получать при тонкой доводке отверстия в корпусе распылителя
заданное расположение отклонений профиля продольного сече-
ния, создан и внедрен высокопроизводительный станок, обеспе-
чивающий стабильную требуемую точность формы отверстий.
ГЛАВА 7
ВЫСОКОЭФФЕКТИВНЫЕ СПОСОБЫ ДОВОДКИ ДЕТАЛЕЙ
И ИХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ВОЗМОЖНОСТИ
7.1. ДОВОДКА ДЕТАЛЕЙ, ОСНОВАННАЯ НА ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОМ
ИЗМЕНЕНИИ КИНЕМАТИЧЕСКОГО РЕЖИМА ОБРАБОТКИ
Этот способ (разработан в МВТУ им. Н. Э. Баумана [3]) по-
зволяет устранить неравномерность износа рабочей поверхности
притира или неравномерность съема материала с поверхности
заготовки, созданную на предшествующих режимах обработки.
Если притир сохраняет во время доводки исходную форму рабочей
поверхности, то обрабатываемые поверхности заготовок получают
требуемую форму и точность. Способ доводки заготовок с измене-
нием кинематических режимов обработки обеспечивает сохранение
исходной формы профиля aob0 рабочей поверхности притира
(рис. 7.1) с допустимыми отклонениями от ее плоскостности,
сферичности и т, д. в зависимости от формы рабочей поверхности
притира.
Кинематические режимы доводки и время работы на каждом
режиме выбирают, сравнивая эпюры длины L траектории точек
профиля рабочей поверхности
притира по поверхностям заго-
товок за время обработки Тд
на каждом кинематическом ре-
жиме для нескольких вариан-
тов значений передаточного
отношения (i2B = п21пъ, где п2
Рис. 7.1. Принципиальная схема до-
водки плоских (а) и сферических (б)
поверхностей деталей при кинемати-
ческом изменении режима обра-
ботки:
а — соЬо, Gibi и atb, — профили рабочей
поверхности притира соответственно исход-
ный, при кинематическом изменении ре-
жима обработки и после обработки; б —
a0bQc0, aibtCi, atbtCt — профили сфериче-
ской поверхности соответственно исход-
ный, номинальный и при кинематическом
изменении режима обработки сферической
поверхности с отклонением Д в эквато-
риальной плоскости и к полюсу сферы;
1 — шпиндель притира, 2 — шпиндель де-
талей, 3 — поводок, 4 — притир, 5 —- за-
готовка
261
и пв — соответственно частота вращения сепаратора с заготов-
ками н условного водила).
Для планетарного станка ЗБ816И на рис. 7.2 приведены рас-
считанные на ЭВЦМ эпюры длины L траектории точек радиаль-
ного профиля притира по обрабатываемым поверхностям твердо-
сплавных пластин размером 19 X 19 мм, расположенных в пре-
делах двух кольцевых зон сепаратора в зависимости от передаточ-
ного отношения Кинематическая правка притиров на станках
Рис. 7.2. Эпюры длины L траекторий точек профиля притира по поверхностям
заготовок, с заполнением их кольцевой зоны сепаратора шириной 6 = 42 мм
в зависимости от передаточного отношения
других типов может быть осуществлена путем выбора соответ-
ствующих кинематических режимов доводки и наладки станка
с использованием расчетных векторных схем для определения
длины L траектории (см. гл. 3).
Данная методика выбора кинематических режимов по виду
целевой функции L = f (t2B) может быть применена на стадии
проектирования технологического процесса доводки деталей
при отсутствии сведений об интенсивности изнашивания мате-
риала притира и деталей.
Для массового производства кинематические режимы выбирают
посредством минимизации разностей максимальной и минимальной
суммы произведений длины траектории относительного движения
/-й площадки i-й зоны поверхности притира по k = N зонам
сепаратора с заготовками и интенсивности изнашивания мате-
риала притира, усредненной в пределах суммарной длины траек-
262
тории относительного движения для q-ro кинематического ре-
жима:
к--Л'
Е Л.Л^расч
к—1
где Amln — наименьшая разность максимального и минимального
значений произведения интенсивности изнашивания на рас-
четную суммарную длину траектории точек /-х площадок i-x зон
поверхности притира по зонам поля сепаратора с заготовками
для одного рассчитываемого q-ro кинематического режима до-
водки .
Интенсивность изнашивания материала К определяют по
данным физического моделирования процесса доводки. Если
значение Am,n не удовлетворяет условиям обеспечения требований
по точности обработки, то аналогичные расчеты производят после-
довательно для каждого из q-x кинематических режимов, состав-
ляющих данный цикл обработки. Путем перебора возможных
сочетаний значений, последовательности и времени работы Tq
на каждом кинематическом режиме цикла обработки решают
указанную задачу минимизации.
В пределах одного кинематического цикла обработки после-
довательность компенсации неравномерности изнашивания по-
верхностей притиров может достигаться при выполнении следу-
ющего условия: разность максимальной и минимальной сумм
произведений интенсивности изнашивания на расчетную сумму
k~=N
длины траектории Е /С(?МУрасч для п кинематических режи-
К=1
мов должна быть минимальна:
/ q=n к—/V \ / q—n
Е - Е
\0=1 к=1 / max \g=1
к—N
V J (И)
/\ iq^kq расч
к==1
— Amin>
min
где q = 1,2, 3, п — число кинематических режимов.
Способ доводки заготовок с последовательным изменением
кинематического режима обработки применяют при обработке
плоских, цилиндрических и сферических поверхностей. Изме-
нение формы изнашиваемой рабочей поверхности притира 4
(см. рис. 7.1) обрабатываемыми заготовками 5 осуществляется
путем циклического изменения направления и величины линейных
или угловых скоростей перемещения звеньев исполнительного
механизма станка.
Например, для принципиальной схемы исполнительного меха-
низма поводкового типа станка С-15 при исходном профиле aqb0
продольного сечения поверхности притира (см. рис. 7.1, а) после-
263
chipmaker.ru
довательное изменение nt и направления вращения шпинделя 2
деталей и п4 шпинделя притира 4 приводит к изменению профиля
продольного сечения притира от а0Ь0 до ахЬг и от агЬг до а2Ь2.
При этом одновременно осуществляются два процесса: доводка
поверхностей заготовок 5 и последовательное исправление рабочей
поверхности притира 4 обрабатываемыми заготовками в процессе
их доводки. Указанный способ доводки может быть использован
непосредственно для формообразования обрабатываемой поверх-
ности заготовки. В этом случае последовательно производят
циклическое перераспределение съема материала с поверхности
заготовки путем изменения кинематического режима обработки
для получения требуемой формы обработанной поверхности де-
тали. При обработке поверхностей заготовок, превышающих
размеры притира (рис. 7.1, б), последовательно изменяют форму
обрабатываемой поверхности заготовки таким образом, чтобы
погрешность формы Д поверхности была в пределах допустимого
значения. Изменяя кинематический режим доводки, направление
вращения шпинделя деталей и его частоту вращения п2 и частоту
вращения шпинделя трубчатого притира 4, можно получать
обработанную поверхность, например сферическую, с макси-
мальным отклонением от номинального профиля аоЬосо в эква-
ториальной плоскости (профиль а^Ь^) или к полюсу сферы (про-
филь а2Ь2с2). В процессе доводки на станке ДСВ-1 внутренней
сферической поверхности путем изменения направления вращения
шпинделя притира 4, установленного под углом |3 к оси шпинделя
детали 5, сферическая поверхность радиусом Rc$ — 5 мм корпуса
из керамики 22ХС последовательно изменялась от профиля по-
верхности OibiCu до а2Ь2с2 в зависимости от кинематического ре-
жима обработки. Применение данного способа доводки позволило
достигнуть погрешность формы обработанной сферической по-
верхности Д » 0,1 мкм (отклонение от номинального профиля
а0Ь„с0 сферической поверхности).
Система прямого регулирования процесса доводки твердо-
сплавных пластин трехгранной, квадратной формы размером до
19 X 19 мм с отклонениями от плоскостности в пределах 1—5 мкм
была осуществлена на станках ЗБ816И и AL-2 посредством при-
менения способа доводки заготовок с одновременной правкой
рабочих поверхностей чугунных притиров. Последовательность
изменения кинейэтического цикла обработки заготовок устано-
вили исходя из условий обеспечения минимальной погрешности
формы поверхности притира.
Данный способ доводки можно осуществлять на однодисковых
доводочных станках с правильными кольцами 3807; двухдисковых
планетарных станках ЗЕ816, ЗД817, ЗЕ816Ф1, ЗД817Ф1, ЗБ816И;
сферодоводочных станках, например ДСВ-1. Применение этого
способа позволяет повысить точность обработки в 1,5—5 раз
при сокращении вспомогательного времени на 30—80 %.
264
7.2. ЗОНАЛЬНАЯ ДОВОДКА ДЕТАЛЕЙ, ОСНОВАННАЯ
НА ОБРАБОТКЕ ЗАГОТОВОК РАЗЛИЧНЫМИ ЗОНАМИ
РАБОЧЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ПРИТИРА
При этом способе доводки (разработан в МВТУ им. Н. Э. Ба-
умана, патент США — № 4205489, патент Великобритании —
№ 1592498, патент Франции — № 2365412) в процессе обработки
заготовок периодически чередуют зоны рабочей поверхности
притира (притиров при двусторонней доводке). Время обработки
заготовок в пределах каждой зоны рабочей поверхности притира
определяют исходя из равенства износа по этим зонам поверх-
ности притира. На двухдисковом доводочном станке эксцентри-
кового типа путем изменения эксцентриситета от е = 0 до е =
= max зона рабочей поверхности притира, участвующая в обра-
ботке, последовательно расширяется от кольцевой до зоны, охва-
тывающей всю поверхность притира. Это позволяет последова-
тельно изменять вид траектории относительного движения за-
готовки по притиру (либо движение по окружности, либо движение
по кривым эпициклоидального или гипоциклоидального вида),
а также расширять или уменьшать ширину зоны поверхности
притира, участвующей в процессе доводки заготовок.
На однодисковых станках также последовательно изменяют
положение заготовки или сепаратора с заготовками на поверх-
ности притира. В этом случае (рис. 7.3) последовательно изме-
няются участки поверхности
притира, имеющего исходный
профиль а0Ь0, взаимодейству-
ющие с обрабатываемой поверх-
ностью заготовки (заготовок)
в следующей последователь-
ности по отдельным зонам:
первая — в пределах участка
djbi (рис. 7.3, а); вторая —
в пределах участка (рис.
7.3, б) и третья — в пределах
участка ага3 (рис. 7.3, в).
В общем случае закон от-
носительного движения заго-
товки и амплитуда ее колеба-
ний по рабочей поверхности
притира циклически может
изменяться. Принцип зональ-
ной доводки заложен в кон-
Рис. 7.3. Принципиальная схема обра-
ботки и изменение профиля поверх-
ности притира 1 при зональной довод-
ке заготовок 2 с изменением эксцентри-
ситета
265
струкции однодискового станка 3807 с правильными коль-
цами, серийно выпускаемого Майкопским станкостроительным
заводом им. М. В. Фрунзе. Принцип зональной доводки может
быть применен к доводке поверхностей путем последовательного
съема материала с поверхности заготовки по отдельным ее зонам
притиром, совершающим запрограммированное перемещение
(в том числе и циклические движения).
Наибольшая эффективность зональной доводки достигается
при осуществлении операции за два перехода: предварительный
с выходом заготовок за края притира и чистовой без выхода за-
готовок за края притира.
7.3. ДОВОДКА ДЕТАЛЕЙ С ЦИКЛИЧЕСКИМ ИЗМЕНЕНИЕМ
ДАВЛЕНИЯ, СКОРОСТИ И ТАНГЕНЦИАЛЬНОГО УСКОРЕНИЯ
ОТНОСИТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ ЗАГОТОВКИ И ПРИТИРА
Способ разработан в МВТУ им. Н. Э. Баумана (патент США —
№ 4205489, патент Великобритании — № 1592498, патент Фран-
ции — № 2365412). Повышение производительности обработки
и параметров качества деталей из хрупких и пластичных мате-
°) (Г)
Рис. 7.4. Цикловая траектория (а) Св Щ), С] (/), С4 Ц4) движения заготовки 2
по притиру 1 за время цикла А;ц при времени обработки Т^бр и график (б) цик-
лического изменения давления р, скорости v и ускорения ат относительного дви-
жения заготовки по притиру за интервал времени от начала tB до времени tK окон-
чания доводки
риалов может быть достигнуто за одну операцию без смены при-
тира и изменения зернистости абразива путем циклического изме-
нения давления р, скорости v, ускорения а1 относительного
движения с различным чередованием их уровней при движении
заготовок вдоль цикловых траекторий Со (tu), .... С4 (/4) за время
обработки Тобр (рис. 7.4).
Различная восприимчивость материала заготовки и притира
к действию и взаимодействию факторов р, v и ах проявляется
266
в изменении структуры (строения) нарушенного обработкой слоя
материала и глубины зоны с микротрещинами (как правило, для
хрупких материалов) и зоны пластического и упругого деформи-
рования (для пластичных материалов), глубина и свойства кото-
рых зависят от физико-химических свойств материалов детали,
притира и действующих факторов процесса. Время обработки
Т'обр = tK — t0 = /Пр + /чис, где время предварительной до-
водки /пр = А?! + А/ц + А/щ + A/Iv состоит из интервалов
времени А/ с различными уровнями давления р, скорости v и
ускорения ах, а время чистовой доводки /уис определяется вре-
менем Л/к, необходимым для последовательного удаления двух
указанных выше зон поверхностного слоя. Интервалы Air, Д/ц,
А/ш, AiIV..... А/к определяют экспериментально или модели-
рованием на стенде конструкции МВТУ им. Н. Э. Баумана и
зависят от физико-механических свойств материалов притира,
заготовки и абразива.
При циклическом изменении по периодическому или апериоди-
ческому закону давления р (/), скорости v\t) и ускорения ах (I)
в поверхностном слое материала заготовки создается неравновесное
напряженное состояние, неоднородное распределение пластической
и упругой деформации по глубине, плотности и количеству микро-
трещин разрушения и других дефектов.
В процессе доводки динамичность нагружения поверхностных
слоев обрабатываемого материала возрастает как с ростом ско-
рости V, так и с ростом тангенциального ускорения ах относи-
тельного движения заготовки по притиру. При этом с ростом уско-
рения ах увеличиваются в поверхностном слое количество и
неоднородность распределения очагов зарождения микротрещин
в основном при доводке хрупких материалов или полос скольже-
ния при доводке пластичных материалов, а также количество
дефектов в виде скопления дислокаций, блоков когерентного
рессеяния и т. п. Повышенная дефектность поверхностного слоя
способствует повышению съема обрабатываемого материала. Та-
ким образом, в целях повышения съема материала следует созда-
вать условия немонотонного нагружения. Поэтому для повышения
производительности обработки при предварительной доводке пред-
лагается идти по пути увеличения скорости, ускорения относи-
тельного движения и повышения давления до определенных
пределов.
Устранение всякого рода нестационарностей в процессе микро-
резания способствует уменьшению степени дефектности поверх-
ностного слоя и уменьшению глубины дефектного слоя с большой
степенью неоднородности напряженного состояния, микротрещин
разрушения для хрупких материалов и пластически деформиро-
ванного слоя для пластичных материалов.
Последовательность автоматического изменения давления р,
скорости v и ускорения ах, а также'изменения их уровней назна-
чается в зависимости от физико-механических свойств материалов
267
chipmaker.ru
взаимодействующих элементов системы заготовка—абразивная
прослойка—притир. При предварительной доводке необходимо
циклическое изменение скорости v, ускорения ах и давления р
осуществлять таким образом, чтобы каждому увеличению ско-
рости v соответствовало пропорциональное увеличение ускоре-
ния ах и увеличение давления р в 1,5—2 раза. При чистовой
доводке заготовок, когда требуется обеспечить высокое качество
поверхностного слоя, каждое циклическое изменение скорости v
сопровождается обратным законом изменения ускорения ах,
т. е. увеличению v соответствует уменьшение ах при неизменном
значении давления.
Указанные рекомендации были использованы при доводке
заготовок опор из керамики, имеющих внутреннюю сферическую
поверхность радиусом /?сф = 9 мм. Доводку осуществляли на
сферодоводочном станке ДСВ-01 алмазной пастой АСМЗ/2 за
два перехода: первый при v = 0,14 м/с, ах =4,1 м/с2, р = 75 кПа,
причем воздействие зерен на обрабатываемую поверхность осу-
ществлялось в условиях микровыкалывания при прерывистом их
контакте с поверхностным слоем детали; второй при v = 0,01 м/с,
ах = 0,02 м/с2, р — 150 кПа, что обеспечило работу зерен в усло-
виях микрорезания при непрерывном контакте зерен с поверх-
ностным слоем заготовки. В результате применения нового спо-
соба доводки износостойкость керамических опор была повышена
в 1,5—2 раза.
Непрерывно управляя давлением р (t), скоростью v (t) и
ускорением ах (t) в процессе доводки, можно осуществлять как
предварительную, так и чистовую доводку в одной операции, что
повышает производительность обработки и обеспечивает требуемое
качество доведенных поверхностей.
7.4. ДОВОДКА ДЕТАЛЕЙ С ПЕРИОДИЧЕСКИМ ВОССТАНОВЛЕНИЕМ
РЕЖУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ АБРАЗИВНЫХ ПРИТИРОВ
В процессе обработки заготовок абразивными притирами (кру-
гами) режущая способность абразивных (алмазных) зерен сни-
жается вследствие затупления и износа кромок зерен, а также
заполнения пор поверхности инструмента и межзеренного про-
странства образующимся шламом. Этим обстоятельством объяс-
няется изменение параметров качества обработанных деталей и
непостоянство их статистических характеристик во времени.
Поэтому для восстановления режущей способности инструмента
применяют различные способы правки рабочей поверхности при-
тиров, основанные на принудительной правке с прерыванием
процесса доводки.
В частности, повышение эффективности процесса доводки
возможно путем осуществления способа доводки заготовок абра-
зивными (алмазными) притирами с периодическим восстановлением
их режущей способности, при котором в процессе обработки за-
268
рис. 7.5. Исполнительный ме-
ханизм планетарного доводоч-
ного станка (а); изменение интен-
сивности К (0 съема материала J
заготовки и закономерность из- Г
менения давления р (f) в про- ь
цессе доводки (б):
1 и 3 — соответственно централь-
ное и наружное колеса исполни-
тельного механизма станка; 2 —
сепаратор; 4В и 4Н — соответствен-
но верхний и нижний притиры; 5 —
заготовка; 6 — связка притира; 7 —
зерна; 8 — шлам
готовки периодически че-
редуют подачу смазочно-
охлаждающей жидкости и
абразивной суспензии [А.
с. 837807 (CCCP)J.
В момент подачи аб-
разивной суспензии для
восстановления режущей
способности абразивного
притира рабочее давление
снижают до
до 50 % от
минального
ления рр,
pup, равного
величины не-
рабочего дав-
при котором
p>
Рч
l(p=const)
H(p=vttr)
осуществляют процесс доводки заготовок, и прекращают подачу
смазочно-охлаждающей жидкости (рис. 7.5, а). В этом случае
в процессе доводки происходит обработка заготовок 5 с одно-
временным очищением рабочей поверхности верхнего 4В и ниж-
него 4И притиров от шлама 8 и восстанавливается режущая
способность закрепленных зерен 7.
Физическая сущность процесса восстановления режущей спо-
собности абразивных притиров (кругов) заключается в прерыви-
стом характере воздействия абразивных зерен суспензии при
малом уровне рабочего давления р на связку притира 6 и шлам 8,
находящийся в порах и промежутках между зернами. Прекраще-
ние подачи абразивной суспензии осуществляется при одновре-
менном включении подачи смазочно-охлаждающей жидкости и
увеличении рабочего давления до номинального значения.
На рис. 7.5, б представлены экспериментально полученная
зависимость изменения интенсивности съема (t) материала за-
готовки для стадий I и II и закономерность изменения давления
р (t) в интервале времени А/ в момент подачи абразивной суспен-
зии и смазочно-охлаждающей жидкости, в котором происходит
увеличение К (t) вследствие удаления шлама с поверхности при-
тиров и восстановления режущей способности притиров.
Данный способ доводки обеспечивает достижение требуемого
качества обработки и повышение производительности обработки
269
chipmaker.ru
по съему материала в 1,5—2 раза по сравнению с существующими
методами доводки свободным абразивом (при оптимальных усло-
виях и режимах обработки). При доводке на плоскодоводочном
станке поводкового типа плоских поверхностей заготовок из
закаленных сталей ШХ15 (HRCg 60—65) и твердого сплава
Т14К8 на алмазных (зерна АС4) плоских кругах с характери-
стикой АС4 63/50 на связке ТО2 100 % при режимах доводки:
р = 800 ... 850 кПа, v = 1,16 ... 2,5 м/с, СОЖ — 3 %-ный водный
раствор кальцинированной соды.
Скорость -съема материала с твердосплавных и закаленных
стальных пластин достигала 500—700 мкм/мин, параметр шерохо-
ватости Ra = 0,2 ... 0,32 мкм.
При правке алмазных кругов применяли абразивную суспен-
зию на основе карбида кремния 63С зернистостью 10, в качестве
жидкой фазы суспензии использовали воду при соотношении
твердой и жидкой фаз суспензии Т : Ж = 1 10 (по объему).
Рабочее давление правки р = 5 кПа, при этом режущая способ-
ность круга восстанавливалась на 85—90 % на 3—5 мин.
7.5. ДОВОДКА ДЕТАЛЕЙ С ПЕРИОДИЧЕСКИМ ИЗМЕНЕНИЕМ
ЗАЗОРА МЕЖДУ ПОВЕРХНОСТЯМИ ПРИТИРА И ЗАГОТОВКОЙ
Этот способ доводки [А. с. 541647 (СССР)] основан на про-
цессе гидроабразивного съема материала с заготовки при пре-
рывистом контакте абразивных зерен с обрабатываемой плоской
(рис. 7.6, а), цилиндрической (рис. 7.6, б) или конической
(рис. 7.6, в) поверхностью. Зазор h между заготовкой 5 и при-
тиром 4 периодически изменяется либо с помощью устройства 1
перемещения заготовок, в котором размещается приспособление
(сепаратор) 2 с закрепленными заготовками 5 (см. рис. 7.6, а),
либо в процессе доводки заготовок в результате износа поверх-
ности канавок притира 4 между вставками 3 (см. рис. 7.6, б).
Максимально допустимый зазор h должен быть не более 3—5
средних диаметров абразивного зерна.
Для предварительной обработки рекомендуются абразивные
суспензии на основе порошков зернистостью 10—3 и микропо-
рошки зернистостью М40—28, для окончательной доводки —
зернистостью Ml4—М3. В ЦНИТА использовали указанный
способ доводки при разработке процесса притирки цилиндриче-
ских и конических поверхностей притирами, оснащенными встав-
ками из твердого сплава.
Конструкция притира представляет собой конус из стали А20,
на котором в проточках равномерно по окружности были уста-
новлены вставки из твердого сплава Т15К6, выступающие из
корпуса на определенную величину. Разность радиусов твердо-
сплавных вставок и конуса притира определяла значение зазора h
между обрабатываемой поверхностью и конусом притира. Пара-
метр шероховатости поверхности детали, обработанной пастой на
270
основе абразива 24А зернистостью М5 составляла Ra = 0,125 ...
0,085 мкм.
Производительность обработки по съему материала с заго-
товки при доводке цельным притиром с конусом из твердого
сплава Т15К6 в 1,5 раза ниже, чем при применении притира,
конус которого изготовлен из стали А20 с твердосплавными
вставками. Однако в последнем случае износ поверхности из
твердого сплава значительно меньше, чем износ поверхности из
стали А20, что позволяет при обработке притиром из твердого
сплава поддерживать оптимальный зазор в течение 200 мин, т. е.
Рис. 7.6. Принципиальная схема гидроабразивной доводки поверхностей заго-
товки притиром:
/ — устройство перемещения заготовки; 2 — приспособление для закрепления заготовки:
3 — вставка; 4 — корпус притира; 5 — заготовка; 6 — канавка для абразивной суспен-
зии ня поверхности притира
в 40 раз дольше, чем при использовании притира с конусом из
стали А20. Параметр шероховатости обработанной поверхности
после 200 мин работы притира уменьшился до Ra — 0,07 ...
0,06 мкм.
По данным ЦНИТА при доводке абразивной пастой на основе
микропорошка 92Е цилиндрической поверхности трехлепестко-
вым притиром из стали А20 зазор h между поверхностью притира
и обрабатываемой поверхностью колеблется в пределах 10—15 мкм
в зависимости от колебания А£)3 исходного диаметра D3 = 2/?3
в заготовке.
Возможны два случая: диаметр притира Dn = 2Ra больше
диаметра отверстия D3 в заготовке DB > D3, диаметр притира
меньше диаметра отверстия в заготовке Da < D3. При А£)3 =
= 30 мкм неравномерность зазора h — 10 ... 15 мкм создает
однослойное распределение зерен абразивной пасты с микропо-
рошком зернистостью М14 и трехслойное распределение зерен
абразивной пасты на основе микропорошка зернистостью М3.
271
chipmaker.ru
При однослойном распределении зерен между притиром и заго-
товкой процесс доводки осуществляется в основном закреплен-
ными зернами, а при трехслойном распределении зерен — не-
закрепленными зернами, что влияет .на показатели процесса до-
водки. После доводки отверстия пастой на основе микропорошка
92Е зернистостью М3 в партии заготовок с Д£)3 = 30 мкм среднее
квадратическое отклонение съема материала o(Q) оказалось
в 1,4 раза больше, чем о (Q) при Д£>3 = 5 мкм, а после доводки
пастой на основе микропорошка 92Е зернистостью Ml4 эта раз-
ница составила только 9 %.
I Дальнейшее развитие указанного способа доводки примени-
тельно к доводке внутренних конических поверхностей позволило
разработать в ЦНИТА способ доводки с переменным зазором h
между притиром и обрабатываемой поверхностью заготовки,
создаваемым конструктивным исполнением конической части при-
тира. Притир изготовлен из материала с HRCg > 80, рабочая
коническая поверхность которого имеет равномерно распределен-
ные по окружности канавки — лыски с переменной глубиной h.
Глубину h лыски выбирают в пределах 4—5 размеров зерен
основной фракции свободного абразива в наибольшем рабочем
сечении I—I притира и в пределах 1,5—2 размеров зерен в наи-
меньшем рабочем сечении II—II (рис. 7.6, в).
Повышенная износостойкость материала притира с HRCg > 80
позволяет на длительный срок сохранять исходную форму рабо-
чей поверхности и, следовательно, обеспечивать требуемую точ-
ность доводки конической поверхности без перешлифовки конуса
притира. Условие наибольшей производительности обработки
соответствует толщине абразивной прослойки, составляющей 1,1—
1,5 размеров абразивных зерен. При толщине абразивной про-
слойки более пяти размеров абразивных зерен съем материала
с заготовки практически не происходит. Конический притир
конструкции ЦНИТА применяют для доводки уплотняющих
конусов распылителей дизельных форсунок.
Данный способ доводки применяют в разработанном японской
фирмой «Ниппон» способе гидродинамического полирования крем-
ниевых подложек. Слой кремния с подложек удаляют инстру-
ментом-притиром, установленным с зазором h относительно обра-
батываемой поверхности. На плоской рабочей поверхности ин-
струмента созданы периодически повторяющиеся с постоянным
шагом углубления с наклонными участками, создающими подъем-
ную гидродинамическую силу, повышающую эффективность дей-
ствия суспензии. Гидродинамическая сила, определяющая пока-
затели процесса полирования, зависит от скорости v относи-
тельного движения инструмента и подложки и зазора h. В каче-
। стве абразивной суспензии используют деионизированную воду
и тонкодисперсный порошок оксида кремния SiO2 размером
10—100 мкм.
272
7.6. ДВУСТОРОННЯЯ ДОВОДКА ТОНКИХ ПЛАСТИН,
ОСНОВАННАЯ НА СИЛОВОЙ РАЗГРУЗКЕ СЕПАРАТОРА
Параметры качества доводки тонких пластин (способ разра-
ботан в МВТУ им. Н. Э. Баумана, патент Великобритании —
№ 1534389) толщиной 0,04—0,15 мм и соответственно диаметром
5—20 мм, толщиной 0,38—1 мм и соответственно диаметром 75—
125 мм определяют по: прочности сепаратора, изготовленного,
как правило, из неметаллического материала, сохранившего
исходную форму рабочей поверхности притира, выбору уровней
давления р и скорости v относительного движения детали по при-
тиру (притирам).
Рис. 7.7. Принципиальная схема (а) обработки тонких пластин с разгрузкой
сепаратора от силового воздействия заготовок; траектории I и II (б) движения
заготовок по верхнему 4В и иижнему 4Н притирам со скоростью v6_4B и о6_1н (поз.
те же, что и на рис. 7.5)
а)
Повышение работоспособности пленки сепаратора при доводке
пластин достигается уменьшением числа пластин, закладываемых
в сепаратор, использованием натянутого сепаратора, доводкой
или полированием пластин «без выбега» за края кольца притира
(полировальника) или «с выбегом» за края кольца притира на
оптимальную величину.
Наибольшая эффективность при доводке тонких пластин до-
стигается при применении способа доводки тонких пластин с раз-
груженным сепаратором от силового воздействия доводимых или
полируемых тонких пластин. На рис. 7.7 приведена схема силовой
разгрузки сепаратора эксцентрикового, планетарного или пла-
нетарно-эксцентрикового исполнительного механизма доводочных
станков. Верхний притир имеет скорость в 2 раза большую, чем
сепаратор 2, нижний притир — неподвижный, что позволяет
повысить точность обработки деталей.
Для повышения стойкости сепараторов (кассет), возможности
обработки пластин толщиной до 0,04 мм разгрузку сепараторов
273
r.ru
от силового воздействия со стороны обрабатываемых пластин осу-
ществляют перемещением пластин по нижнему и верхнему при-
тирам по траектории относительного движения I и II (рис. 7.7, б).
В каждый момент времени угол а между векторами скоростей,
направленных по касательным к траекториям относительного
движения обрабатываемых пластин по нижнему и верхнему
притирам, выбирают равными 160—200е. Это условие достигается
расчетом кинематических и геометрических факторов процесса
доводки. Если рассмотреть силы взаимодействия пластины 5
с притиром 4, то силы взаимодействия нижнего притира с пла-
стиной Е4н_5 и верхнего притира с той же пластиной Е4в_б
будут направлены в сторону, противоположную векторам скоро-
стей относительного движения, и угол между направлениями сил
взаимодействия Е4н-б и Е4в_б также должен быть равен 160 —
200°.
Этот способ доводки тонких пластин заложен в конструкции
доводочных станков КЗА914 (эксцентриковый исполнительный
механизм), К3840, К3853 (планетарный исполнительный меха-
низм) и станков с планетарно-эксцентриковым исполнительным
механизмом.
7.7. ПЛОСКОПАРАЛЛЕЛЬНАЯ ДОВОДКА ДЕТАЛЕЙ
НА ДВУХДИСКОВЫХ СТАНКАХ
При двусторонней доводке поверхностей с отклонением от
параллельности и разнотолщинности 0,1—0,5 мкм необходимо
периодически перекладывать обрабатываемые заготовки по схеме
«звездочка» (рис. 7.8, а) через одну заготовку в диаметрально
расположенные кассеты-сепараторы 1 на станках планетарного
типа или по схеме плоскопараллельной перекладки заготовок с по-
воротом на 180° (рис. 7.8, б). Перекладку заготовок осуществляют
после 30—120 с процесса доводки. По схеме «звездочка» доводят
кварцевые кристаллические элементы. Сначала снимают квар-
цевые элементы в гнездах 1, 3, 5, 7, 9 или в гнездах 2, 4, 6, 8, 10
и затем перекладывают их по схеме, приведенной на рис. 7.8, а.
Для этого в те же гнезда кассеты IV закладывают кварцевые эле-
менты, снятые с кассеты I. В кассету I закладывают кварцевые
элементы, снятые с кассеты III, и т. д.
Перекладку заготовок по второй схеме (рис. 7.8, б) приме-
няют при плоскопараллельной доводке концевых мер длины,
расположение которых в дисковом сепараторе фиксируется че-
тырехрядным расположением гнезд. Перекладку концевых мер
осуществляют по следующей методике. Половина концевых мер
длины (ряды 1—9, 3—11, 5—13 и 7—15) перемещается от наруж-
ного радиального ряда к положениям во внутреннем радиальном
ряду на участки, расположенные диаметрально противоположно
на сепараторе. Остальные восемь концевых мер (в чередующихся
диаметральных рядах 2—10, 4—12, 6—14 и 8—16) также пере-
274
мещают к внутреннему радиальному ряду, расположенному под
углом 45 относительно радиального ряда, в котором они были
ранее обработаны. Кроме того, концевые меры длины поворачивают
на угол 180° (без поворота их торцами) так, чтобы при обработке
изменялось направление относительного перемещения по при-
тиру стрелки, условно показанной на поверхности концевой меры
длины.
Рис. 7.8. Последовательность перекладки заготовок в сепараторах при плоско-
параллельной доводке на двухдисковых стайках с планетарным (а) и эксцентри-
ковым (б) исполнительным механизмом
Указанный порядок перемены мест используется на каждом
последующем переходе с различием лищь в том, что на последу-
ющем переходе концевые меры длины, находящиеся в четных
диаметральных рядах (2, 4, 6, ..., 16), перемещают в диаметрально
противоположном направлении на сепараторе в следующий отно-
сительно наружного радиального ряд, а концевые меры длины,
находящиеся в нечетных диаметральных рядах (1, 3, 5, ..., 15)
переставляются в диаметральные ряды, расположенные под
углом 45°.
7.8. ПЛОСКОПАРАЛЛЕЛЬНАЯ ДОВОДКА ДЕТАЛЕЙ
НА ОДНОДИСКОВЫХ СТАНКАХ
Плоскопараллельность двух противоположных поверхностей
деталей после окончательной операции доводки, как правило,
обеспечивается на предшествующих операциях. Обязательной
предпосылкой плоскопараллельной доводки (рис. 7.9) является
одновременная обработка не менее трех заготовок 1, установлен-
ных в правильном кольце 2. Точность обработки на однодисковых
станках можно повысить, выполняя окончательную операцию
доводки за два перехода:
первый переход (рис. 7.9, а): доводка одной из плоскопарал-
лельных поверхностей заготовки 1 с прижимом обрабатываемой
275
chipmaker.ru
поверхности к притиру 3 через эластичную прокладку 4, напри-
мер резину или синтетическую ткань, накладываемую на вторую
плоскопараллельную поверхность заготовки. Заготовки прижи-
мают диском 5 пневмонагрузочного или гидравлического устрой-
ства нагружения;
второй переход (рис. 7.9, б) — заготовки 1 переворачивают,
укладывая их на поверхность притира 3 другой поверхностью.
Эластичную прокладку удаляют и заготовки к рабочей поверхности
притира прижимают диском 5 устройства нагружения, вводимым
в контакт непосредственно с поверхностью заготовки, обработан-
ной на первом переходе.
Рис. 7.9. Последовательность осуществления плоскопараллельной доводки за-
готовок на однодисковых станках за два перехода:
1 — заготовка; 2 — правильное кольцо; 3 — притир; 4 — эластичная прокладка; 5 —
прижимной диск; 6 — сепаратор
При одновременной доводке более трех заготовок их перекла-
дывают и перемешивают после первого перехода. Этот способ до-
водки детали осуществляется на станках 4R70, 4R215/82 и дру-
гих фирмы «Waldrich Coburg». Станки имеют пневматическую
систему нагружения, обеспечивающую прижатие заготовок к при-
тиру с р 10 кПа. При меньшем давлении прижатия, в основном
возникающем при доводке крупных заготовок малой массы, воз-
можно «всплывание» заготовок на планке доводочной абразивной
суспензии, что приводит к снижению съема материала заготовки.
Для предотвращения этого явления создается дополнительная
нагрузка от пневмоцилиндра до р = 40 кПа.
По данным фирмы «Waldrich Coburg» использование указан-
ного способа доводки на однодисковых станках дает следующие
результаты. Обычно после первого перехода доводки с примене-
нием эластичной прокладки разброс заготовок по разнотолщин-
ности составляет менее 15 % от общего припуска на обработку.
Перемещая заготовки 1 внутри правильного кольца 2, достигают
нового взаимного расположения заготовок; что позволяет полу-
чить отклонения от параллельности и разнотолщинности по обра-
ботанным поверхностям Дд = 0,002 мм. Если требуется получить
более высокую точность обработки (Дд = 0,001 ... 0,0015 мм),
повторно перемещают заготовки и вводят третий дополнительный
переход, выполняемый по условиям нагружения аналогично
второму.
276
7.9. ДОВОДКА ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ
Данный способ [А. с. № 300303 (СССР)] доводки осуществлен
на полуавтомате ЦНИТА 511017. Существующие способы доводки
сквозных и глухих отверстий осуществляют при сообщении при-
тиру двух движений вращения с угловой скоростью юп и возвратно-
поступательного со скоростью v при неподвижной заготовке,
установленной в плавающем приспособлении.
При доводке цилиндрических отверстий по способу ЦНИТА
предложено жесткое крепление притира к инструментальному
шпинделю (рис. 7.10). Притир 2, центрируемый по конической
оправке /, жестко соединен в осевом направлении с инструмен-
тальным шпинделем. Оправка получает осевое перемещение и осу-
ществляет разжим притира. Достигаемая точность обработки:
отклонение от прямолинейности образующей не более 0,0005 мм;
отклонение от цилиндричности не более 0,001 мм; отклонение от
круглости не более 0,0005 мм. Заготовка 3 закрепляется в пла-
вающем приспособлении, имеющем возможность самоустанавли-
ваться относительно притира.
Эта схема обработки позволила довольно просто реализовать
действие системы управления по силе резания при доводке.
Заготовка, совершая вращательное движение со скоростью соа
и возвратно-поступательное со скоростью ивп, направляется
обрабатываемым отверстием по цилиндрической поверхности при-
тира. Быстрый разжим притира до момента касания стенок дово-
димого отверстия, переключение скорости разжима на рабочую,
управление рабочей подачей в зависимости от крутя-
щего момента при доводке, ускоренное сжатие при-
тира, компенсация износа притира осуществляются
автоматически.
7.10. ДОВОДКА КОНИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ
Способ доводки IA. с. 656817 (СССР) ] основан на
чередовании объемного и линейного контактов кони-
ческих поверхностей обрабатываемой заготовки и
притира. Разработанный способ был осуществлен
при доводке конических поверхностей в корпусе и
иглы распылителя дизельных форсунок. Техническая
реализация способа была воплощена по двум прин-
ципиальным схемам доводки конической поверхности.
При доводке по первой схеме (рис. 7.11) притир
получает два движения: вращательное с угловой
скоростью шп и возвратно-поступательное (осцил-
Рис. 7.10. Схема доводки внутренних цилиндрических поверх-
ностей при жестком креплении притира 2 в оправке 1 шпинделя
станка и самоустанавливающейся по притиру заготовки 3
277
лирующее) вдоль своей оси; заготовка также имеет два дви-
жения — вращательное с угловой скоростью ®3 и возвратно-по-
ступательное в направлении перпендикулярном к оси притира.
Контакт поверхностей притира и заготовки создается под дей-
ствием осевой силы Рос. В процессе доводки в корпусе распыли-
теля обеспечивается автоматическая правка притира вследствие
Рис. 7.11. Схема доводки
конических поверхностей,
основанной на последователь-
ном чередовании линейного
(а) н объемного (б) контактов
поверхностей притира и за-
готовки под действием осевой
Рос и боковой Рбок сил
Рис. 7.12. Схема доводки кони-
ческих поверхностей, основан-
ной на последовательном чере-
довании линейного и объемного
контактов поверхностей прити-
ра и заготовки
наличия в нем центрального отверстия и взаимного перекрытия
конусов.
Доводка наружной конической поверхности иглы распылителя
осуществляется аналогичным образом при последовательном чере-
довании объемного и линейного контактов поверхностей притира
и заготовки. Смещение осей притира и заготовки на величину
эксцентриситета е при линейном контакте происходит под дей-
ствием боковой силы Рбок, создаваемой усилием пружины; при
278
объемном контакте конических поверхностей притира и заго-
товке е — 0.
При доводке по второй схеме (рис. 7.12) заготовка 1 и при-
тир 2 получают вращательное движение вокруг параллельных
осей с угловыми скоростями соответственно <о3 и гоп. Прижим
притира 2 к конической поверхности заготовки 1 с силой Рос
осуществляется под действием, пружины 3. Одновременно заго-
товка перемещается от кулачка 4 вдоль образующей конической
поверхности, направленной под углом, равным половине задан-
ного угла конуса. В момент совпадения осей заготовки и притира
возникает объемный контакт двух конических поверхностей и
происходит исправление геометрической формы в поперечном
сечении конической поверхности. При линейном контакте исправ-
ляется форма обрабатываемой конической поверхности в про-
дольном сечении и осуществляется кинематическая правка рабо-
чей поверхности притира.
Данный способ доводки заготовок на станках-автоматах
ЦНИТА 511018 позволяет получать конические поверхности
с отклонениями от круглости не более 0,0003—0,0008 мм и пря-
молинейности образующей 0,001—0,002 мм, отклонение угла
при вершине в пределах ±10' и параметре шероховатости поверх-
ности Ra = 0,10 ... 0,05 мкм.
chipmaker, ru
ГЛАВА 8
СТАБИЛИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ КАЧЕСТВА
ДОВОДКИ ДЕТАЛЕЙ
8.1. СТАБИЛИЗАЦИЯ ТОЧНОСТИ ФОРМЫ ОБРАБОТАННОЙ
ПОВЕРХНОСТИ
Под стабилизацией качества доводки деталей понимаем со-
хранение устойчиво постоянного во времени количественного
значения таких качественных показателей обработанной поверх-
ности, как точность размеров и формы, шероховатость поверх-
ности, глубина нарушенного поверхностного слоя.
В практических расчетах формы поверхностей заготовки и
притира, непрерывно изменяющихся в процессе доводки, может
быть применен предложенный ниже физико-механический подход
к формообразованию поверхностей. Форму реальных поверхно-
стей притира и заготовки во времени можно описывать относи-
тельно базовых поверхностей матрицами изменения аппликат
центров рассматриваемых элементарных площадок по отдельным
кольцевым зонам поверхностей притира и сепаратора с заготов-
ками. Если для исходной формы поверхности притира имеем
матрицу = {zc^Jn.xni порядка Пь а для заготовки — ма-
трицу Д°8Г = [Zchl}n,xn, порядка пг, то в промежуточный
момент времени tk, например:
для нижнего притира
q=n *q
S J P’ h)vi(i)dt
(8-1)
для заготовки
где ij — индекс /-й элементарной площадки в пределах i-й коль-
цевой зоны поверхности притира; kl — индекс положения i-й
элементарной площадки в пределах А-й кольцевой зоны поверх-
ности сепаратора с заготовками; п — число циклических изменений
кинематического режима доводки (в общем случае и давления р)
280
за время обработки <обр = £ Д<д; Д<д = tq — tq_t — интервал
<7=1
времени работы на данном кинематическом режиме
обработки (q = 1, 2, 3, ...); и — соответственно интенсив-
ности изнашивания материала притира и заготовки, зависящие
от скорости vt (г2), тангенциального ускорения a] (al) относитель-
ного движения центров элементарных площадок притира по за-
готовкам (заготовки по притиру), толщины h абразивной прослойки.
Задачи формообразования поверхностей заготовок (деталей)
на основе первого и второго способов стабилизации точности
формы и линейных размеров поверхностей (см. п. 6.1) можно
решать, используя формулы (8.1) и (8.2).
При последовательном изменении кинематических режимов
обработки или линейных размеров звеньев исполнительного ме-
ханизма доводочного станка по предложенному автором способу
доводки деталей происходит перераспределение механической
работы, затрачиваемой на изнашивание рабочей поверхности при-
тира, следовательно, и перераспределение износа по его поверх-
ности. Задача оптимизации выбора числа кинематических режимов
и времени работы на них с целью стабилизации формы поверхности
притира во времени решается на ЭВМ с использованием формулы
(8.1). Задача минимизации отклонений формы обработанных по-
верхностей деталей от требуемой номинальной поверхности ре-
шается с использованием формул (8.1) и (8.2) путем поиска на
ЭВМ оптимального сочетания возникшей в результате износа
погрешности формы реальной поверхности притира и цикла ки-
нематических режимов доводки, обеспечивающих получение тре-
буемой точности формы обработанной поверхности детали.
Изменяя кинематические режимы доводки во времени (в об-
щем случае динамические и геометрические факторы) для любой
их последовательности (цикла) по формуле (8.2) численными ме-
тодами можно рассчитать значения разностей аппликат г, опре-
деляющих в каждый момент времени форму реальной поверх-
ности заготовки в выбранной системе координат. Предпочтение
отдается тому циклу (набору) кинематических режимов доводки,
который обеспечивает получение требуемой точности формы об-
работанной поверхности детали за меньшее время обработки.
Ниже изложены приближенные методики выбора кинематических
режимов доводки, обеспечивающих требуемую точность формы
обработанной поверхности детали по способу сохранения исходной
поверхности притира.
Определение структуры кинематического цикла, состоящего
из последовательности альтернативных кинематических режимов.
Альтернативные режимы — это циклы, приводящие каждый в от-
дельности к образованию разнонаправленных профилей поверх-
ности притира. Периодически изменяя радиальный профиль рабо-
чей поверхности притира, в процессе доводки заготовок можно
281
chipmaker.ru
стабилизировать форму его рабочей поверхности. Кинематические
режимы доводки заготовок, характеризующиеся изменением зна-
чения и направления скорости (вариации по i^), а также размеров
звеньев исполнительного механизма станка, в пределах времени
обработки /обр выбираем в зависимости от формы профиля при-
тира. Принято допущение о правомочности сравнения расчетного
профиля поверхности притира в его радиальном сечении и эпюра
длины траектории L точек профиля притира по поверхностям
кольцевых зон сепаратора, заполненных заготовками. Исходную
форму поверхности притира можно сохранить путем серии после-
довательных изменений во взаимно противоположных направле-
ниях эпюра износа поверхности притира (направленности износа).
Тогда кинематические режимы и время работы на каждом режиме
выбираем, сравнивая эпюры L за время обработки Д/? на каждом
кинематическом режиме для нескольких значений til’. Ординаты
эпюр-длин L траектории рассчитываем по формулам (3.5)—(3.8).
Для планетарного станка (схема исполнительного механизма дана
на рис. 3.8) рассчитаны на ЭВМ по формулам (3.5)—(3.8) эпюры
длины траекторий точек радиального профиля поверхности при-
тира по обрабатываемым поверхностям заготовок размером 19 X
X 19 мм, расположенных в пределах кольцевой зоны сепаратора
(рис. 7.2) в зависимости от передаточного отношения iH1.
Кинематическая правка притиров на станках других типов
может быть осуществлена путем выбора соответствующих кине-
матических режимов доводки и наладки станка с использованием
расчетных векторных схем для определения длины L траектории
(см. рис. 3.6—3.8). Так, для эксцентрикового станка рассчитаны
длины L (/?) траекторий точек поверхности притира по заготовкам
и построены эпюры L (7?) по радиусу R притира в зависимости
от Эпюры L (R) частоты вращения водила щ = 4,2 с-1 и
частоты вращения сепаратора от па — —8,3 с-1 до п2 = 4-8,3 с-1
представлены на рис. 8.1.
Анализ- пространственного эпюра L (Д, ill’) позволяет харак-
теризовать зависимость между отношением е/гд радиусов водила
(эксцентриситета е) и детали и направленностью изменения по
радиусу притира. При е/го = 0 переход от режима^ <1 к режиму
4Г > 1 приводит к смещению максимального значения L в ра-
диальном направлении, что позволяет править притир в процессе
обработки заготовок на эксцентриковых станках как вследствие
изменения частоты вращения сепаратора с заготовками и направ-
ления, так и в результате изменения эксцентриситета е (длины
водила). При этом можно одновременно изменять и частоту вра-
щения сепаратора и эксцентриситет е.
Данная методика выбора кинематических режимов доводки
может быть применена на стадии проектирования технологиче-
ского процесса доводки при отсутствии сведений об интенсивности
282
изнашивания материала притира и заготовки. Отлаживая техно-
логический процесс доводки, устанавливают время работы на
каждом кинематическом режиме цикла обработки. Эта методика
выбора кинематического цикла обработки использована для ста-
Рис. 8.1. Эпюры длины L траекторий точек профиля притира по заготовкам
в зависимости от передаточного отношения для эксцентрикового станка ЗА910
билизации качества твердосплавных пластин в условиях их мас-
сового производства на Московском комбинате твердых сплавов
им. С. П. Соловьева и магнитных пластин на заводе «Юный тех-
ник» (Министерство легкой промышленности СССР).
Определение цикла кинематических режимов, Обеспечивающих
последовательное исправление погрешности профиля поверхности
283
chipmaker.ru
притира. Исходную форму номинальной поверхности притиров
можно стабилизировать путем непрерывного и последовательного
устранения возникающей погрешности формы притира. Полный
цикл обработки заготовок с одновременной правкой рабочих
поверхностей осуществляется при q-x кинематических режимах,
которые выбирают с учетом влияния интенсивности изнашивания
материала притира и коэффициента заполнения k3 рабочего поля
сепаратора заготовками на износ притира. Коэффициент k3 опре-
деляется как отношение площади, занятой обрабатываемыми по-
верхностями в пределах рассматриваемой зоны рабочего поля
сепаратора, к площади этой зоны. В расчетах по формообразо-
ванию поверхностей при абразивной доводке этот коэффициент
введен М. Н. Семибратовым.
При полном заполнении всех рабочих зон сепаратора заготов-
ками длина LK(] траектории центра /-й площадки каждой рассма-
триваемой i-й зоны поверхности притира по к-м зонам сепаратора
K=N
равна предельному значению У, L^pac4 (при коэффициенте
К=1
заполнения ka для всех зон, равном единице).
При неполном заполнении отдельных зон сепаратора заготов-
ками расчетную длину траектории центра /-й элементарной пло-
щадки i-й зоны поверхности притира по обрабатываемым поверх-
ностям заготовок к-х зон сепаратора за время обработки /обр на
данном q-м. кинематическом режиме вычисляем по формуле
= (Liq^kal -f- + • • + L,^kaK + • • • + 1$дкац) ГП,
K=1
где L\q\ Lzq', .... Zj^’, ..., L^g — соответственно длины
траекторий центра j-й площадки i-й Кольцевой зоны поверхно-
сти притира по отдельным к-м зонам поверхности сепаратора за-
время tn, определяемые по формуле (3.8); Л31, Лз2, ..., kaN — коэф-
фициенты заполнения соответствующих зон поверхности сепа-
ратора (k = 1,2,..., N); т = /Обр^ц — число циклов за время io6p.
При заданных коэффициентах заполнения отдельных зон
поля сепараторов, общем времени обработки /обр на различных
кинематических циклах, состоящих из двух или более режимов
с различными по знаку и значению ill’, методом итераций для
различных сочетаний q-x кинематических режимов определяют
время обработки на каждом из них. Эту задачу решают посред-
ством минимизации разности максимальной и минимальной суммы
произведений длины Ц!/расч траектории относительного дви-
жения /-й площадки i-й зоны поверхности притира по k—N зонам
сепаратора с заготовками и интенсивности изнашивания мате-
риала притира, усредненной в пределах суммарной длины траек-
284
тории относительного движения для q-го кинематического режима:
Zj К^'^к/расч I — I Zj К^^к/расч I = Amin»
к=1 /max \к=1 /min
где Атщ — наименьшее значение разности максимального и
минимального значений произведения интенсивности изнашива-
ния Kiq на расчетную суммарную длину траектории точек /-х
площадок i-х зон поверхности притира по зонам поля сепаратора
для одного рассчитываемого q-ro кинематического режима до-
водки.
Если при найденном значении Дт1п требования по точности
обработки не выполняются, то назначают новый кинематический
цикл обработки, обеспечивающий меньшее значение Дт1п. Рас-
сматривая возможные сочетания значений частот вращения звеньев
исполнительного механизма и последовательность работы на
каждом интервале времени кинематического цикла обработки,
решают указанную задачу минимизации.
В пределах одного кинематического цикла обработки последо-
вательность компенсации неравномерности изнашивания поверх-
ностей притиров может достигаться при выполнении следующего
условия: разность максимальной и минимальной сумм произве-
дений интенсивности изнашивания на расчетную суммарную длину
K—N
траектории ДкУрасч Для q кинематических режимов должна
К=1
быть минимальна:
где q = 1, 2, 3.п — число кинематических режимов.
В общем случае при возможности варьирования всем комплек-
сом факторов процесса доводки условие минимизации выражения
(8.3) можно записать в виде неравенства
(q=nx=N \ f q=n k~N \
U WW - Е Е*Асч <е,
к=1 / max \ q=1 к—1 / min
где е — заранее заданная и сколь угодно малая величина.
Изложенную методику расчета следует применять при наличии
данных по интенсивности изнашивания материала притира и за-
готовки. Методика может быть рекомендована к применению
в условиях массового и крупносерийного производства.
8.2. ВЫБОР КИНЕМАТИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ ЦИКЛА ДОВОДКИ
ПЛОСКИХ ДЕТАЛЕЙ НА СТАНКАХ ЗЕ816, ЗД817
Режимы цикла доводки плоских поверхностей на станках
выбирают исходя из условий постоянного поддерживания допу-
стимых отклонений от плоскостности рабочих поверхностей при-
285
chifmaker.ru
8.1. Выбор режимов кинематической правки притиров
станков ЗД817 и ЗЕ816 (выбор правки)
Номера возмож- ных со- четаний значе- ний ко- эффици- ентов го со *4 Режим цикла доводки
I II
Л* ^4в п4н ₽. «1 п4в п4н 6.
1 0 0 0 0,5 —30 +33 +31 0,5 +60 +33 +31 0,5
9 0 1 1 0,5 +60 +33 +31 0,5 +60 +33 +31 0,5
24 1 0,5 0,5 0 +60 +33 +31 0,5 +60 +33 +31 0,5
33 0 0,5 1 1 —38 +33 +31 0,5 +76 +33 +31 0,5
54 0,5 0,5 0 0,5 —48 +33 +31 0,5 +96 +33 +31 0,5
70 0 1 0,5 1 +96 +33 +31 0,5 +48 +33 +31 0,5
107 0 1 0 1 + 120 +33 +31 0,5 + 120 +33 +31 0,5
135 0 0,5 0,5 1 60 —33 —31 0,5 —60 —33 —31 0,5
149 0,5 0,5 0,5 0 —60 —33 —31 0,5 —60 —33 —31 0,5
тиров, достигаемых методом кинематической правки. Полный
цикл доводки плоских заготовок состоит из двух режимов, которые
.находятся в функциональной зависимости от коэффициента за-
полнения k3 рабочего поля сепаратора поверхностями обрабаты-
ваемых заготовок. Оптимальный выбор режимов доводки обеспе-
чивает равномерное срабатывание рабочей поверхности притира
за время кинематического цикла обработки. Ниже приведена
методика определения оптимальных кинематических режимов.
286
1. Рабочее поле сепаратора разбивают на четыре концентри-
ческие зоны с равным приращением радиуса А/? от внутренней 1
к периферийной IV зоне.
2. Определяют площадь каждой из зон сепаратора ASBi.
3. Определяют долю площади обрабатываемой поверхно-
сти Ssar i заготовки, приходящуюся на каждую зону сепаратора.
Вычисляют суммарную площадь обрабатываемых поверхностей
заготовок, приходящихся на каждую i-ю зону сепаратора: S3ari =
= 5эаГ ,п, где п — число заготовок; i — номер зоны.
4. Определяют коэффициент заполнения зоны k3i (/га1, /гз11,
^з!П> ^3lv) • ^3i ^заг
Вычисленные значения коэффициентов заполнения округляют
с точностью до 0,5.
5. По таблицам кинематических режимов осуществления
правки притиров, имеющихся в приложении к руководству по
эксплуатации станком (см. руководства к станкам ЗД817 и ЗЕ816),
в зависимости от расчетных значений k3i определяют следующие
кинематические режимы работы станка: ±п±— частоту вращения
центрального колеса планетарной наладки, мин-1; +п4в — ча-
стоту и направление вращения верхнего притира, мин-1; + п4н —
частоту и направление вращения нижнего притира, мин-1;
и р2 — процентное соотношение величины съема материала на
первом и втором кинематических режимах доводки.
Фрагмент таблицы из руководства по эксплуатации станком
по выбору оптимальных кинематических режимов доводки при-
веден в табл. 8.1.
8.3. ПРИМЕРЫ ВНЕДРЕНИЯ НОВЫХ СПОСОБОВ ДОВОДКИ
И СТАНКОВ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Проведенные теоретические исследования процесса формооб-
разования поверхностей и формирования поверхностного слоя
на доведенных деталях и полученные экспериментальные данные
позволили:
разработать новые способы и технологические процессы до-
водки плоских, сферических и цилиндрических поверхностей де-
талей машин и приборов в условиях единичного, серийного и
массового производств;
создать новые конструкции исполнительных механизмов стан-
ков и инструментов для обработки заготовок с учетом новых
положений о стабилизации качества обработанных поверхностей.
Стабилизация точности формы плоских поверхностей. Техно-
логические процессы доводки с одновременной кинематической
правкой притиров непосредственно в процессе их доводки раз-
работаны для обработки незакрепленным абразивом твердосплав-
ных пластин инструментов, незакрепленным и связанным абра-
зивом пластин магнитов микродвигателей на двухдисковых до-
водочных станках.
287
Для обеспечения кинематической правки притиров на плане-
тарном станке ЗБ816И был выбран специальный кинематический
цикл доводки, при котором последовательно изменяли угловую
скорость и направление вращения центрального колеса планетар-
ного исполнительного механизма станка (см. 8.1). По направ-
ленности изменения эпюра длин L траекторий точек профиля
поверхности притира по заготовкам по радиусу R притира уста-
новили цикл обработки: 1-й режим — ill* = +1,75; 2-й режим —
4b* = +0,43 (см. рис. 7.2). .
Рис. 8.2. Изменение профиля поверхности Дп верхнего и нижнего притиров при
кинематической правке на станке ЗБ816И с п4н = 4-0,92 с*1 и щ = -(-0,58 с-1
(время работы 2 мин 7 с) и пг = —0,58 с“* (время работы 2 мин 15 с):
а — исходный профиль притиров; б—е — соответственно профили притиров после 1 ч,
5 ч, 8 ч, 12 ч, 19 ч работы
Изменение формы рабочей поверхности притира станка ЗБ816И
при двух кинематических режимах обработки твердосплавных
пластин суспензией на основе карбида бора зернистостью 4 пока-
зано на рис. 8.2. При непрерывной работе по этой программе
в течение 19 ч (рис. 8.2, ё) без принудительной правки притиров
отклонение от плоскостности Дд доведенных поверхностей твердо-
сплавных пластин размером 19 X 19 мм было в пределах допусти-
мого значения (не более 5 мкм). Возникновение некоторой накоплен-
ной погрешности формы поверхности притиров после 19 ч непре-
рывной работы (рис. 8.2, е) объясняется приближенным выбором
указанного цикла работы станка в связи с принятым допущением
о постоянстве значений k3, неточностью определения времени
работ станка на каждом кинематическом режиме цикла обработки
и различием коэффициентов заполнения k3 кольцевых зон рабо-
чего поля сепаратора (k3 < 1).
Более широкий диапазон изменения частоты вращения цен-
тральной шестерни планетарного исполнительного механизма до-
водочного станка AL-2 позволяет точнее стабилизировать форму
288
рабочей поверхности притиров на режиме кинематическом правки,
следовательно, и точность обработанных поверхностей (рис. 8.3).
В течение 15 ч 30 мин было обра-
ботано 3700 твердосплавных
пластин трехгранной формы с
d = 9,525 мм по ГОСТ 19043—80
с отклонениями от плоскостно-
сти 0,24—3,26 мкм. Аналогич-
ным образом была решена зада-
ча стабилизации качества при
двусторонней доводке пластин
магнитов размером 17 Х7X65 мм
с одновременной кинематичес-
кой правкой притиров из чугуна
Рис. 8.3. Изменение профиля поверхно-
сти нижнего притира при кинематиче-
ской правке на станке AL-2 с п4н =
= -}-0,52 с"’ и п4в = —0,55 с-*:
с — исходный профиль притира; б — про-
филь притира после 4 ч работы (nt =
= —1,88с-1); в — профиль притира после
1,5 ч работы (Hi = + 1,17 с-1); г— профиль
притира после 1,5 ч работы (Hi =-|-1,17 с-1);
д —профиль притира после кинематической
правки в течение 2 ч 10 мии на режиме, из-
нос притира к периферии (rii = 4-1,17 с-*)
и в течение 2 ч 30 мин на режиме, износ
притира к центру (nt = —1,88 с-1); е —
профиль притира после 4 ч работы (rtj ==
= 4- 1,17 с-1 в течение 1 ч 20 мин и n,i =
— —1,17 с-1 в течение 2 ч 40 мии) (БУ —
вертикальное увеличение)
при обработке суспензией на основе карбида бора и притиров в виде
абразивных дисков из электрокорунда. На рис. 8.4 показаны резуль-
таты кинематической правки чугунных притиров станка ЗБ816И.
Отклонения от плоскостности доведенных пластин магнитов не
превышали 4 мкм, отклонения от параллельности боковых поверх-
ностей одновременно обработанных пластин в партии из 620 шт.
были не более 4 мкм, а разнотолщинность пластин в партии 5—
15 мкм. Ранее применяемый процесс одностороннего шлифования
пластин магнитов на плоскошлифовальном станке обеспечивал
в партии одновременно обработанных пластин разнотолщинность
от 15—20 мкм до 30—40 мкм, а отклонения от плоскостности боко-
вых поверхностей 10—15 мкм.
В результате внедрения нового технологического процесса
доводки пластин с использованием кинематической правки при-
тиров на станке получение годных магнитов увеличилось на 30 %.
КПД микродвигателей МПД-1 с доведенными пластинами магни-
тов увеличился почти в 2 раза (от 17 до 29 %) по сравнению с мик-
289
chipmaker.ru
Рис. 8.4. Изменение профиля по-
верхности нижнего притира из чу-
гуна при кинематической правке
(л«н = +0.98 с-1):
а — исходный профиль притира; б —
профиль притира после 1 ч 30 ми и ра-
боты («1 = -|-0,48 с-1); в — профиль
притира после 3 ч (nt = — 0,48 с"1);
г — профиль притира после 1 ч 30 ми и
(П1 = 4-0.48 с-1)
родвигателями, магниты ко-
торых обработаны связанным
абразивом. Эти результаты
достигаются вследствие сни-
жения глубины нарушенного
слоя после доводки и повыше-
ния точности формы обрабо-
танных поверхностей пла-
стин.
В большинстве существу-
ющих моделей доводочных
станков не предусмотрена
возможность кинематической
правки притиров и про-
граммированного движения сепараторов с заготовками, по-
этому были разработаны новые доводочные станки, позволяющие
изменять режим обработки и линейные размеры звеньев исполни-
тельного механизма. Расчетные рекомендации были использованы
при создании двухдисковых доводочных станков ЗЕ816 и ЗД817
конструкции Ленинградского специального конструкторского бюро
прецизионных станков. При составлении паспорта станков расчет
кинематических режимов доводки и оптимальной схемы располо-
жения заготовок в сепараторе выполнены по методике выбора
последовательности альтернативных режимов или компенсации
неравномерности изнашивания поверхностей притиров.
Способ доводки заготовок с одновременной правкой поверх-
ностей притиров применен Ленинградским специальным кон-
структорским бюро прецизионных станков при разработке испол-
нительного механизма однодискового станка 3807, двухдисковых
станков ЗЕ816, ЗД817, ЗЕ816Ф1 и ЗД817Ф1. Новые принципиаль-
ные схемы исполнительных механизмов доводочных станков,
разработанные в МВТУ, использованы при проектировании стан-
ков, применяемых для обработки подложек из кремния. Размеры
исполнительных механизмов указанных станков и их наладка для
доводки кремниевых подложек установлены путем прогнозирова-
ния формы изношенной поверхности притиров с применением ме-
тодики расчета, основанной на определении и анализе эпюры
для L траекторий точек поверхности притира по заготовкам.
При проектировании серийно выпускаемых плоскодоводочных
планетарных станков К3840 с помощью расчетной методики опре-
290
деления формы изношенной поверхности притиров установлены
оптимальная схема расположения заготовок в сепараторах и
ширина кольца рабочей зоны поверхности притиров. Конструкции
созданных планетарных и эксцентриковых доводочных станков
позволяют разгрузить сепараторы от силового воздействия со
стороны обрабатываемых пластин. Это позволило на станке К3840
обрабатывать пластины кварцевых кристаллических элементов и
другие детали из труднообрабатываемых материалов диаметром
5—100 мм и толщиной 0,15—25 мм, а на станках с эксцентриковым
исполнительным механизмом осуществлять двустороннюю доводку
и полирование кремниевых подложек диаметром 75 мм и толщи-
ной 0,380—0,450 мм. В партии одновременно обработанных на
станке К3840 пластин кварцевых кристаллических элементов раз-
мером 16X16 мм отклонения от плоскостности и параллельности
поверхностей 0,0005 мм, разнотолщинность 0,0002 мм; для крем-
ниевых подложек диаметром 60—75 мм и толщиной 0,380—0,450 мм
отклонения от плоскостности 0,002—0,004 мм, разнотолщинность
0,002—0,01 мм.
Стабилизация точности формы цилиндрических и сферических
поверхностей. Технологические процессы доводки цилиндрических
поверхностей основаны на стабилизации точности формы обра-
ботанных поверхностей деталей путем длительного сохранения
оптимальной формы рабочей поверхности притиров. Используя
расчетную векторную схему (см. рис. 3.12), провели расчеты по
формообразованию цилиндрических поверхностей с применением
кинематической правки притиров. Установлено, что при доводке
цилиндрических поверхностей на двухдисковых станках скорость
и направление вращения притиров и эксцентрика следует выби-
рать в соответствии с распределением длин пути /г контакта по
радиусу притира с учетом соотношений кинематического коэф-
фициента наладки tH и приведенного передаточного отношения ice
(рис. 8.5). Кинематический коэффициент iH — отношение частоты
вращения нижнего притира и эксцентрика в абсолютном движе-
нии, а приведенное передаточное отношение ice — отношение
частоты вращения сепаратора и эксцентрика в относительном
движении по притиру. Изменяя частоту и направление вращения
притиров или эксцентрика на станках с принудительным и со
свободным вращением сепаратора при 0 < | iH| <1, можно управ-
лять износом нижнего притира и осуществлять кинематическую
правку их поверхностей в процессе обработки.
Эффективность рекомендаций по выбору комплекса факторов
процесса доводки была проверена при обработке наружных и
внутренних сферических поверхностей. Шарики доводили по
схеме точечного контакта поверхности заготовки с притиром (см.
рис. 5.17). В результате анализа кинематических факторов про-
цесса формообразования сферической поверхности шарика (угло-
вых скоростей «ц и <о2, см. рис. 5.18, а, б), зависящих от геоме-
трических параметров канавки притира и ££> был установлен
291
chipmaker.ru
оптимальный профиль рабочей канавки притира (РГ = 0,61 рад
и р2* = 0,96 рад).
Внедрение притиров с оптимальной геометрией на ГПЗ-1
позволило сократить время доводки шариков на 30 % (при сохра-
нении той же точности обработки), значительно уменьшить припуск
на обработку и повысить параметры качества обработанной по-
верхности шариков (см. рис. 5.18, в). Практикой подтверждено,
что, используя разработанный в МВТУ им. Н. Э. Баумана способ
Рис. 8.5. Типовые эпюры длин/4 пути контакта заготовки с окружностью радиуса
Ri поверхности притира для различных соотношений приведенного передаточ-
ного отношения ice и кинематического коэффициента наладки iH:
/ — <н = —5; 2 - iB = —0.8; 3 — = 0,2; 4 — iH = 0.8; 5 — iB = 1,3; 6 — iH = 4
доводки [7, 9], при обработке сферических поверхностей труб-
чатым притиром можно обеспечить стабильную точность формы
обработанной поверхности в пределах 0,1—0,2 мкм. На рис. 5.5
приведены круглограммы сферической поверхности керамических
корпусов, обработанных по способу доводки с применением ме-
тодики выбора кинематических режимов. Погрешность формы
внутренних сферических поверхностей корпусов не превышала
0,1—0,2 мкм в течение 6 ч непрерывной работы станка ДВС-01С
при циклическом изменении кинематического режима через 3 мин
работы. Обработка осуществлена при частоте вращения шпинделя
заготовки П1 = ±1,67 с-1 с реверсом при постоянной частоте
вращения притира п2 = 1,67 с-1.
Стабилизация качества поверхностного слоя деталей. Рас-
смотрим только один аспект проблемы обеспечения качества по-
верхностного слоя — влияние кинематических и динамических
292
факторов процесса доводки на качество поверхности. Анализ
полученного уравнения распространения микротрещин в поверх-
ностном слое материала заготовки под действием абразивных
зерен и данных физического моделирования процесса позволяет
наметить пути управления параметрами качества поверхностного
слоя доведенных деталей и их эксплуатационными характери-
стиками.
Установленное снижение интенсивности изнашивания К во
времени при неизменных факторах процесса доводки и повышение
интенсивности изнашивания при циклическом изменении режимов
доводки может быть использовано при проектировании технологи-
ческих процессов доводки. Изменяя кинематические и динамиче-
ские факторы процесса во времени на стадиях предварительной
и окончательной доводки, можно изменять строение нарушенного
слоя деталей по глубине и его характеристики по плотности
распределения дефектов. Последнее положение подтверждено
данными проведенных экспериментальных исследований процесса
доводки кварцевых кристаллических элементов, кремниевых под-
ложек, керамических опор и твердосплавных пластин режущих
инструментов. В ряде публикаций описано наличие эксперимен-
тальной зависимости глубины нарушенного слоя от скорости и
давления. На основе этих данных и результатов проведенного
автором физического моделирования процесса доводки можно
считать, что в поверхностном слое материала деталей существуют,
по крайней мере, две качественно различные зоны.
Для первой зоны характерна высокая плотность дефектов
структуры и микротрещин. Вторая зона расположена непосред-
ственно под первой и для нее характерны менее значительные изме-
нения кристаллической решетки и практически отсутствуют микро-
трещины. Глубина залегания этих зон зависит от технологических,
кинематических и динамических факторов процесса. В отдельных
случаях в пределах первой и второй зон могут быть выделены
специфические зоны. Например, при доводке пластин из керамики
22ХС обнаружен аморфный слой толщиной 0,5 мкм. Влияние
кинематических факторов процесса на строение поверхностного
слоя монокристалла установлено по изменению частоты Л/
кварцевого резонатора в зависимости от времени травления кри-
сталлического элемента.
Режимы доводки кварцевых кристаллических элементов су-
спензией на основе абразивного порошка 24АМ20 при давлении
р = 19,6 кПа на станке HL-6B и результаты исследования про-
цесса травления кристаллических элементов приведены
в табл. 8.2.
Скорость травления первой зоны поверхностного слоя значи-
тельно выше скорости травления второй зоны и монокристалла
кварца, вследствие большого количества микротрещин в первой
зоне. С увеличением скорости v, м/с, и ускорения ах толщина
второй зоны уменьшается (режимы 2 и 3). При этом уменьшается
293
8.2. Качество поверхностного слоя кварцевых
кристаллических элементов в зависимости от режима доводки
№ режима обра- ботки х с «J — _Е ОЕ X °гпах’ м/с8 Средняя скорость травления, Гц/с Глубина стравлен- ного поверхност- ного слоя, мкм
нарушенного слоя для зоны монокристалла 1 я зона 2-я эона Общая
о Е О о is
1 0,346 0,328 ~ 1 0,024 1,77 1,25 1,14 2,34 3,56 5,9
2 0,523 _ 0,497 ~ 1 0,054 1,78 1,24 1,16 2,35 2,55 4.9
3 0,789 ~ 0,75 ~ I 0,28 1,8 1,25 1,2 2,36 1,34 3,7
4 0,448 0,084 ~ 5,33 0,42 1,82 1,25 1,18 2,4 2,3 4,7
общая глубина поверхностного слоя. Толщина первой зоны по-
верхностного слоя при изменении скорости v доводки кварцевых
кристаллических элементов практически не изменяется. Режим
доводки 4 по максимальной скорости щ1ах близок к режимам 1
и 2, однако, ввиду больших перепадов v и а\ на режиме 4 повы-
шается динамичность воздействия абразивных зерен на кварце-
вый элемент, увеличивается разориентация микроблоков в по-
верхностном слое и неоднородность его структуры. В результате
этого несколько уменьшается глубина первой и второй зон по-
верхностного слоя. Воспроизводимость результатов обработки
кварцевых элементов по глубине первой и второй зон для режима 4
значительно меньше, чем для режимов 1 и 2.
Аналогично при полировании подложек из монокристалличе-
ского кремния алмазной пастой АСМ0.5/0 на станке ЖК-14-09
изменение скорости v при различных давлениях р приводит
к изменению структуры нарушенного слоя и условий протекания
процесса диффузии легирующих примесей в подложку при про-
изводстве интегральных схем.
Особенности структуры поверхностного слоя кремния после
полирования были исследованы с помощью вольт-амперных ха-
рактеристик р — «-переходов подложка — эпитаксиальный слой.
Дислокации и дефекты упаковки в структуре р—«-перехода сни-
жают его пробивное напряжение и повышают токи утечки. Уста-
новлено, что при травлении подложек, полированных алмазной
пастой АСМ0.5/0 или суспензией на основе оксида циркония ZrO2,
на глубину 3 мкм перед эпитаксией с ростом скорости полирования
294
подложек возрастает напряжение пробоя «пр р—«-переходов
(рис. 8.6), так как последние имеют меньше структурных дефек-
тов. При этом жесткость J (%) р—«-перехода увеличивается
(рис. 8.7):
J — «гоо/ипр>
где «гое — напряжение на р—«-переходе, при котором сила тока
утечки составляет 200 мкА (диаметр р—«-перехода 1 мм); «пр —
пробивное напряжение р—«-перехода.
Рис. 8.6. Зависимость пробивного на-
пряжения нпр эпитаксиальных р—п-
переходов от скорости v при полиро-
вании подложек суспензией на основе
оксида циркония ZrO2 и пастой
АСМ0.5/0 с последующим травлением:
1 — АСМ0.5/0; р = 9,8 кПа; 2 — АСМ0.5/0;
р = 2 кПа; 3 — ZrO2; р — 9,8 кПа; 4 —
ZrO2; р = 2 кПа
Рис. 8.7. Диаграмма жесткости J пе-
реходов:
/ — подложки после полирования пастой
АСМ0.5/0 без травления в НС1; 2 — под-
ложки после полирования суспензией иа
основе оксида циркония ZrO2 без травле-
ния; 3 — подложки после полирования
пастой АСМ0.5/0 и травления в НС1 на глу-
бину 3 мкм
При эпитаксии без предварительного травления зависимость
напряжения пробоя от скорости полирования подложек имеет
качественно другой вид (рис. 8.8). Это объясняется увеличением
дефектов на поверхности подложки с ростом скорости. Во всех
случаях при этом J 32 % (при
Рис. 8.8. Зависимость пробивного напря-
жения ыпр эпитаксиальных р—л-перехо-
дов от скорости v при полировании подло-
жек суспензией на основе ZrO2 и пастой
АСМ0.5/0 без травления в НС1:
1 — ZrO,; р = 9,8 кПа; 2 — ZrO,: р = 2 кПа;
3 — АСМ0.5/0; р = 2 кПа; 4 — АСМ0.5/0;
р — 9,8 кПа
Проведенный анализ влияния факторов процесса доводки на
строение поверхностного слоя деталей и данные физического мо-
делирования процесса абразивной доводки позволяют наметить
некоторые пути технологического обеспечения качества доведен-
ных поверхностей. На первом этапе процесса доводки следует
создавать повышенную трещиноватость, а на втором, наоборот,
295
chipmaker.ru
уменьшать число микротрещин и дефектов в поверхностном слое
материала. Первое условие может быть обеспечено, например,
при применении предложенного автором способа доводки с одно-
временным и последовательным изменением давления р, скоро-
сти v и ускорения ах, второе условие выполняется, например, при
доводке с большими скоростями, но малыми значениями танген-
циальных ускорений а1 при постоянном давлении р. Применение
указанных рекомендаций при доводке стальных деталей гидро-
агрегатов, твердосплавных подпятников для гироприборов, кера-
мических сферических опор радиусом R = 9 мм позволило повы-
сить их эксплуатационные характеристики. Опоры из керамики
были доведены на станке ДСВ-01С при двух режимах:’
1) в условиях микровыкалывания при прерывистом контакте
зерен с обрабатываемой поверхностью при а^ах « 4,1 м/с2 и
давлении р = 73,6 кПа; 2) в условиях микрорезания при не-
прерывном контакте зерен с обрабатываемой поверхностью при
iax « 0,02 м/с2 и р = 147,2 кПа.
Стендовые испытания указанных опор на «пуск—останов»
показали, что опоры, обработанные по первому режиму, выдер-
жали 500 циклов, а по второму — 10 000 циклов.
Наиболее перспективными направлениями совершенствования
способов доводки и шлифования материалов являются разработка
способов, основанных на периодическом изменении запаса энер-
гии, накопленной в технологической системе и ее элементах,
например система нагружения доводочного станка — притир—
абразивная прослойка—заготовка. Предусматривается целена-
правленное (вводимое извне) изменение и перераспределение раз-
личных видов энергии: механической, электрической, электро-
магнитной, химической и т. д.
Предварительная обработка должна осуществляться с преоб-
ладанием того вида энергии, который является наиболее способ-
ствующим протеканию процесса деформации и разрушения мате-
риала при снятии припуска, а окончательная обработка — в ус-
ловиях формирования требуемых параметров качества поверх-
ностного слоя и выходных параметров изделия.
ГЛАВА 9
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ОПЕРАЦИИ
ДОВОДКИ ДЕТАЛЕЙ ПО ИХ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫМ
ХАРАКТЕРИСТИ КАМ
9.1. ДОВОДКА ПЛОСКОЙ ПОВЕРХНОСТИ ФРИКЦИОННОГО ДИСКА
При разработке технологического процесса изготовления пре-
цизионных деталей с применением доводочных операций следует
использовать следующие три принципа.
1. Создание эксплуатационной модели работы изделия (де-
тали), позволяющей выявить факторы, влияющие на эксплуата-
ционные характеристики поверхности и поверхностного слоя
детали, а также разработка требований к окончательным (финиш-
ным) операциям технологического процесса.
2. Построение технологических операций основано на прове-
дении физического и математического моделирования на ЭВМ
операций абразивной доводки при рассмотрении их взаимосвязей
между собой, а также со всеми предшествующими операциями
(разработка технологического процесса с учетом обеспечения ко-
нечных требований качества при проектировании предшеству-
ющих операций по требованиям последующих операций).
3. Осуществление синтеза технологического процесса по воз-
можным вариантам реализации операций на основе оптимального
сочетания существующих методов обработки и контроля или
создания принципиально новых методов обработки, инструментов
и оборудования, обеспечивающих требуемые параметры качества
изготовления изделия.
При данном подходе к проектированию технологического про-
цесса изготовления прецизионных деталей сокращают время на
разработку технологического процесса, трудоемкость его отладки
при обеспечении требуемой точности технологического процесса
(стабильности выходных характеристик технологического про-
цесса по отдельным операциям и конечным выходным параметрам
изделия). Проведение физического моделирования отдельных
операций технологического процесса позволяет получить для
ЭВМ банк данных по влиянию режимов обработки на параметры
качества поверхности и поверхностного слоя для различных
вариантов осуществления отдельных операций и их сочетаний.
Математические модели отдельных операций, задающие связь
выходных параметров и управляющих факторов процесса, позво-
ляют оптимизировать процесс с учетом многовариантности его
осуществления.
297
chipmaker.ru
Рассмотрим проектирование технологического процесса изго-
товления прецизионных деталей приборов по их эксплуатацион-
ным характеристикам на примере- разработки технологического
процесса изготовления фрикционных дисков из незакаленной
стали, к обработанным плоским поверхностям которых предъяв-
ляют специфические требования [12]. На рис. 9.1 представлен
фрикционный диск из стали У9 (НВ 197) электромагнитных муфт.
Разработка требований к доводочной операции. Параметры
качества поверхностей дисков должны удовлетворять следующим
техническим требованиям: допуск плоскостности 0,005 мм, допуск
параллельности плоскостей 0,002 мм, параметр шероховатости
поверхности Ra = 0,32 ... 0,25 мкм, относительная опорная
длина профиля <40 = 10 ... 30
и 4о = 80 ... 95 на двух уров-
нях сечения профиля неров-
ностей (р = 40 % и р = 80%
соответственно). Диски явля-
ются фрикционными элемен-
тами электромагнитных муфт,
которые широко применяют
в дистанционных системах упра-
вления.
Комплексным показателем
Рис. 9.1. Фрикционный диск из ста- качества является износостой-
кость контактирующих плоских
поверхностей дисков, которая
определяет технический ресурс работы муфты управления. Для
обеспечения требуемого технического ресурса работы изделия
необходимо одновременно обеспечить требуемые параметры шеро-
ховатости поверхности, точность формы поверхностей, а также
свойства поверхностного слоя.
Износостойкость обработанной поверхности может быть по-
вышена путем предварительного пластического деформирования
поверхностного слоя либо на этапе получения заготовки, либо
на этапе окончательной обработки. Положительное влияние пла-
стического деформирования поверхностного слоя на износостой-
кость контактирующих поверхностей деталей проявляется как
при трении со смазочным материалом, так и при трении без сма-
зочного материала, причем износостойкость поверхности, как
правило, повышается в 1,5—2 раза. Особенно большое влияние
повышения микротвердости поверхностного слоя на износостой-
кость наблюдается для пластичных и вязких сталей, для которых
даже незначительное повышение микротвердости приводит к зна-
чительному снижению износа.
В период начального износа высота микронеровностей умень-
шается на 65—75 %, что приводит к изменению эксплуатационных
показателей фрикционной передачи. Кроме этого, внешнее трение
может перейти во внутреннее, что приводит к задиру поверхно-
298
стей трения. Поэтому технические требования к качеству обра-
ботки поверхностей фрикционных дисков должны обеспечиваться
технологическими методами обработки: резанием с последующим
нанесением покрытия химическим способом. В этом случае упроч-
нение поверхностного слоя может быть создано следующими
последовательно осуществляемыми методами обработки:
прокаткой стальной ленты и штамповкой из нее заготовок для
фрикционных дисков;
доводкой поверхностей с целью получения заданной точности
формы и расположения поверхностей, а также необходимых свойств
поверхностного слоя;
хромированием поверхности с целью получения микротвердо-
сти 16—20 ГПа.
Хромирование позволяет повысить износостойкость поверх-
ностей деталей в 5—15 раз. Так как после хромирования толщина
слоя хрома на фрикционных дисках достигает 0,004—0,005 мм,
а микрорельеф хромированной поверхности и качество сцепления
слоя хрома с поверхностным слоем материала диска зависят от
размеров микронеровностей поверхности под покрытие, физико-
механических свойств поверхностного слоя, то наиболее эффек-
тивным методом подготовки поверхности под хромирование яв-
ляется доводка.
Сложность решения проблемы формообразования поверхностей
деталей из вязких металлов и сплавов состоит в необходимости
одновременного получения требуемой точности формы и размеров
обработанной поверхности, однородных шероховатости и свойств
поверхностного слоя по всей доведенной поверхности. Осуществ-
ление математического моделирования процесса формообразова-
ния обрабатываемой поверхности по шероховатости, точности
формы, размеров и физического моделирования процесса абразив-
ного изнашивания взаимодействующих твердых тел системы
заготовка—абразивная прослойка—притир является основой опти-
мизации процесса доводки фрикционных дисков для условий
серийного производства. Машинный анализ микрорельефа поверх-
ности, полученного на профилографе-профилометре с применением
программ, разработанных В. А. Валетовым, позволяет провести
как параметрическую, так и непараметрическую оценку шерохо-
ватости поверхности, тле. получить числовые значения пара-
метров Ra, Sm, tp, Rmax, v0, для ординат профилей, Afmaxjv,
vN, для углов наклона профилей, где v0 и vN, Хо и KN — коэф-
фициенты асимметрии и эксцесса, соответственно оценивающие
характер распределения отклонений ординат и тангенсов углов
наклона профилей.
Коэффициент асимметрии v является безразмерной величиной
и характеризует степень асимметрии (скошенности) кривой рас-
пределения относительно математического ожидания М |Х). При
одномодальном распределении асимметрия положительна (v >
> 0), если мода Мо (X) находится слева от среднего значения
299
chipmaker.ru
М {X} и отрицательна (v < 0), если мода Мо {X} находится
справа от среднего значения М{Х|. При этом модой Мо {X}
называют значение случайной величины, имеющей наибольшую
вероятность дискретной величины и наибольшую плотность вероят-
ности непрерывной величины. Коэффициент эксцесса X также
является безразмерной величиной и характеризует свойства остро-
вершинности или плосковершинности кривой распределения. При
симметричном одномодальном распределении эксцесс положи-
телен (X > 0), если кривая распределения островершинна, и
отрицателен (X < 0), если она плосковершинна. Эксцесс К = 0
при нормальном распределении.
Рис. 9.2. Профили микроиеровиостей поверхностей деталей, обрабо-
танных доводкой:
а оптимальный профиль; б — профиль с плоскими вершинами; в — зубча-
тый профиль
Из анализа технических требований к параметру tv следует,
что микрорельеф доведенной поверхности дисков из отожженной
стали У9 для фрикционного механизма должен иметь вид, пред-
ставленный на рис. 9.2, а. Такой профиль микронеровностей
после доводки наилучшим образом удовлетворяет требованию
сцепляемости при нанесении покрытия из хрома на поверхность
диска.
Особенности формирования требуемого микрорельефа поверх-
ности устанавливали исходя из условий доводки незакаленных
материалов на притирах, твердость которых значительно больше
твердости доводимых деталей.
В табл. 9.1 даны средние значения параметров шероховатости
трех деталей каждой из восьми исследованных партий деталей,
обработанных на различных режимах доводки на планетарном
станке К3840. Характер распределения отклонений профилей
поверхностей деталей указанных партий деталей не одинаков
и отличается от нормального. Для оценки микрорельефа обра-
ботанной поверхности использована относительная опорная длина
профиля на уровне р, равном 40 и 80 %.
Представленные на рис. 9.3 опорные кривые, являющиеся
функциями /р от р характеризуют структуру неровностей деталей,
300
9.1. Средние значения параметров шероховатости Ra, Sm и характеристики распределения
неровностей R max, v0; Ке, R тахд/, Vn, Kn, ti0, по трем измеренным профилям
поверхностей дисков из отожженной стали У9, обработанных иа разных режимах
301
обработанных на указанных в табл. 9.1 режимах и закономерности
нарастания площади опоры в выбранном сечении при сближении
абсолютно гладкого тела с поверхностями,- имеющими неровности.
Заштрихованная область А представляет зону значений /р, соот-
ветствующих техническим требованиям. Технические требования
к параметру /р выполняются при следующих режимах доводки:
v = 0,3 м/с, t = 20 мин, р = 60 кПа; v = 1,3 м/с, t = 10 мин,
р = 100 кПа; v = 0,9 м/с, / = 10 мин, р = 100 кПа.
Р,%
Непараметрический метод оценки микрогеометрии показывает
возможность технического управления микрорельефом поверхно-
сти при доводке свободным абразивом, а значит возможность ее
оптимизации для конкретного эксплуатационного свойства по-
верхности.
Относительная опорная длина профиля /р характеризует
лишь единичное значение опорной кривой на одном уровне, т. е.
при единичном значении аргумента р. Единичные значения для
различных поверхностей также могут совпадать при существенно
отличающихся друг от друга опорных кривых, следовательно, и
разных видах микронеровностей профилей поверхностей.
Изменение стандартных параметров шероховатости (осо-
бенно Ra) при изменении режимов обработки незначительно (см.
табл. 9.1). Это может привести к ошибочному выводу об отсутствии
влияния рабочего давления р, скорости относительного движения
детали по притиру v, времени доводки t на формирование оконча-
тельного микрорельефа доведенной поверхности.
302
Однако рассмотрение более информативных непараметрических
критериев (гистограмм плотностей распределения ординат и ги-
стограмм плотностей распределения тангенсов углов наклона)
показывает существенное различие микрогеометрии при различных
значениях режимов доводки.
Из анализа графиков плотности распределения ординат про-
филя деталей, обработанных на различных режимах, следует, что
профили в основном получаются двух видов: с плоскими верши-
нами (см. рис. 9.2, б) при смещении оси симметрии гистограмм
при одномодальном распределении вправо от оси и в виде зубчи-
ков (рис. 9.2, в) при двухмодальном распределении и симметрич-
ном расположении гистограмм распределения ординат профиля
относительно оси Y. Профили с плоскими вершинами получаются
при доводке на режимах /, 4, 8 (см. табл. 9.1). Образование такого
профиля на режиме 1, т. е. при рабочем давлении р = 100 кПа,
скорости относительного движения детали по притиру v = 1,3 м/с
и времени доводки t = 20 мин, можно объяснить большой дроби-
мостью абразивных зерен при больших рабочем давлении р и
скорости v, сопровождаемой одновременно выбрасыванием абра-
зивной суспензии из зоны обработки. При доводке с рабочим
давлением р = 60 кПа и скоростью v — 0,9 м/с при t = 20 мин
(режим 4) вначале образуется зубчатый профиль (рис. 9.2, в)
от крупных зерен абразива, а затем по мере размельчения абра-
зива происходит сглаживание зубчиков и переход к плосковер-
шинному профилю (рис. 9.2, б). Аналогичная картина получается
при обработке на режиме 8 с теми же значениями факторов р и v,
но при t = 10 мин. По-видимому, этого времени достаточно для
размельчения зерен абразива, что также подтверждается экспери-
ментальными данными при физическом моделировании, свидетель-
ствующими о прекращении съема материала детали при доводке
свыше 10 мин с разовой подачей абразива [6].
Зубчатый профиль получается при доводке на режимах 2, 3,
6 и 7. Качественно картина образования микрорельефа доведен-
ных поверхностей остается неизменной при времени доводки
свыше 10 мин. Зубчатый профиль образуется при рабочем давле-
нии р = 100 кПа и малой скорости относительного движения
детали по притиру v = 0,9 м/с (режимы 3 и 7), малом давлении
р = 60 кПа и большой скорости v = 1,3 м/с (режимы 12 и 6).
Очевидно, технологически такой профиль получается в основном
при работе зерен в условиях перекатывания, т. е. при постоянстве
свойств абразивной прослойки в процессе доводки.
Для оценки углов у основания зубчиков рассмотрены плот-
ности распределения тангенсов углов наклона неровностей. Так
как зубчатый профиль (рис. 9.2, в) более близок к оптимальному
(рис. 9.2, а), чем профиль с плоскими вершинами (рис. 9.2, б),
то по данному критерию предпочтительными являются режимы 3,
5, 6 и 7. Из указанных режимов техническим условиям удовлетво-
ряют режимы 6 и 7. Результаты экспериментальных исследований
303
r. ru
подтверждают, что при переходе от режима 7 (р — 100 кПа,
v = 0,9 м/с) на режим 6 (р = 60 кПа, v = 1,3 м/с) в течение
10 мин вид образующихся при доводке неровностей не изме-
няется.
Таким образом, непараметрический метод оценки микрогео-
метрии подтверждает возможность технологического управления
микрорельефом поверхности при доводке свободным абразивом,
а следовательно, ее оптимизации для достижения требуемого
эксплуатационного свойства поверхности.
Физическое и математическое моделирование доводочной опе-
рации. Физическое моделирование осуществляли с целью набора
технологических, кинематических и динамических факторов про-
цесса доводки заготовок фрикционных дисков (сталь У9).
Выбор материала притира. Для доводки деталей из вязких
металлов и сплавов с Ra = 0,16 ... 0,04 мкм рекомендуются при-
тиры, обладающие высокой сопротивляемостью изнашиванию и
позволяющие обрабатывать заготовку при постоянстве схемы воз-
действия абразивных зерен на обрабатываемую поверхность и без
внедрения зерен в поверхностный слой детали. Это достигается
в условиях прерывистого контакта абразивных зерен с материалом
притира и заготовки, возникающего при перекатывании зерен
в вязкой рабочей жидкости, находящейся в зазоре между прити-
ром и заготовкой.
В качестве материала притира были испытаны серый чугун
(НВ140), стекло К8, ситалл. Средний износ притира из стекла
в 2 раза больше, чем износ притира из чугуна. Стекло (ситалл)
в основном изнашивается при работе зерен в условиях прерыви-
стого контакта с образованием микровыколов на поверхности
притира, а износ чугунного притира происходит как при микро-
выкалывании, так и при микрорезании. Абразивные зерна интен-
сивно шаржируются в рабочую поверхность чугунного притира,
уменьшают его износ по сравнению с износом стеклянного при-
тира. Отсутствие шаржирования абразивных зерен в стеклянный
(ситалловый) притир практически исключает образование грубых
царапин на обработанной поверхности детали из вязких металлов
и обеспечивает стабильное получение однородной кратерообраз-
ной (матовой) обработанной поверхности. Электронно-микроско-
пическое исследование обработанных поверхностей подтверждает
различный характер механизмов взаимодействия абразивных зерен
с чугуном и стеклом (ситаллом).
Выбор скорости относительного движения и. Моделирование
осуществляли при постоянной v = const = 0,12 ... 2,7 м/с и пере-
менной v = var = 0,22 ... 2,36 м/с скорости. Установлено, что
интенсивность изнашивания хрупкого материала притира (стекла)
на режимах v = const и и = var практически одинакова, в то
время как для пластичного материала образца (сталь У9) интен-
сивность изнашивания Ко на режимах v = var в целом меньше,
чем на режимах v = const. В первой серии опытов v изменяли
304
от 0,25 до 1,3 м/с, во второй серии опытов v изменяли от 0,9 до
1,3' м/с.
Выбор состава абразивной суспензии. Состав абразивной су-
спензии выбрали исходя из технических требований к поверхно-
сти детали: абразив 24А, зернистость М28, рабочая жидкость —
керосин (первая серия опытов), дизельное масло (вторая серия
опытов). Повышение демпфирующих свойств рабочей жидкости
.может быть достигнуто путем введения вязких добавок — веретен-
ного, дизельного или других масел (с вязкостью °ЕМ = 3 ... 4).
Выбор давления. Доводку вязких металлов осуществляют при
р — 15 ... 140 кПа при соотношении твердой и жидкой составля-
ющих фаз абразивной суспензии а = Т : Ж, от 1 : 10 до 17 : 20
яри содержании керосина (дизельного масла) р от 5 до 15 %.
Установление времени доводки. Время доводки t изменяли от
5 до 20 мин. Физическое моделирование процесса доводки осу-
ществляли в соответствии с полным факторным экспериментом.
Выбор основного уровня факторов. Для первой серии опытов:
фактор Xi — давление р = 50 кПа; фактор х2 — скорость отно-
сительного движения образца по притиру v = 0,5 м/с; фактор
х3 — соотношения твердой и жидкой фаз абразивной суспензии
1 : 3; фактор х4 — содержание керосина в жидкой фазе суспензии
Р = 10 %; фактор хъ — время доводки t = 10 мин.
Для второй серии опытов: давление р = 80 кПа; скорость
v = 1,1 м/с; время доводки t = 15 мин; факторы а и р не изме-
няли (а = 7 : 15 и 0 = 15 %).
Установление показателей процесса доводки. В качестве целе-
вых функций были взяты: уХ1 — суммарный съем материала
образца, мг/см2; у12 — минутный съем ‘материала образца,
мг/(см2-мин); yl3 = Ra — среднее арифметическое отклонение про-
филя микронеровностей.
Рассчитывали дисперсию воспроизводимости S2 \у} , диспер-
сию и квадратичную ошибку коэффициентов регрессии S2
и S \bj], доверительный интервал для каждого из выходных
показателей. Учитывали значения значимых коэффициентов ре-
грессии. Адекватность полученных моделей проверяли по крите-
рию Фишера.
Уравнения целевых функций, полученные по результатам пол-
ного факторного эксперимента:
для минутного съема материала образца
у12 = 1,7 + 0,74л-! + 0,27хг + 0,11х4 — 0,409х6 +
+ 0,101Х1Л-2 — 0,277л'1Х5 — 0,102х2х3 +
+ 0,108х2х4 + 0,112х3х4 — 0,167х4х5; (9.1)
для среднего арифметического отклонения неровностей про-
филя
у13 — 0,286 — 0,029xi — 0,02х2 — 0,028хБ —
— 0,03xiX6 — 0,031хзХ4. (9.2)
305
chipmaker.ru
Как видно из уравнения (9.1), повышению минутной произво-
дительности у12 (</) способствует увеличение давления р (хг),
скорости v (х2) верхнего притира и концентрации керосина в жид-
кой фазе суспензии р (х3), а увеличение времени обработки t (хБ)
приводит к снижению у12 (q).
Увеличение у12 с ростом р связано с повышением количества
абразивных зерен, входящих в контакт с поверхностями притира
и заготовки и удаляющих материал, с уменьшением контактных
нагрузок, приходящихся на каждое «работающее» зерно. Этим
обстоятельством объясняется снижение шероховатости поверх-
ности (х/13), связанное с уменьшением глубины внедрения абразив-
ных зерен.
С ростом скорости v увеличивается путь, проходимый заго-
товкой по рабочей поверхности притира в единицу времени, а сле-
довательно, повышается минутная производительность у12, причем
более интенсивно при повышении концентрации керосина, что
подтверждается наличием значимого взаимодействия факторов %iX4.
Повышение содержания керосина в составе суспензии приводит
к уменьшению толщины рабочей жидкости в зоне контакта заго-
товка — притир, что увеличивает режущую способность абразив-
ных зерен при непрерывной подаче суспензии.
Наличие значимого взаимодействия факторов х2хБ с отрица-
тельным знаком свидетельствует об одновременном протекании
другого процесса: с ростом скорости v интенсифицируется сбрасы-
вание абразивной суспензии заготовками с поверхности притира.
Для второй серии опытов (в качестве рабочей жидкости приме-
няли дизельное масло с подачей 30 капель в минуту). Планирова-
ние эксперимента дало следующее уравнение целевой функции —
минутного съема материала образца:
<7 = 9,243 — 0,0264р — 0,0284и — 0,30 И +
+ 0,002 Ipv + 0,0078trf.
Оптимизация факторов процесса доводки. Припуск под до-
водку определяют исходя из допуска плоскостности (Дпл —
= 0,005 мм) обработанных поверхностей фрикционных дисков из
стали У9 и составляет по 15 мкм на сторону, а номинальное ма-
шинное время Т — 10 мин в существующем технологическом про-
цессе в условиях серийного производства (фрикционные диски
доводили на станке ЗБ814).
Полученные ранее данные физического моделировании про-
цесса доводки дисков были использованы для оптимизация про-
цесса доводки на двухдисковом планетарном доводочном станке
К3840, в кинематической схеме которого заложен принцип раз-
грузки сепараторов. В качестве материала притиров было взято
оптическое стекло К8 кольцевой формы с наружным диаметром
410 мм и внутренним 265 мм. Детали размещали в отверстиях
сепараторов таким образом, что в процессе доводки обеспечивался
306
периодический их выход за края притиров. Режимы доводки опре-
деляли по данным физического и математического моделирования,
исходя из обеспечения требуемых параметров шероховатости по-
верхности: Ra 0,32 мкм; ti0 = 10 ... 30, tso = 80 ... 95 и точ-
ности формы поверхностей: отклонение от плоскостности 0,005 мм;
отклонение от параллельности поверхностей 0,002 мм, а также
получения однородного поверхностного слоя с отсутствием мик-
ротрещин разрушения. Точность формы и размеров доведенных
поверхностей обеспечивали путем оптимизации кинематических
и геометрических факторов процесса доводки, исходя из сохра-
нения плоскостности рабочей поверхности притира.
Оптимизация кинематических и геометрических факторов про-
цесса формообразования плоских поверхностей детали сводится
к отысканию математическими методами комбинаций значений
факторов процесса, соответствующих целевому критерию 112].
Оптимизация процесса абразивной доводки в настоящее время
осуществляется с использованием статистических моделей, уста-
навливающих связь между выходными показателями процесса
и факторами, в которых выходные показатели и факторы процесса
являются функциями времени.
Рассмотрим оптимизацию процесса формообразования поверх-
ностей заготовок и притира при доводке как решение экстремаль-
ной задачи с ограничениями по значениям отклонений формы по-
верхностей притира и заготовки. Параметрами оптимизации в дан-
ном случае будут геометрические и кинематические факторы про-
цесса доводки.
Выбор метода оптимизации определяется возможностями вы:
числения целевой функции, диапазонами изменения параметров
оптимизации и возможностью применения ЭВМ.
Наиболее простым является метод полного перебора. Этот
метод наиболее трудоемкий по объему вычислений, что вызывает
необходимость применения ЭВМ. Суть этого метода можно пояс-
нить алгоритмом, представленным на рис. 9.4.
Вначале в соответствии с оператором «Ввод ИД» в ЭВМ вво-
дятся исходные данные, представляющие собой значения кине-
матических и геометрических параметров исполнительного ме-
ханизма станка в виде п одномерных массивов, причем п — общее
количество кинематических и геометрических параметров ис-
полнительного механизма станка. Число элементов I указанных
одномерных массивов зависит от мощности имеющейся ЭВМ и
представляет собой число точек, делящих диапазон изменения
каждого из параметров исполнительного механизма на равные
участки.
Далее организуются циклы, обеспечивающие п‘ сочетаний
параметров механизма станка, и для каждого из сочетаний опре-
деляются длины траекторий контакта точек притира по заготовке
и соответствующие им значения износа притира в радиальном
сечении. Полученные значения прогнозируемых отклонений от
307
плоскостности Atj притира по каждому из критериев заносятся
в массив ||А||М, где М = и!.
После выполнения п! циклов расчетов на ЭВМ массив пол-
ностью определен. Затем путем перебора определяем элемент
Определение
in = min\\A;j\\
Г9------------
Определение кинематических
и геометрических параметров
ИМ, соответствующих Лп
-10----------1------------
\ Печать оптимальных значений
кинематических и геометри -
1— ----- параметров
Останов )
Рис. 9.4. Алгоритм опре-
деления оптимального соче-
тания кинематических и гео-
метрических параметров ис-
полнительного механизма
(ИМ) доводочного станка
массива, имеющий минимальное зна-
чение, соответствующее Ап = min || Аг>||.
По индексам i и / элемента Ап легко
найти сочетание кинематических и гео-
метрических параметров исполнитель-
ного механизма станка, обеспечивающих
минимальное отклонение от плоско-
стности рабочей поверхности притира.
Износ центра рассматриваемой эле-
ментарной площадки рабочей поверх-
ности притира
i
U = S*cp J v(t)dt, (9.3)
'«-i
где /Сср — усредненное значение интен-
сивности изнашивания материала при-
тира, определяемое по данным физиче-
ского моделирования процесса абразив-
ного изнашивания; v — скорость от-
носительного движения центра элемен-
тарной площадки притира по заготовке;
q — число контактов центра элементар-
ной площадки поверхности притира
с заготовками за один кинематический
цикл; tq_lt tg — соответственно время
начала и конца очередного контакта
точки поверхности притира с заго-
товкой.
Усредненная интенсивность изнаши-
вания материала Кср является слож-
ной функцией многих факторов про-
цесса доводки, изменяющихся во вре-
мени. Тогда оптимизация по параметру
износа поверхности притира может
осуществляться на этапах проекти-
рования наладки доводочного станка
путем выбора и расчета кинематиче-
ских и геометрических параметров
исполнительного механизма доводоч-
ного станка; эксплуатации станка путем экспериментальной
проверки правильности выбора кинематических режимов доводки
заготовок, оптимального заполнения сепараторов заготовками,
последовательности замены сепараторов.
308
Оба этапа оптимизации осуществляют с применением прогно-
зирующей математической модели износа точек профиля поверх-
ности притира вида (9.3) с той лишь разницей, что на этапе про-
ектирования наладки доводочного станка число варьируемых
факторов больше, чем при оптимизации формы поверхности при-
тира в процессе эксплуатации станка.
Путем анализа кривых профиля изношенной поверхности при-
тира, рассчитанных по формуле (9.3), установлено, что многооб-
разие профилей изнашиваемой поверхности притира можно ус-
ловно разделить на два вида: с преимущественным износом к цент-
ру и к периферии.
Расчетные кривые изношенной поверхности притира за один
кинематический цикл могут быть описаны с помощью одномер-
ного массива U =||«inll» где Uiu —износ центра элементарной
площадки поверхности притира в радиальном сечении. Для опти-
мизации факторов процесса доводки заготовок по расчетной форме
профиля поверхности притира, имеющего два максимальных зна-
чения U (табл. 9.2) предлагаем использовать следующие критерии
оптимизации.
9.2. Критерии оценки формы изношенной поверхности притира
Отклонение Д
Эскиз
Применение
min [max (и (Л\) U и (ЛУ) —
— и (Na)] при
6 = max (Nt — NJ > N/2
При экс-
плуатации
станка
При про-
ектирова-
нии
наладки
стайка
Критерий 1. Разность максимального износа точки поверх-
ности притира и минимального износа точки притира, находя-
щейся в пределах ширины притира, между точками с максималь-
309
Рис. 9.5. Алгоритм оптимизации
по разности максимального и
минимального износов точек про-
филя поверхности притира
ними значениями износа.
На рис. 9.5 представлен алго-
ритм расчета данного крите-
рия. Вначале согласно алго-
ритму массив прогнозируе-
мой формы профиля поверх-
ности притира переписываем
в виде двух подмассивов
и ^2 = II «т II- За-
тем находим точки А\ и N2
профиля с максимальными
значениями износа для каж-
дого из двух участков ра-
диального сечения притира,
т. е.
u (MJ = max (uh);
и (N2) = max (um).
Далее в интервале [Afj,
N2 ] массива U находим точку
профиля, имеющую мини-
мальное значение износа
(табл. 9.2). Таким образом,
критерий 1 записываем в
виде выражения
А = min (max (и (Л\) (J
I) и (NJ) - и (Na)].
Данный критерий имеет смысл, если точки N2 и N2 профиля
находятся на достаточном расстоянии друг от друга. Для право-
мочности оптимизации по критерию 1 предусмотрено ограничение
6 = max (М3 — NJ N/2.
Преимущество критерия / заключается в том, что он учиты-
вает перепад высоты профиля поверхности притиров, а также в про-
стоте расчета.
Критерий 2. Среднее квадратичное отклонение точек про-
филя поверхности притира.
Основными преимуществами критерия являются простота опти-
мизации и возможность использования его для расчетов при на-
личии ЭВМ малой мощности. Однако этот критерий имеет недо-
статки, связанные с тем, что не учитываются точки профиля,
не попавшие в интервал [Л\, Nt 1 между экстремальными, кроме
310
того критерий отражает неполную картину направленности рас-
четного профиля изношенной поверхности притира.
Основываясь на том, что соседние точки профиля поверх-
ности притира не могут иметь в значительной степени различаю-
щиеся длины пути траектории относительного движения точек
поверхности притира по заготовкам (в точках притира, имеющих
контакт с заготовками), можно использовать в качестве критерия
значение среднего квадратичного отклонения точек профиля по-
верхности притира. Этот критерий, в отличие от критерия 1,
учитывает все точки профиля и позволяет более реально охарак-
теризовать профиль притира.
Для расчета данного крите-
рия необходимо определить ма-
тематическое ожидание ординаты
профиля поверхности притира:
где п — число взятых точек про-
филя притира, лежащих на окруж-
ности радиусом Rt поверхности
притира (в радиальном сечении).
Тогда среднее квадратичное от-
клонение профиля поверхности
притира
Отсюда значение искомого па-
раметра
Д = min С2.
Рис. 9.6. Алгоритм оптимизации
по среднему квадратичному откло-
нению точек расчетного профиля
поверхности притира
Структурная схема алгоритма вычисления среднего квадратич-
ного отклонения показана на рис. 9.6.
Задача оптимизации кинематических и геометрических пара-
метров исполнительного механизма доводочного станка возни-
кает в связи с оптимизацией формы рабочей поверхности при-
тиров, так как величины, входящие в уравнение (9.3), прогно-
зирующей модели износа поверхности притира являются функ-
цией кинематических параметров исполнительного механизма
станка (соотношения угловых скоростей и линейных размеров
звеньев исполнительного механизма) и геометрических пара-
метров (относительного расположения осей притира, сепаратора
и заготовок в сепараторе).
Форму профиля поверхности притира рассчитывают в соот-
ветствии с кинематической схемой рассматриваемого станка.
Остановимся на расчете длин траекторий точек притира по за-
готовке (заготовкам) для двухдискового планетарного станка
311
chipmaker.ru
К3840. Расчетная векторная схема исполнительного механизма
планетарного двухдискового доводочного станка приведена на
рис. 3.8. Расчет формы профиля поверхности притира производят
по методу «обращенного движения».
Расчетная векторная схема планетарного исполнительного
механизма данного станка характеризуется следующими парамет-
рами: гС1, гС2 — наружный и внутренний радиусы кольцевой зоны
в сепараторе, где расположены детали; <о4 — угловая скорость
нижнего или верхнего притира; <о2 — угловая скорость сепара-
тора с деталями.
Параметры векторной схемы: гв — радиус-вектор условного
водила станка; RT — радиус-вектор произвольно выбранной
точки Mi центра элементарной площадки притира 4, движение
которой по поверхности детали 5 изучается.
Траектория точки Mit лежащей на окружности радиусом
поверхности притира, относительно поверхности условного коль-
ца, заполненного деталями, может быть представлена как траек-
тория, описываемая концом результирующего радиуса-вектора
Рм^
Рм = г-в Rt-
При расчетной остановке сепаратора с деталями параметры
векторной схемы имеют следующие значения:
е)в2 ^2 > ^42 = ^4 ^2 •
Время цикла движения точек поверхности нижнего притира
по условному кольцу, заполненному деталями,
2зт/<о4в,
ГДе ^42 ^В2 == ^4 •
В декартовой системе координат с началом отсчета в точке О —
центре вращения водила — параметрическое уравнение траекто-
рии движения точки Mt поверхности притира по условному
кольцу, заполненному заготовками, имеет вид
Хм = гв cos срв2 -I cos <р42;
Ум = rB sin <рв2 + AJTsin <р42, (9.4)
где <рва = (0в2/ и q>42 = со42/ — для нижнего притира.
Длину L траектории точки Mt поверхности притира по услов-
ной заготовке в виде кольца, заполненного заготовками, задают
уравнением (3.4) за время цикла и определяют по формуле (3.5).
Пределы интегрирования /н и tK при расчете длины LM тра-
ектории точки М поверхности нижнего или верхнего притира по
условной заготовке в виде кольца за время цикла определяют
по табл. 3.1 в зависимости от параметров расчетной векторной схе-
мы станка. На рис. 9.7 приведен алгоритм расчета длины траек-
312
тории точки поверхности притира по условной заготовке, состав-
ленный согласно расчетной векторной схеме для планетарного
исполнительного механизма станка.
Оптимизация процесса формирования требуемых свойств по-
верхностного слоя осуществляется исходя из следующей модели
Начало
ЛИ;
Аг(гсггГв-^/^в^',А2Чгсг-г^
-R^/ZrtRu-,
Г=(гг6швг RTK (швг^^чв))/^2-,
; $,п= (Кт.-гь)
Рис. 9.7. Алгоритм расчета длины траектории L точки поверхности притира
по условной заготовке для планетарной схемы исполнительного механизма станка
---------------
LK =a”f
Ь
Лист 002
Листов 002
состояния материала поверхностного слоя. Оценку состояния и
физико-механических свойств поверхностного слоя деталей после
механической обработки можно проводить, например, по работе
выхода (электрона) <р, которая пропорциональна дефектности
(степени нарушений), величине пластической деформации матери-
ала поверхностного слоя детали <р = сН, где с — коэффициент
пропорциональности (определяют экспериментально); Н — мик-
ротвердость поверхностного слоя материала детали.
313
В общем случае <р = f (Н) — нелинейная зависимость. Из-
менение состояния поверхностного слоя по глубине h описывается
дифференциальным уравнением вида
^ = _Л(Я-Д0),
где h — расстояние от поверхности образца до рассматриваемого
уровня поверхностного слоя; k — коэффициент пропорциональ-
ности; Н — микротвердость обработанного образца или обрабо-
танной поверхности детали, например для доводки при заданном
уровне давления р, скорости v и других факторов процесса об-
работки; Но — микротвердость поверхностного слоя эталонного
образца (отожженного).
При h = О Н = Нг — это начальное условие для решения
дифференциального уравнения. Данное дифференциальное урав-
нение — линейное, с разделяющимися переменными, имеет точ-
ное решение, так как относится к классу интегрируемых урав-
нений. Найдем решение дифференциального уравнения, т. е.
частное решение, удовлетворяющее заданным начальным усло-
виям:
dH
Н-Но
— — k dh, интегрируя, получим:
1п|я-н0| = —лл + 1п|С|;
Н — Нв —kh
С —е •
И окончательно получим общее решение в виде Н — Но = Ce~kh.
Воспользуемся начальными условиями: ft = /^ = 0; Н =
(исходная поверхность детали) или Н(Оу =Н\. Получим частное
решение в виде Ht — Но = Ce~kh, откуда С = Нг — Но и част-
ное решение имеет вид Н = Но ф- (Дг — Но) e~kh, т. е. Н (h) = Доф-
+ (Нг — Д0)е~*К
Коэффициент k может быть найден следующим образом.
Если использовать полученное ранее решение и известные зна-
чения, например Н2 и h^, то
Н (Л) = Но ф- (Н1 - До) е-**;
Н2 = Но ф- (Н, - Но)
или Н2 - Но = (Н1 - Но) (е-4)'*.; (е-*)*. = (Н2 - Н0)/(Нг -
- До), т. е. efc = [(Д2 - ДО)/(ДХ - До) ]*/*..
314
И действительно, с учетом найденного коэффициента
можно решение дифференциального уравнения записать в следую-
щем виде:
Н (h) = Но + (Нх - Но) ,
т. е. функция Н является только функцией h : Н = Н (h), при-
чем Но, Hlt Н2 — экспериментально найденные значения микро-
твердости, a h2 — глубина поверхностного слоя, при котором Н =
Рис, 9.8. Схема определения припуска под окончательную до-
водку в зависимости от закона изменения микротвердости Нр
по глубине нарушенного слоя, получаемого после предваритель-
ной (а) и окончательной (б) доводки
Толщину z снимаемого слоя на переходе окончательной до-
водки поверхности заготовки (режим 2), проводимой после пред-
варительного перехода (режим /), определяют по экспоненциаль-
ным зависимостям Hi = Д (/г) и Н2 = f2 (h). Доводку на режимах
1 и 2 осуществляют при р\, t>i, а] и рг, Пг, ^2 соответственно, ис-
ходя из условия получения требуемой зависимости изменения
микротвердости по глубине поверхностного слоя обработанной
детали Н (h) = Н2 (й) (рис. 9.8). Тогда припуск под окончатель-
ную доводку z = Zj + Az, где zx — припуск, снимаемый с целью
обеспечения требуемого значения микротвердости на поверх-
ности обработанной заготовки; Az — припуск, снимаемый с це-
лью обеспечения заданного закона распределения микротвердо-
сти по глубине поверхностного слоя. Снимаемым припускам
zlt Az и z соответствует продолжительность обработки 7\, АГ и Г.
Для заготовки, имеющей распределение микротвердости по-
верхностного слоя после обработки на предварительных режимах
Hi = fi (h), величина снимаемого слоя на окончательном переходе
будет равна z'. Представленная схема является графической ил-
люстрацией определения припуска под обработку. С ее помощью
315
нельзя объяснить влияния на свойства поверхностного слоя, фор-
мируемые на этапе окончательной доводки (режим 2), наличия
дефектов, например микротрещин разрушения, скоплений дис-
локаций и т. д., при различных уровнях факторов процесса до-
водки при обработке на режимах 1 и 2 давления р, скорости v
и ускорения ах относительного движения заготовки по притиру.
Результаты проведенной оптимизации выбора режимов доводки
фрикционных дисков позволили получить требуемые параметры
качества обработки (см. рис. 9.1) и требуемый закон распреде-
ления микротвердости Н по глубине h (рис. 9 9): режим доводки 1
обеспечивает незначительное повышение микротвердости Н на
поверхности по сравнению с микротвердостью исходного мате-
риала.
Рис. 9.9. Зависимость микротвер-
дости Нр при нагрузке Рн = 0,49 Н
от глубины травления Дтр образцов
из отожженной стали У9А при до-
водке на стеклянном притире абра-
зивной суспензией на основе
24АМ28 при р = 80 кПа, v =
= 0,8 м/с:
1 — Т : Ж = 17 : 20; 2 — Т : Ж =
= 1:10
Таким образом, если процесс доводки заготовок осуществ-
лять за одну операцию без смены зернистости применяемого
абразива в два перехода при двух уровнях кинематических и
динамических факторов процесса доводки, то следует руководст-
воваться выбором этих факторов по способу доводки поверхно-
стей с циклическим изменением указанных факторов — давления
р, скорости v и ускорения ах относительного движения заготовки
по притиру.
По изложенной методике был спроектирован технологиче-
ский процесс обработки лагунного корпуса индуктивного датчика
с хромовым покрытием для условий мелкосерийного производ-
ства. На основе физического и математического моделирования
процесса доводки были установлены оптимальные режимы дву-
сторонней доводки плоских поверхностей корпуса с получением
отклонения от плоскостности в пределах 0,005 мм, отклонения от
параллельности плоскостей в пределах 0,002 мм, параметра шеро-
ховатости поверхности Ra = 0,32 ... 0,16 мкм. Доводку осущест-
вляли на стеклянных притирах на планетарном станке К3840.
9.2. МЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА МАГНИТНОГО ДИСКА
ПАМЯТИ ЭВМ
Разработка требований к операциям механической обработки.
Наибольшее распространение для оперативной и надежной реги-
страции, хранения и передачи информации в ЭВМ получают на-
316
копители на магнитных дисках (НМД). Технические характери-
стики и надежность НМД в значительной степени зависят от точ-
ности изготовления носителей магнитного покрытия (основы
магнитных дисков (ОМД) и параметров качества обработки по-
крытия.
Основные направления создания НМД связаны с уменьшением
времени регистрации и получения информации при увеличении
плотности ее записи на магнитный носитель. Надежность работы
НМД во многом определяется устойчивостью зазора между враща-
ющимся магнитным диском (МД) и плавающим элементом маг-
нитной головки (ПЭМГ), так как от величины зазора зависят
электромагнитные параметры системы магнитоноситель — маг-
нитная головка, а его стабильность определяет качество записи
и воспроизведения информации.
Тенденция возрастания плотности записи в современных
НМД связана с уменьшением зазора ПЭМГ—МД и увеличением
его стабильности. Это значительно ужесточает требование к дина-
мическому параметру Qr точности торцовой поверхности диска —
«ускорению осевого биения», контролируемому при вращении
диска с частотой 3600 мин-1, равной эксплуатационной. Данный
контроль предназначен для оценки нестабильности зазора
ПЭМГ — МД, а' значит и сигналов записи — воспроизведения,
вызванной локальными отклонениями профиля поверхности ди-
ска. Так, для НМД емкостью 317,5 Мбайт, в которых зазор со-
ставляет 0,5 мкм, при толщине магнитного слоя порядка I мкм
для нормальной эксплуатации накопителя необходимо, чтобы
осевое биение и отклонение от плоскостности его поверхности не
превышало 50 мкм.
При изготовлении ОМД известны методы механической абра-
зивной обработки его поверхности — доводка, шлифование с по-
следующим полированием, которые наряду с токарной обработкой
алмазными резцами являются наиболее конкурентоспособными и
приемлемыми в условиях серийного производства дисков.
В отечественном производстве ОМД применяют технологиче-
ский процесс обработки их торцовых поверхностей, включающий
операции терморихтования и алмазного точения. Анализ данной
схемы показал, что ее недостатком является необоснованный пере-
нос требований обеспечения динамического параметра точности
на окончательную операцию — чистовое алмазное точение.
Проектирование оптимального с точки зрения обеспечения
динамических параметров точности технологического процесса
можно осуществить на основе построения физических и математи-
ческих моделей операций, анализа процесса формирования дина-
мических параметров точности торцовых поверхностей ОМД
при различных методах их обработки и рационального распреде-
ления требований по операциям. При этом оценку технологиче-
ских возможностей различных методов обработки необходимо
проводить на основе разработки математических моделей описа-
317
chipmaker.ru
ния параметров качества обработки ОМД и их изменений, отража-
ющих закономерности процесса формирования микро- и макро-
геометрии их поверхностей с учетом влияния на эксплуатацион-
ные параметры МД.
На основе анализа эксплуатационных параметров дисков раз-
работана математическая модель описания динамических пара-
метров поверхности ОМД их амплитудным спектром Сп вдоль
замкнутой линии окружного профиля поверхности и ее отдельных
участков при разложении исследуемой функции динамического
параметра в ряд Фурье:
N
Сг(х) = ф + 2сп51п(^ + ап),
Л=1
где Qr (х) — периодическая функция аргумента х с периодом
первой гармоники Т = 21.
Данная модель описания динамического параметра Qr (х)
взята за основу при проектировании технологического процесса
на основе исследования процесса формирования динамического
параметра Q, торцовой поверхности ОМД при данном способе ее
обработки на каждой i-й операции.
Оценка изменения динамического параметра поверхности,
представленного спектром амплитуд по окружному профилю ее
поверхности, может быть проведена по коэффициентам наследо-
вания:
Яп(п) = Да«
Сп
и формирования Dn составляющих спектра параметра по данной
операции:
Dn = C'+1 - С'cos 4,
где С1,, и C‘n+t — максимальные амплитуды параметра Qr (х)
участков профиля поверхности диска соответственно до и после
обработки; Д«„ = '* — а‘п — сдвиг фазы; п — номер гармо-
ники спектра отклонений от плоскостности поверхности диска
вдоль замкнутой линии окружного профиля поверхности (напри-
мер, в рассмотренных технологических процессах и= 1,2, 3, ..., 50).
Ферролаковое покрытие магнитного диска должно иметь
толщину 1,0—1,5 мкм с равномерным увеличением ее от центра
к периферии диска и параметр шероховатости поверхности Ra
0,025 мкм. Заданный линейный закон распределения толщины
зависит от эксплуатационных характеристик магнитного диска.
Разработка операции обработки основы магнитного диска.
Указанные характеристики изменения спектральных параметров
профиля поверхности легли в основу технологических исследо-
ваний при определении закономерностей формирования динами-
318
ческих параметров поверхности ОМД на отдельных операциях
технологического процесса.
Разработанные алгоритм и рабочая программа расчета спект-
ральных и корреляционных характеристик исследуемого пара-
метра, а также коэффициентов /Сп и составляющих спектра Dn
вдоль замкнутой линии профиля в цилиндрическом сечении ее
поверхности и для отдельных участков позволили комплексно
проанализировать формирование динамических параметров по-
верхности при обработке и оценить на первом этапе технологиче-
ские возможности алмазно-токарной обработки и терморихтова-
ния по обеспечению точности торцовых поверхностей ОМД.
В соответствии с изложенными выше принципами проектиро-
вания технологических процессов проведен анализ формирования
динамических параметров ОМД, начиная с конечной операции
технологического процесса. Определение технологических воз-
можностей абразивной доводки связано с необходимостью выбора
условий и режимов обработки, позволяющих получить макси-
мальную равномерность окружного и радиального профилей по-
верхностей диска для удовлетворения требований точности дина-
мических и геометрических параметров. Данная задача может быть
решена на основе прогнозирования эволюции геометрической
формы поверхности диска при обработке.
Для получения математического описания эпюр давлений,
действующих при абразивной обработке на поверхность заготовки,
и эволюции геометрической формы ее поверхности было прове-
дено моделирование упругодеформированного состояния заготовки
и разработаны суперпозиционные модели ее отдельных состояний.
Данные модели позволяют определить составляющие о, общей
м
статической деформации <о = 2 диска, возникающие вслед-
i=i
ствие погрешностей геометрической формы обрабатываемой сто-
роны заготовки, опорной поверхности приспособления, рабочей
поверхности инструмента, разнотолщинности заготовки, а также
контактной деформации плоских поверхностей сопряженных при
обработке тел.
Модель абразивного изнашивания поверхности заготовки пред-
ставлена в виде
4бр М lt
и = J Kov dt 4- 2 J % ^Piv dt> 0-5)
0 1=1 0
где v — скорость относительного движения точек поверхности
заготовки по инструменту; /обр — время обработки; Ко, —
первые члены разложения функции интенсивности изнашивания
К (», ах, р, h) материала заготовки в ряд Тейлора при учете только
изменения давления р (в окрестности рассматриваемой точки по-
319
верхности заготовки); р — среднее давление по поверхности кон-
такта заготовки с инструментом; ± Ар, — приращение давления р,
вызывающее изменение абразивного износа по поверхности за-
готовки за время обработки фбр:
^обр
А<Л = J -^-АргоЛ.
о
На основе математической обработки экспериментальных дан-
ных установлена степень наследования и формирования отдельных
Рис. 9.10. Спектр ампли-
туд Сп параметра Qr диска
после терморихтсвания,
чернового и чистового то-
чения
составляющих спектра амплитуд динамического параметра при
различных методах обработки торцовых поверхностей ОМД.
Так при токарной обработке наблюдается практически полное
наследование спектра амплитуд Сп параметра Qr диска
(рис. 9.10) в области низких частот. В средней и высокой области
спектра происходит уменьшение амплитуд гармоник и одновре-
менное возникновение ряда новых составляющих. На рис. 9.11
показано изменение спектра амплитуд Сп параметра Qr диска при
шлифовании. Наиболее существенное уменьшение параметра про-
320
исходит в области низких частот и также уменьшение амплитуд
на других частотах спектра.
Сопоставление двух методов обработки показывает, что ме-
ханическая абразивная обработка торцовых поверхностей заго-
товки ОМД имеет следующие преимущества: уменьшение ампли-
туд динамического параметра Qr в низкочастотной области спектра
и отсутствие возникновения новых составляющих на других ча-
стотах спектра. Проведенный анализ показал, что для стабили-
зации технологического процесса и достижения требуемой точ-
ности динамических параметров следует изменить метод оконча-
тельной механической обработки и соответственно схему кон-
такта инструмента с заготовкой с точечного контактирования
инструмента с заготовкой при точении на контакт по поверхности,
т. е. осуществить переход от алмазного точения к абразивной об-
работке торцом абразивного круга. Тогда механическую обработку
торцовых поверхностей следует осуществлять в такой последо-
вательности: окончательная обработка — абразивная доводка свя-
занным абразивом и полирование, а предварительная — токарная
обработка твердосплавным резцом.
Конечным этапом проектирования технологического процесса
обработки торцовых поверхностей ОМД явилась разработка спо-
соба терморихтования заготовок дисков, который позволил умень-
шить составляющие спектра амплитуд динамического параметра
Qr в области низких частот. Это вызвано тем, что последующая
токарная обработка полностью наследует указанные составляю-
щие спектра динамического параметра Qr.
Разработан способ терморихтования заготовок ОМД, позволя-
ющий уменьшить низкочастотные составляющие спектра ампли-
туд динамического параметра QT. Это достигается в результате
одновременного воздействия температуры (рекристаллизационный
отжиг при температуре Т = 380 °C) и силового воздействия —
передеформации под нагрузкой при давлении р = 25 000 кПа,
причем силовое воздействие производят в несколько этапов.
Новый технологический процесс изготовления ОМД — термо-
рихтование, предварительное точение, абразивная обработка и
полирование торцовых поверхностей основы позволил снизить
в 1,5—2,0 раза значения динамических параметров Qr поверхно-
стей ОМД.
Разработка операции доводки покрытия магнитного диска.
Аналогично была разработана технологическая операция доводки
покрытия связанным абразивом. Проектирование операции до-
водки осуществлялось в три этапа. На первом этапе была создана
эксплуатационная модель покрытия диска, которая связывает
такие выходные характеристики МД, как разрешающая способ-
ность и амплитуда сигнала воспроизведения с толщиной магнит-
ного покрытия. Именно на основе этой модели определены требо-
вания к окончательным операциям технологического процесса
изготовления МД, нанесению магнитного покрытия и его механи-
321
ческой доводке. После доводки толщина покрытия 1 (рис. 9.12)
определяется выходными интегральными электромагнитными ха-
рактеристиками диска и равномерно возрастает от центра (тол-
щина Aij) к периферии МД (толщина h^. Метод нанесения магнит-
ного покрытия следует выбирать исходя из того, что толщина
покрытия 2 после его нанесения должна равномерно возрастать
от центра к периферии. Одним из методов нанесения покрытия,
равномерно возрастающего от центра к периферии; является
полив с использованием центрифугирования. Для МД, имеющего
конечную толщину hx—h2, выбирая соответствующие режимы
центрифугирования и вязкость
ферролаковой эмульсии, сле-
дует обеспечить толщину hi—hi,
где hi = hi + zmin (zmln — ми-
Рис. 9.12. График распределения тол-
щины покрытия в направлении радиуса
МД после обработки 1 и полива 2
нимальныи припуск на обра-
ботку покрытия).
На втором этапе разработки
технологической операции до-
водки покрытия диска были
определены требования к тол-
щине покрытия перед механи-
ческой доводкой и после нее,
а также минимальный припуск
zmln на обработку покрытия.
Покрытие имеет сложный
композиционный состав, где на-
полнителем являются ферромаг-
нитные частицы. Неоднород-
ность их распределения в связующем, а также другие причины вы-
зывают появление дефектов покрытия, которые имеют выступающие
части высотой 1—10 мкм. Наличие выступов материала покрытия
недопустимо, так как при эксплуатации магнитных дисков расстоя-
ние между магнитной головкой и вращающимся диском составляет
0,5—0,7 мкм, а столкновение головки с выступом покрытия
приводит к повреждению головки и покрытия диска. В процессе
обработки покрытия необходимо обеспечить срезание выступов.
Минимальный припуск гтщ на обработку покрытия устанавливают
из условия срезания выступов до уровня допустимых значений
параметра шероховатости Rp < 0,25 мкм. Установленные регрес-
сионные зависимости параметров шероховатости Ra и Rp от
глубины U съема материала покрытия позволяют определить
минимальный припуск. Эффект срезания выступов во многом за-
висит от выбранного способа абразивной обработки, который дол-
жен обеспечивать условия микрорезания абразивными зернами
материала покрытия.
По результатам проведенного физического моделирования
процесса механической доводки покрытия МД разработана ма-
тематическая модель процесса доводки покрытия, которая поз-
322
волила определить режимы доводки и наладки однодискового до-
водочного станка поводкового типа, обеспечивающие требуемую
толщину покрытия ftj — h^.
На третьем этапе проектирования технологической операции
доводки рассмотрены существующие способы доводки магнитного
покрытия и разработаны инструмент и способ доводки, позволяю-
щие отслеживать эквидистантно поверхность основы магнитного
диска и формировать при доводке требуемые параметры качества
покрытия диска (толщину покрытия, срезание выступов в обла-
стях дефектов и требуемые значения параметров шероховатости
Ra и Rp) за время одной операции.
Рис. 9.13. Характерные зависимости амплитуды А сигнала вос-
произведения и разрешающей способности PC от толщины маг-
нитного покрытия h (с) и поле допуска на толщину покрытия в на-
правлении радиуса диска R (б)
Амплитуда А сигнала воспроизведения и разрешающая спо-
собность PC магнитного покрытия существенно зависят от тол-
щины покрытия (рис. 9.13, а). Зависимости имеют монотонный
характер и противоположную направленность. В соответствии
с допусками на Л и PC, определенными техническими условиями
на магнитный диск, амплитуда А находится в поле допуска при
толщине покрытия в пределах от Лд до Лд, а разрешающая спо-
собность — при толщине от hpc до hpc- Совместное выполнение
этих условий возможно при толщине покрытия диска, определяе-
мой на пересечении отмеченных интервалов [йд, hpc]. Это
справедливо для всех дорожек записи магнитного диска. В тех-
нических требованиях указаны допуски на амплитуду А и раз-
решающую способность PC для внутренней и внешней дорожек
записи. Поскольку верхняя и нижняя границы полей допуска на А
и PC линейно возрастают при переходе от дорожки к дорожке,
допустимая толщина покрытия должна увеличиваться линейно
при переходе от внутренней дорожки к внешней. Область тол-
щин, ограниченная прямая АВ и CD (рис. 9.13, б), определяет
323
chipmaker.ru
поле допуска на толщину покрытия для каждой дорожки запи-
си МД.
Зависимости А = f (Л) и PC = f (h) находят экспериментально
для магнитного покрытия конкретной рецептуры и емкости на-
копителя. Они представляют собой эксплуатационную модель
ферролакового покрытия, связывающую выходные электромагнит-
ные характеристики магнитного диска с параметром качества
обработки покрытия (его толщи-
Rp.MKH ной). Данная модель явилась ос-
новой для разработки технологии
механической обработки магнит-
ного покрытия.
По ней определяют требуе-
мую толщину покрытия hi — h2
как середину поля допуска, огра-
ниченного прямыми АВ и CD.
Целью физического и математи-
ческого моделирования является
Рнс. 9.14. Зависимости параметров
шероховатости Rp (а) и Ra (б) от глу-
бины съема U материала покрытия
Рис. 9.15. Схема разбиения поверх-
ности покрытия МД на элементарные
площадки
определение режимов доводки и наладок доводочного станка,
которые позволяют получить требуемую толщину /гх—hz после
доводки, отличающуюся от толщины hi — h'2, достигнутой при
поливе. С помощью физического моделирования были найдены
регрессионные зависимости параметров шероховатости Ra и Rp
от глубины съема материала покрытия (рис. 9.14). Для дости-
жения допустимых в соответствии со стандартом ISO значений
параметров RaBon и Rp лоп необходимо обеспечить глубину съема
не менее zmln (см. рис. 9.12). Физическое моделирование позволило
определить также регрессионную зависимость интенсивности
абразивного изнашивания R (р, v) материала покрытия в зави-
симости от давления р и скорости доводки V. Данная зависимость
324
необходима для построения математической модели формообразо-
вания покрытия магнитного диска.
Изменение во времени распределения толщины покрытия МД
при односторонней доводке представлено в следующем виде
(рис. 9.15). Система координат OXYZ связана с осью вращения
диска. Плоскость OXY принята за базовую. Она соответствует
идеальной плоской поверхности 1 ОМД, на которую нанесено
магнитное покрытие 2. Изменение расстояния от центра Сц каж-
дой элементарной площадки поверхности покрытия до базовой
поверхности во времени t представляет собой линейный износ А1/ц
за время t. Положение каждой элементарной площадки на по-
верхности покрытия диска можно задать в полярной системе
координат (г, <р) радиусом г> и углом фу, где rt = Дг (i — 1) + Rlt
Ar = (R2 — Ri)/(I — 1). где I — число точек разбиения ради-
уса г; Д<р = 2л/(</ — 1). Ф; = Дф (/ — О» где J — число лучей
разбиения поверхности диска.
Для всех точек в пределах одной элементарной площадки
AStj приращение износа AUjj принимаем одинаковым, равным при-
ращению AUCij в центре Сц. Линейный износ каждой элементар-
ной площадки поверхности покрытия МД за время t представим
как разность аппликат ее центра для двух поверхностей покры-
тия. Тогда геометрическое состояние поверхности покрытия (рас-
пределение толщины покрытия) в каждый момент времени th
можно описать в виде матрицы А с ixj элементами. Число эле-
ментов определяется числом элементарных площадок Д3£ j =
= Дф/уДг, на которые разбита поверхность покрытия:
Изменение распределения толщины покрытия (съем) AUtJ
на каждой элементарной площадке за время At = th — tk_r
можно представить в виде матрицы
AUU. . .Аи„
В =
AUtl . . . AUtJ
Матрицы А и В связаны соотношением А = А° — В, где
А° — матрица с iX/ элементами, отображающая распределение
326
r.ru
толщины покрытия zctJ центров Сц элементарных площадок в мо-
мент времени th_i.
zu
ZH
Модель процесса изнашивания элементарной площадки покры-
тия МД представлена в виде, аналогичном (9.5), где использована
функция интенсивности, определенная в результате физического
моделирования. Давление определяют в виде суммы двух слагае-
мых р = рх + р2, где pi — зависит от взаимного расположения
инструмента и диска, а также от нагрузки на инструмент; р2 —
дополнительное изменение давления на участках поверхности
диска, имеющих отклонения формы. Используя описанную ма-
тематическую модель, можно оптимизировать процесс доводки по
критерию отклонения расчетного профиля толщины покрытия от
заданного /ij — h^.
Проведенное физическое и математическое моделирование про-
цесса формообразования покрытия, а также промышленное внед-
рение разработанных способов доводки и инструмента подтвердили
правильность принципов проектирования технологического про-
цесса по выходным характеристикам изделия.
Проведенный анализ технологической наследственности фор-
мирования макрогеометрии ОМД на различных операциях из-
готовления основы позволил сделать вывод о необходимости
применения в технологическом процессе производства ОМД опе-
рации доводки, которая приводит к существенному уменьшению
отклонений формы торцовых поверхностей основы во всем диапа-
зоне частот, и особенно в диапазоне низких частот. Предложено
изменить существующую технологию изготовления ОМД, содер-
жащую операции прокатки, терморихтования, чернового и чи-
стового точения, на следующую: прокатка, терморихтование,
черновое точение, доводка, полирование (либо тонкое точение
с глубиной срезаемого слоя 1 мкм). Этот технологический процесс
механической обработки основы диска позволил повысить выход
годных ОМД в 1,5—2 раза.
ГЛАВА 10
МЕХАНИЗАЦИЯ И АВТОМАТИЗАЦИЯ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ДОВОДКИ
Механизация и автоматизация технологического процесса до-
водки и подготовки рабочей поверхности притиров на доводоч-
ных станках осуществляются с целью достижения стабильности
параметров качества доведенных поверхностей деталей, снижения
трудоемкости доводочных операций (переходов) и сокращения
вспомогательного времени. Механизация и автоматизация осуще-
ствляются по двум направлениям: 1) механизация и автоматиза-
ция цикла рабочих движений процесса обработки, т. е. основных
движений, осуществляющих процесс формообразования поверх-
ностей и формирования свойств поверхностного слоя деталей;
2) механизация и автоматизация технологического цикла до-
водки, т. е. автоматизация одновременно основных и вспомога-
тельных движений, включая установочные (в том числе транспорт-
ные перемещения с одной позиции на другую, контрольные дви-
жения, ходы и переходы).
Автоматизация цикла рабочих движений процесса доводки
включает управление технологическими, кинематическими, гео-
метрическими и динамическими факторами процесса: рабочим
давлением р, скоростью v и ускорением ах относительного движе-
ния детали по притиру, характеристиками жесткости элементов
упругой системы притир — абразивная прослойка — заготовка
и т. д.
Механизация и автоматизация вспомогательных и установоч-
ных движений при доводке на доводочных станках связана со сле-
дующими движениями: укладка на рабочую поверхность притира
заготовок в гнезде сепараторов, снятие заготовок после доводки,
подача абразивной суспензии (пасты) и рабочей жидкости в зону
обработки, удаление шлама в процессе или после доводки партии
заготовок, периодическая правка рабочей поверхности притира
и т. д.
Основная задача управления циклом рабочих движений при
доводке — повысить параметры качества обработки поверхности,
производительность, например путем совершенствования пред-
варительной и окончательной доводки заготовок на одной опера-
ции без смены абразивной суспензии или характеристик абразив-
ного притира.
Наиболее эффективными способами доводки поверхностей с уп-
равлением циклом рабочих движений при механической доводке
327
r.ru
являются способы доводки деталей с циклическим изменением
факторов процесса с целью стабилизации его показателей во
времени. Для механизации и автоматизации рабочего технологи-
ческого цикла обработки заготовок необходимо создание станков
с ЧПУ и автоматов. Комплекс факторов процесса обработки из-
меняют по заданной программе, исходя из достижения требуемых
параметров качества, производительности и себестоимости об-
работки.
Программированная доводка заготовок может осуществляться
на станках ЗЕ816Ф1, ЗД817Ф1, ПДС2С-1, ПДС2С-2, AL-2, AL-2L,
SFDL12B-6LP, 15B-5LP, 16B-4LP, 16B-5LP, 18B-4LP, 18B-5LP,
24B-5LP, 28B-4LP, 15B-5L-DMS.
На этих станках возможно осуществление следующих способов
доводки:
с последовательным изменением кинематического режима об-
работки;
с циклическим изменением давления р, скорости v и ускоре-
ния а1 относительного движения заготовки по притиру;
с периодическим восстановлением режущей способности аб-
разивных притиров;
с периодическим изменением жесткости притира.
Расширение технологических возможностей доводочных стан-
ков связано с механизацией вспомогательных и ручных работ.
Для механизации вспомогательных и установочных движений на
однодисковых станках применяют различного типа загрузочные
приспособления и транспортную систему (рис. 10.1). На четырех-
позиционном станке можно осуществлять как одностороннюю
доводку одной поверхности заготовки, так и последовательную
доводку двух параллельных сторон плоских поверхностей заго-
товки.
В позиции I осуществляется загрузка заготовок в кольцевой
сепаратор и установка сепаратора с заготовками в правильное
кольцо 2. Заготовки к рабочей поверхности притира прижимаются
диском пневматической системы нагружения. После обработки за-
готовок в позиции 1 сепаратор с заготовками сдвигается на лоток 3
поворотного устройства 4 пневмозагрузчиком 5. После поворота
лотка на 180° сепаратор с заготовками подается в позицию II
для обработки второй поверхности заготовки. Обработанные за-
готовки в сепараторе подаются с помощью конвейера 6 на конт-
рольную позицию.
Простота и надежность механизированной системы загрузки
и установки заготовок в рабочие позиции I и II позволяют об-
рабатывать одновременно в четырех позициях доводочного станка
без трудоемкой перекладки заготовок из сепаратора позиции I
в сепаратор позиции II.
Примером механизации вспомогательной операции правки
рабочей поверхности притиров может служить механизированная
правка притиров двухдискового доводочного станка с планетар-
328
но-эксцентр иковым исполнительным механизмом конструкции,
применяемым для доводки концевых мер длины с отклонениями
от плоскостности и параллельности до 0,09 мкм и параметром ше-
роховатости поверхности Ra 0,016 мкм.
Аналогичную механизированную правку осуществляют на
модернизированном станке с заменой зубчатых сепараторов на
дисковый сепаратор, совершающий относительно притиров пла-
нетарно-эксцентриковое движение [А. с. 837805 (СССР)]. Исполни-
Рис. 10.1. Механизация загрузки и снятия заготовок с рабочей поверхности
притира однодискового четырехпозиционного станка:
/ — кольцевой сепаратор с заготовками; 2 — правильное кольцо; 3 — лоток; 4 — пово-
ротное устройство; 5 — пневмозагрузчик; 6 — конвейер
тельные механизмы указанных станков обеспечивают планетарно-
эксцентриковое движение притиров относительно сепараторов
с заготовками при их доводке. Механизация правки притиров
осуществляется без снятия их со станка и заключается в снятии
сепараторов и правки по способу «притир по притиру» с пере-
шаржированием их рабочих поверхностей зернами электроко-
рунда 24А зернистостью Ml—М2 в зависимости от классов точ-
ности концевых мер длины. При правке притиры совершают от-
носительное планетарно-эксцентриковое перемещение. Испол-
нительный механизм станка позволяет получать плавный закон
изменения скорости и ускорения относительного движения точек
поверхности верхнего притира по нижнему, и наоборот. Это об-
стоятельство объясняет хорошее качество восстановления режу-
щей способности чугунных притиров, т. е. закрепление зерен
в поверхностном слое притиров и отсутствие вырывания зерен
в процессе доводки концевых мер длины. Примером механизации
329
chipmaker.ru
вспомогательного установочного движения загрузки заготовок
в сепараторы может служить конструкция сепаратора для до-
водки цилиндрических заготовок на станке с исполнительным
механизмом, имеющим возвратно-поступательное движение се-
паратора и притиров [А. с. 905019, 872228 (СССР)].
Повышение производительности достигается путем снижения
вспомогательного времени на загрузку заготовок (рис. 10.2).
С этой целью сепаратор / снабжен пластиной 2, установленной
ч'
Рис. 10.2. Сепаратор для доводки цилиндрических заготовок с накладной пла-
стиной, позволяющей осуществлять загрузку заготовок вне станка:
/ — сепаратор; 2 — пластина с пазами; 3 — установочные штыри; 4 — фасонные пру-
жины; 5 — заготовки
при помощи установочных штырей 3 в направляющих прорезях
сепаратора, дающих возможность относительного сдвига в пре-
делах ширины паза сепаратора. Пластина сдвигается в положе-
ние, обеспечивающее перекрытие отверстий сепаратора и фиксиру-
ется в этом положении упругими прижимами 4. В этом положении
(вне станка, на котором в это время можно обрабатывать другую
партию заготовок) заготовки вкладываются в образующиеся
гнезда (рис. 10.3, а). Сепаратор переносится на станок и устанав-
ливается на нижний притир 5. Снимаются прижимы, пластина 2
сдвигается до положения, когда ее пазы совпадают с пазами се-
паратора, при этом заготовки проваливаются в пазы сепаратора 1,
пластина 2 снимается, опускается верхний притир и начинается
обработка.
330
Когда суммарная толщина сепаратора и пластины меньше диа-
метра заготовки, пластина не снимается, а при обработке фикси-
руется в положении совпадения отверстий (рис. 10.3, б). Так как
одна из поверхностей паза сепаратора наклонна, можно быстро
снять обработанные детали с притира, для чего необходимо
сдвинуть пластину относительно сепаратора в направлении М
(рис. 10.3, в) лр установления деталей в образуемые пластиной
и сепаратором гнезда (см. рис. 10.2, а).
Автоматизация рабочего технологического цикла доводки и
одновременно вспомогательных и установочных движений при
доводке строится на базе создания автоматизированных процессов
либо штучной доводки поверхности (поверхностей), либо до-
водки партии заготовок в сепараторах, либо непрерывной обра-
ботки заготовок, например на роторных станках-автоматах.
Рис. 10.3. Установка цилиндрических заготовок вне станка и вы-
грузка их из гнезд сепаратора:
1 — сепаратор; 2 — пластина; 3 — заготовка; 4 и 5 — притиры
Решение проблемы последовательного перехода от механизации
к автоматизации процесса доводки рассмотрим на примере сня-
тия сферической фаски на полупроводниковых дисках (101.
Фаска высотой h = 0,2 ... 0,5 мм под углом у = 10 ... 30°
(рис. 10.4, в) снимается на полупроводниковых дисках диаметром
от 3 до 50 мм с целью стабилизации параметров высоковольтных
полупроводниковых приборов.
Схема шлифовального доводочного устройства [А. с. 703310
(СССР)] представлена на рис. 10.4, а. Заготовки свободно укла-
дываются в полость инструмента и удерживаются в рабочей зоне
за счет сил трения в контакте с резиновым упругим элементом,
уложенным в гнездо гриба. Ось вращения 2 инструмента 1 уста-
новлена под углом а = 20 ... 25° к оси вращения верхнего звена —
гриба 3, соединенного через шарнир 4 с рычагом 5. Упругий эле-
мент (эластичная резина) 6 предназначен для передачи создавае-
мого грузом Р равномерной нагрузки Q на каждую из обрабаты-
ваемых заготовок 7 и удержания их в рабочей зоне за счет сил
трения. Абразивная суспензия 63СМ5—М14 подается из смеси-
теля 8 поливом. Нижнее звено 1 имеет привод, верхнее звено 3
вращается за счет сил трения. Устройство отличается простотой
конструкции, надежностью, обеспечивает необходимую точность
обработки деталей диаметром более 10 мм. Производительность
331
обработки на данном устройстве ограничена центробежными си-
лами, затрудняющими поступление абразивной суспензии в ра-
бочую зону. Эти силы пропорциональны квадрату значения век-
тора <ос на плане угловых скоростей, равному полусумме векто-
ров (й! и (о3. Недостатком данного устройства является нестабиль-
ность передаточного отношения между звеньями исполнительного
механизма станка.
Теоретический анализ процесса абразивной обработки сфери-
ческой поверхности заготовки, самоустанавливающейся по по-
верхности инструмента под действием упругого элемента, с уче-
6)
Рис. 10.4. Принципиальные схемы доводочных устройств
для обработки сферической фаски на полупроводниковых
дисках
том технологических, кинематических, динамических и геометри-
ческих факторов процесса позволил получить уравнение износа
и данные для проектирования исполнительных механизмов, обес-
печивающих улучшенные выходные показатели процесса.
На рис. 10.4, б представлена схема устройства [А. с. 677888
(СССР)], отличающегося от предыдущего тем, что гриб 3 шарнирно
закреплен на рычаге 5 без возможности вращения вокруг верти-
кальной оси. Ось вращения инструмента 1 установлена на во-
диле 2, а инструмент соединен гибкой связью 9 со станиной. Уст-
ройство стабильно обеспечивает:
уменьшение абсолютных скоростей вращения звеньев уст-
ройства в 3—4 раза, благодаря чему суспензия из рабочей зоны
не разбрызгивается;
постоянное передаточное отношение между угловыми скоро-
стями вращения инструмента 1 и водила 2 (z12_B = —1), не за-
висящее от условий трения в местах сочленения инструмента 1
с водилом 2 и грибом 3.
332
Загрузку заготовок и выгрузку обработанных деталей при
работе на описанных устройствах производят вручную при оста-
новленном приводе. Время, необходимое на подъем и опускание
рычага 5 с грибом 3, на разгон и выбег вращающихся частей уст-
ройства, тратится непроизводительно. Абразивная суспензия,
подаваемая поливом, загрязняет внешние части устройства, что
ухудшает условия труда рабочих. К недостаткам следует отнести
также неравномерный износ упругого элемента 6 и связанное с этим
постепенное снижение точности обработки.
Рис. 10.5. Принципиальная схема доводочного станка-автомата для снятия сфе-
рической фаски на полупроводниковых дисках
Большинство из перечисленных недостатков устранены в кон-
струкции (рис. 10.5) станка-автомата [А. с. 956247 (СССР)].
Инструмент 11, закрепленный на водиле 14, под действием пру-
жины 13 находится в постоянном контакте с неподвижно закреп-
ленным грибом 12, в котором выполнен вертикальный канал
(рис. 10.5, а). Автоматический загрузчик 9, снабженный рычагом 7
и толкателем 6, соединенным с вакуумной системой, предназначен
для захвата заготовки 5, подаваемой с вибростола 4 по лотку 3
на позицию I, переноса ее в зону обработки (поз. II), выдержки
под действием груза Q в течение заданного времени, извлечения
из зоны обработки и сброса детали в приемную емкость 8 (поз. III).
Рабочие звенья станка закрыты защитным коробом 2, который
является частью циркулярной системы подачи суспензии, снаб-
женной помпой 1. Ременный привод 15 передает вращение во-
дилу 14 от двигателя 10.
На конце толкателя 6 (рис. 10.5, б) закреплена эластичная
втулка 17, позволяющая заготовке 5 самоустанавливаться по
поверхности инструмента 11 под действием груза Q. Втулка 17
предотвращает также вращение заготовки и демпфирует случай-
ные колебания толкателя 6 с грузом Q. Соосное расположение за-
333
chipmaker.ru
готовки 5 с грибом 12 приводит к равномерному износу материала
заготовки в радиальных сечениях, не зависящему от кинематики
станка, что следует из полученных уравнений износа и подтвер-
ждено экспериментально.
Рассмотрим особенности кинетики износа поверхности ин-
струмента, контактирующего с соосно размещенными грибом и
заготовкой. Когда груз Q, действующий на заготовку, меньше
некоторого критического значения Q QHp, наблюдается клас-
сический ход процесса износа инструмента 11, гриба 12 и заго-
товки 5, при котором сопряженные поверхности имеют общий
радиус кривизны R. Значение этого радиуса в зависимости от
условий обработки может сохраняться постоянным во времени
либо медленно изменяться. При Q > QKp на поверхности инстру-
мента в зоне контакта с заготовкой формируется сферическая по-
верхность меньшего радиуса г, центр которой 0г смещен на ве-
личину е от центра 0R вдоль оси инструмента. Кривизна обрабаты-
ваемой поверхности заготовки также становится равной г.
Поверхность радиусом г формируется за время обработки
первых нескольких заготовок из партии, предназначенной для
шлифования, и в дальнейшем форма ее поддерживается автома-
тически ходом самого процесса и не зависит от изменения формы
сферической поверхности радиусом R, поскольку у нее контакт
с грибом отсутствует. В этом случае процесс обработки заготовок
по сравнению с режимом обработки при Q < QKp характеризуется
следующими особенностями.
1. На каждой площадке поверхности фаски кроме давления р,
определяемого грузом Q и площадью фаски, действует перемен-
ная составляющая рг, вызванная дополнительной деформацией
эластичной втулки 17 (поворот нижнего торца на угол б в пло-
скости осей устройства). Составляющая рг оказывает стабилизи-
рующее действие на величину радиуса г. Регулируя величину
груза Q и угол а между осями вращения устройства, можно уп-
равлять величиной г.
2. Подача и распределение абразивной суспензии улучшается.
Во-первых, образуется зазор между грибом 12 и поверхностью
инструмента 11, открывающий непосредственный доступ суспен-
зии из канавки 16 в зону обработки; во-вторых, полость сферы
радиусом г действует как своеобразный гидравлический насос,
что способствует обильному снабжению зоны обработки абразив-
ной суспензией, ее интенсивному перемешиванию и выносу про-
дуктов износа. В этих условиях становится возможным исполь-
зование абразивной суспензии высокой концентрации (50 % и
более по объему) и больших давлений (до р = 600 ... 1200 кПа)
на начальной стадии обработки. В результате повышается произ-
водительность обработки и стабильность величины съема матери-
ала заготовки за цикл обработки.
3. Для заданных кинематических параметров настройки станка
(<о14, а) при прочих равных условиях линейная скорость иц,5
334
относительно перемещения инструмента 11 и заготовки 5 больше
и соответственно выше производительность обработки. Это объяс-
няется увеличением фактического угла между осями заготовки и
инструмента 11 на величину б, в результате чего план угловых
скоростей изменяется (см. штриховые линии на рис. 10.5, в).
Расчеты показывают, что при обработке инструментом R =
= 10 мм, г = 9,5 мм, е = 0,68 мм имеем приращение линейной
скорости в центре инструмента на 6 % по сравнению с обработкой
инструментом R = 9,5 мм, г = R, е = 0.
Использование автоматического устройства позволяет решить
комплекс производственных задач:
повысить производительность труда за счет применения мак-
симально возможных для данных условий режимов обработки
и многостаночного обслуживания;
повысить точность обработки деталей путем оптимизации
конструкции исполнительного механизма (без увеличения точ-
ности его изготовления);
устранить ручной труд и улучшить условия труда рабочих
за счет автоматизации установки и съема детелей, применения
закрытой циркуляционной системы подачи абразивной суспензии.
Сравнительные показатели процесса обработки фаски на трех
описанных устройствах для дисков диаметром D = 7 мм с вы-
сотой фаски h = 0,3 мм приведены в табл. 10.1. Дальнейшее
10.1. Показатели процесса обработки фаски
Показатели процесса обработки Тип исполнительного механизма стайка
С непо- движной осью вра- щения инструмента С подвижной осью вра- щения инструмента Автомат С непрерыв- ной подачей заготовок с изменением рабочего давления
Радиус сферы инструмен- та, мм 8—25 8—20 8—15 15—30
Число одновременно обра- батываемых заготовок, шт. 3 3 1 3—4
Длительность цикла обра- ботки, с 40—60 20—30 15—25 15—30
Число шпинделей станка, обслуживаемых рабочим, шт. 2—3 2—3 5—10 1
Частота вращения шпин- деля, мин-1 800—1000 1000—2000 3000— 3500 1500—4500
Отклонение высоты фаски от номинального размера, % ±10—16 ±10—16 ±5—10 ±5—10
Сменная выработка дета- лей на одного рабочего, шт. 1600—2000 3000—4000 4000— 7000 5000-8000
Съем деталей с 1 м2 про- изводственной площади, штук в смену 500 1000 700 2000
335
chipmaker.ru
совершенствование процесса возможно при оптимизации техноло-
гических факторов, в частности нагрузки Q на деталь или дав-
ления р.
Интенсивность абразивного изнашивания /< нелинейно за-
висит от давления [10]. Рассмотрим два варианта обработки,
учитывая существование критического давления ркр, соответст-
вующего максимальной производительности в данных условиях
обработки. Зависимость высоты фаски h, давления р при Q —
— const от времени t, приведена на рис. 10.6, а. С увеличением h
площадь фаски увеличивается, р быстро уменьшается, что при-
водит к замедлению увеличения h. Ход процесса не оптимален.
Рис. 10.6. Зависимость высоты фаски Л, давления р от
времени доводки t при постоянной (а) и переменной (б)
нагрузки Q на заготовку
Заштрихованная область иллюстрирует интервал времени, где р
мало отличается от ркр и интенсивность изнашивания макси-
мальная.
При Q = var (рис. 10.6, б) цикл обработки разбит по времени
на две фазы. В первой фазе от 0 до t" Q линейно возрастает от
нуля до Qinax, при этом обеспечивается р = const, близкое ркр
и высокая интенсивность износа (h возрастает линейно). Во второй
фазе от t" до t2 Q снижают в 2—3 раза для обеспечения заданных
показателей шероховатости поверхности. Время, необходимое для
формирования фаски высотой hlt снижается на 20—25 % по
сравнению с вариантом при Q = const.
Примером механизации рабочего технологического цикла до-
водки может служить станок [А. с. 1013218 (СССР)] для снятия
сферических фасок на тонких дисках (рис. 10.7), например полу-
проводниковых дисках диаметром D 10 мм. Исполнительный
механизм станка состоит из сферического инструмента 5 радиу-
сом /?, ось вращения которого установлена шарнирно на гори-
зонтальном водиле 8 под углом а к оси. Инструмент 5 ориентиру-
ется по поверхности гриба 10, имеющего вертикальный паз,
с силой прижима под действием пружины 7 и соединен со станиной
гибкой связью 11, предотвращающей его вращение относительно
336
станины. Заготовки непрерывно вводятся в зону обработки с по-
мощью гибкой ленты 14, натянутой на роликах 9 и 16, установ-
ленных в раме 15. Ведущий ролик 16 снабжен приводом враща-
тельного движения, а ведомый ролик 9 покрыт слоем эластичного
материала толщиной 3—4 мм. Диаметр ролика 9 выбирают из
условия, чтобы радиус кривизны поверхности ленты 14, его оги-
бающей, был на 3—10 % меньше радиуса инструмента. Необхо-
димая рабочая нагрузка Р = 5 ... 10 Н в зоне контакта загото-
вок с инструментом создается пружиной 13. Инструмент под дей-
ствием силы F = (5 ... 10) Р опирается на две боковые поверхности
Рис. 10.7. Принципиальная схема обработки сферической
поверхности фаски на тонких дисках (а) и план угловых
скоростей (б) звеньев исполнительного механизма станка
гриба 10. При обработке заготовок происходит ориентация инст-
румента по боковым поверхностям гриба 10 без нарушения кон-
такта вследствие разницы сил Р и F пружин 7 и 13. Лента 14
помещена в П-образный лоток 1, закрепленный на раме 15 и
расположенный по касательной к поверхности ролика 9. Пластина,
свободно уложенная между стенками паза гриба 10 и лотка 1,
предохраняет заготовки 4 от сброса их инструментом 5 при входе
в зону обработки. Пружина 3 обеспечивает прилегание пластины 2
к ленте 14 на изогнутом участке лотка 1, в результате чего обра-
зуется заходная зона для заготовок с углом у = 2 ... 4° (меньше
угла трения заготовки о пластину).
Абразивная суспензия на основе карбида кремния зеленого
марки 63С зернистостью М5—М14 подается поливом из смеси-
теля 6. Заготовки, выходя из зоны обработки, попадают в лоток 12.
При работе станка заготовки 4 укладывают на ленту 14 между сте-
нок лотка 1, перемещающуюся при вращении ролика 16. Заго-
337
r.ru
товки затягиваются под пластину 2 силой трения за счет разли-
чия коэффициентов трения заготовки о металлическую пла-
стину 2 и прорезиненную ленту 14. Угловые скорости вращения
водила 8 инструмента 5 со8 = 157 ... 470 рад/с и ролика 16 со16 =
= 0,052 ... 0,418 рад/с. Действие пружины 3 увеличивает силы
трения заготовок о ленту 14. Пластина 2 самоустанавливается
по заготовкам или по поверхности ленты в зависимости от ситу-
ации, возникающей при обработке (наличие разнотолщинности
заготовок, перерывы подачи заготовок и т. д.), а также создает
надежную связь заготовки с лентой в момент входа заготовки в зо-
ну контакта со сферической поверхностью инструмента 5.
Контакт обрабатываемой поверхности заготовки 4 с поверх-
ностью инструмента 5 изменяется от линейного (для заготовок
в виде круглого диска) или точечного (для заготовок в виде квад-
ратных, прямоугольных пластин) до сферической поверхности
фаски (фасок). Рабочее давление в зоне контакта при данной
схеме обработки изменяется от pmln на входе до ртах в центре ин-
струмента, а далее уменьшается снова до pmln на остальном пути
движения, что обеспечивает требуемое качество обработки по-
верхностного слоя деталей. Особенности наладки станка, выбор
и назначение кинематических, геометрических, технологических
и динамических факторов процесса обработки даны в работе
[И].
При оснащении станка с непрерывной подачей заготовок бун-
керным загрузочным питателем возможна автоматизация как ра-
бочего цикла обработки, так и вспомогательных и установочных
движений. Сравнительные технико-экономические характери-
стики станков для доводки сферических фасок на полупроводни-
ковых дисках приведены в табл. 10.1.
Механизация процесса доводки фасок, автоматизация про-
цесса обработки на станке-автомате стали возможны в результате
проектирования процесса обработки, механизмов станков с уче-
том действующих технологических, кинематических и геометри-
ческих факторов процесса доводки.
В условиях крупносерийного и массового производства пре-
цизионных деталей обработка плоских, внутренних и наружных
цилиндрических поверхностей осуществляется на станках ротор-
ного типа (рис. 10.8). Доводку производят в процессе непрерывного
или периодического движения заготовок 3. Рабочие органы мон-
тируют в инструментальных блоках 2, установленных на враща-
ющемся технологическом роторе 1. Заготовки последовательно
подаются захватами 5 транспортного ротора 4 в инструментальные
блоки 2, где производится их установка и доводка. Обработанные
детали снимаются захватами 6 транспортного ротора 7 и пода-
ются к приемному устройству.
Рассмотренная схема доводки построена на основе последо-
вательной непрерывной обработки заготовок на проход при их
одностороннем движении относительно одного или более прити-
338
ров, занимающих неизменное положение. Производительность
технологического ротора, работающего по такой схеме, за один
оборот равна числу рабочих позиций. Реализация роторной до-
водки показывает, что этот метод позволяет в 5—10 раз повысить
производительность обработки поверхностей заготовок различной
Рис. 10.8. Принципиальная схема роторной доводки внутрен-
них цилиндрических поверхностей в заготовке
формы за счет автоматизации транспортных и установочных опе-
раций, использования многопозиционной обработки и много-
кратной правки и шаржирования притиров.
Непрерывный процесс двусторонней доводки плоских загото-
вок может быть осуществлен также на принципе самозатягивания
Рис. 10.9. Принципиальная схема двусторонней доводки плоских по-
верхностей заготовок, затягиваемых между двумя притирами под дей-
ствием сил взаимодействия обрабатываемых поверхностей с поверх-
ностями притиров
заготовок в зону обработки [А. с. 905018 (СССР)]. Для этого
заготовки 3 (рис. 10.9, а) подают в пространство между двумя
вращающимися в противоположных направлениях притирами 1
и 2. При смещении е осей притиров (рис. 10.9, б) до 1/3 их диа-
метров и при большей частоте вращения нижнего притира, чем
339
ker.ru
верхнего, силы трения способствуют продвижению заготовок
вдоль направляющих 4 и 5 в направлении смещения осей.
Для автоматизации процесса плоской доводки фирма «Peter
Wolters» создала доводочные автоматы с диаметром притиров
580 мм и 840 мм для доводки плоских поверхностей заготовок (кор-
пуса топливных насосов дизелей, корпуса часов, толкателей кла-
панов и т. д.) в условиях массового производства. Заготовки
в зону обработки подаются вибрационным загрузочным устрой-
ством роторного типа, вводящим заготовки в зону обработки с по-
мощью прижимных пуансонов. Кроме передачи рабочего давления,
пуансоны выполняют также роль держателей заготовок на по-
верхности притира.
При доводке наружных цилиндрических поверхностей заго-
товок прецизионных деталей необходимо механизировать про-
цесс. В качестве примера рассмотрим операции доводки стальных
проволочек диаметром 1,5—5 мм для измерения среднего диаметра
резьбы, значительная трудность которой связана с ручной до-
водкой. При ручной доводке на поверхность стеклянных прити-
ров (верхнего и нижнего) наносят абразивную пасту, далее про-
волочки укладывают на нижний притир, сверху прижимают верх-
ним притиром. Доводку осуществляют вручную с приложением
вертикального усилия и придания возвратно-поступательного
движения верхнему притиру. Процесс ручной доводки произво-
дится за четыре-пять операций и характеризуется нестабильно-
стью по качеству обработки деталей, так как вручную невозможно
обеспечить постоянство усилия, угловую ориентацию проволочек
к направлению возвратно-поступательного движения и равномер-
ность скорости перемещения проволочек по притиру.
Для механизации процесса доводки были выбраны станки
с исполнительными механизмами возвратно-поступательного дей-
ствия. Доводочные станки с эксцентриковым исполнительным
механизмом и вращающимся одним или двумя притирами не обе-
спечивают постоянство скорости относительного движения для
всех точек образующей цилиндра по притиру и следствием этого
является образование конусообразности у обработанной поверх-
ности.
Обеспечение требуемых отклонений по круглости на станках
с исполнительными механизмами возвратно-поступательного дей-
ствия можно достигнуть только при условии равномерности ско-
рости движения притира, что создает возможность равномерного
съема материала цилиндрической заготовки по окружности по-
перечного сечения. Исполнительный механизм возвратно-посту-
пательного действия [А. с. 872228 (СССР) 1 обеспечивает постоян-
ство скорости относительного движения всех точек образующей
цилиндрической поверхности по притиру, равномерность движе-
ния притира и, следовательно, равномерность съема материала
по окружности поперечного сечения за счет введения динамиче-
ской упругой системы в приводное устройство исполнительного
340
Рис. 10.10. Механизация про-
цесса доводки измерительных
проволочек на доводочном стан-
ке с исполнительным механиз-
мом возвратно-поступательного
действия
механизма доводочного
станка.
Станок (рис. 10.10)
состоит из неподвижного
нижнего притира 7, под-
вижного верхнего при-
тира 2, рамки привода
4, связанного с привод-
ными лентами 8 и со-
единенного с механизмом
возвратно-поступательного
движения (не показан), двух планок
3, установленных в пазах рамки с возможностью продольного пе-
ремещения, двух пар плоских пружин 9, закрепленных на план-
ках, контактирующих с периферией верхнего притира 2, двух
цилиндрических пружин 10, связывающих планки с рамкой,
сепаратора 5 с прикрепленными к нему ограничителями 6 про-
дольного перемещения, в который закладываются заготовки
(проволочки).
Доводка осуществляется следующим образом. Сепаратор 5
свободно устанавливают на нижнем притире 7 и в его отверстия
закладывают заготовки 1, после чего опускают верхний притир 2,
размещая его внутри рамки 4. Рамка 4 через ленты 8 получает
возвратно-поступательное движение от кривошипно-ползунного
механизма. При движении рамки 4 из своего начального край-
него левого положения (левая точка возврата) пружины 9 сжи-
маются и создают плавное трогание верхнего притира. Достиг-
нув правого крайнего положения, рамка останавливается, а
верхний притир, сжимая правые пружины, плавно тормозится.
Рамка, начиная движение, сжимает пружины до остановки верх-
него притира, который начинает двигаться в направлении движе-
ния рамки.
Динамические характеристики упругой системы (привода),
состоящей из набора плоских и цилиндрических пружин, опреде-
ляют из уравнения динамики движения верхнего притира и за-
готовок по нижнему притиру, исходя из расчета с использованием
гармонического анализа.
В результате применения данного устройства при работе станка
снижается влияние динамических ударов, возникающих в кине-
матической цепи станка и обеспечивается плавность изменения
траектории относительного движения заготовки по притиру.
В качестве привода использован исполнительный механизм до-
водочного станка ТФ18-9. Приводные ленты соединены с рамкой
341
chipmaker.ru
и сообщают ей возвратно-поступательное движение с частотой
27 дв. ход/мин. Количество одновременно обрабатываемых заго-
товок на станке составляет от 120 до 180 штук в зависимости от
диаметра (вместо 30 штук при ручной доводке). В качестве при-
тиров выбраны чугунные плиты размером 300x300 мм. Доводку
осуществляют за три операции — одну предварительную и две
окончательных.
Предварительная доводка. Припуск на доводку составляет
8—10 мкм после бесцентрового шлифования. Предварительную
доводку осуществляют пастой ГОИ массой 3 г, зернистостью
7 мкм и четырех капель керосина. Смесь растирают тампоном
по поверхности притира. Заготовки-проволочки укладывают в се-
паратор и нагружают верхним притиром с дополнительным гру-
зом. Доводку осуществляют с перекладкой проволочек за не-
сколько этапов по 3—4 мин (за каждый этап съем материала при-
мерно 3 мкм) до получения номинального размера проволочки
д+0.003.
Первую окончательную доводку осуществляют шаржированными
притирами. Притиры шаржируют вручную при двукратном на-
несении абразивного состава электрокорунда 24А зернистостью
М7 (240') и последующего шаржирования зерен в притир электро-
корунда 24А зернистостью М5 (500') с добавкой 3 г пасты ГОИ
зернистостью М7, четырех капель керосина, четырех капель
бензина (2 г). После шаржирования чугунных притиров осущест-
вляют первую окончательную доводку абразивной пастой ГОИ
зернистостью М5 с добавкой двух капель керосина и двух капель
бензина. Припуск под доводку 2 мкм, время доводки 2—3 мин.
После доводки проволочки должны иметь размер 7)п+Ь°ош с контро-
лем по величине огранки.
Вторая окончательная доводка под хромирование. Перед до-
водкой чугунные притиры шаржируют зернами абразивов трех
составов: два—на основе электрокорунда 24А зернистостью М7
и один — на основе абразива 24А зернистостью М5. После шар-
жирования чугунные притиры устанавливают на станок.
Вторую окончательную доводку проволочек осуществляют
с нанесением абразивной смеси, состоящей из пасты ГОИ зер-
нистостью М5 (3 г), одной капли керосина и четырех капель
бензина (2 г). Смесь тщательно растирают, укладывают сепаратор
на притиры и в него проволочки, опускают верхний притир с до-
полнительным грузом. Процесс доводки ведут 3 мин до получения
размера и далее несколько переходов с перекладыванием
проволочек и нанесением нового слоя абразивной смеси до полу-
чения размера Для получения износостойкого слоя по-
верхность проволочек хромируют еще до получения размера
Проволочки сортируют по партиям с разноразмерно-
стью не более 0,5 мкм. После хромирования проводят две операции
доводки.
342
10.2. Принципиальные схемы и технологические возможности
принудительной правки рабочих поверхностей притиров
непосредственно на доводочном станке
Способ правки
притиров
Тип доводочного станка
и тип приспособления
устройства
Характеристика способа,
достигаемая точность
правки поверхностей
притиров
Периодическая
проточка резцом
поверхности при-
тира непосред-
ственно на дово-
дочном станке
На двухдисковых стан-
ках планетарного, эксцен-
трикового и других типов.
Осуществляют с помощью
специального приспособле-
ния с радиальной подачей
резца 2 от периферии 'к
центру (эскиз а) или путем
поворота верхнего прити-
ра 1 относительно нижне-
го 3 (эскиз б); резец 2 за-
креплен в оправке, уста»
новленной в отверстии верх-
него или иижнего притира
в зависимости от последо-
вательности проточки при-
тиров
Применяют для предва-
рительной правки прити-
ров. Недостатки: правка
вне рабочего цикла (за-
трата вспомогательного
времени), погрешность
формы поверхности прити-
ров Дц — 0,010 ... 0,2 мм
для притиров диаметром
400—1000 мм
343
r.ru
Продолжение табл. 10.2
Способ правки притиров Тип доводочного стайка и тип приспособления устройства Характеристика способа, достигаемая точность правки поверхностей притиров
Последователь- ная правка рабо- чих поверхностей нижиего и верх- него притиров шлифованием На двухдисковых станках планетарного, эксцентрико- вого и других типов. Осу- ществляют с помощью спе- циальной шлифовальной го- ловки торцовым шлифоваль- ным кругом 2 с перемеще- нием в радиальном направ- лении относительного ниж- него или верхнего притира 1 Применяют для предва- рительной правки. Недо- статки те же, что в пер- вом способе, а также низ- кая стойкость абразивных кругов
0}
б)
шг
в}
С помощью спе-
циальных пра-
вильных колец
(или шестерен)
одиодисковых стаи-
самоустанавливающи-
правильными кольца-
, в которые заклады-
На
ках ।
мися
ми 1,
вают заготовки 2 (эскиз а),
либо автономно установлен-
ные правильные кольца 1
(эскиз б) с прижимом 2.
Кольцо, перемещается при
радиальном движении илн
при движении по дуге. На
двухднсковых станках
самоустанавли Бающимися
правильными шестерня-
ми 2 по поверхностям ниж-
него 1 и верхнего 3 прити-
ров (эскиз в).
Шестерни 2 перемещают-
ся за счет принудительного
вращения вокруг своей осн
н вместе с условным води-
лом вокруг оси притира от
звеньев рабочего исполни-
тельного механизма стан-
ка 4 и 5
оконча-
Применяют для
тельной правки в процессе
доводки иа однодисковых и
периодической на двухди-
сковых станках. Погреш-
ность формы 0,002—
0,020 мм для притиров
диаметром 300—1000 мм
Недостаток: значитель-
ная трудоемкость правки,
появление накопленной
погрешности формы по-
верхности притиров в виде
конусообразное™
344
Продолжение табл. 10.2
Способ правки
притиров
Тип доводочного станка
и тип приспособления
устройства
Характеристика способа,
достигаемая точность
правки поверхностей
притиров
e=vor
Правка «при-
тир по притиру»
На двухдисковых стан-
ках при периодическом вза-
имном смещении осей верх-
него 1 и нижнего 2 прити-
ров и взаимной их правки
Применяют как предва-
рительную или оконча-
тельную правки в зависи-
мости от требований по
точности обработки дета-
лей. Недостаток: значи-
тельная трудоемкость
IP
а)
одноднсковых стан-
б)
2 3
В)
помощью
правильного
кольца и допол-
нительной на-
грузки на кольцо
На
ках специальными приспо-
соблениями с периодическим
изменением эпюры распре-
деления давления ролика 1
устройства нагружения на
правильное кольцо 2 в за-
висимости от формы н на-
правленности износа поверх-
ности притира 3 (эскиз а).
Прнменяют для оконча-
тельной правки поверхно-
стей притиров, погреш-
ность формы поверхностей
притиров после правки
0,002—0,005 мм для при-
тиров диаметром 100—
300 мм
345
Продолжение табл. 10.2
Способ правки притиров Тип доводочного станка и тип приспособления устройства Характеристика способа, достигаемая точность правки поверхностей притиров
На двухдисковых стан- ках эксцентрикового типа с помощью эксцентрично (эксцентриситет е^ прило- женной нагрузки на верх- ний притир 1, заготовки 2 н нижний притир 3 с по- мощью эксцентрикового или рычажного устройства 4 (эскиз б, в)
Примечание, t и S — соответственно толщина срезаемого слоя и подача при протачивании поверхности притира резцом нлн смещении правкль- | ного кольца; ton, окр — соответственно угловые скорости притира н шлифо- вального круга; й)к, (t>1, <й2» <а8 — угловые скорости звеньев исполнительного механизма станка; Р — нагрузка.
Первую осуществляют на чугунных притирах, шаржированных
последовательно тремя абразивными составами на основе электро-
корунда 24А зернистостью М7 и одним на основе электрокорунда
24А зернистостью М5. Доводку ведут абразивной смесью на основе
пасты ГОИ зернистостью М5 (3 г), двух капель керосина (1 г)
и пяти капель бензина (2,5 г). Смесь тщательно растирают ват-
ным тампоном до полного испарения бензина. Продолжительность
доводки 4—5 мин (съем материала 1—1,5 мкм) до получения раз-
мера D^b°0Q05-
Вторую осуществляют на чугунных притирах, шаржированных
последовательно двумя абразивными составами на основе электро-
корунда 24А зернистостью М7 и двумя составами на основе элект-
рокорунда 24А зернистостью М5. Доводку ведут абразивной сме-
сью на основе пасты ГОИ зернистостью М5 (3 г), одной капли
керосина (0,5 г), пяти капель бензина (2,5 г). Смесь тщательно
растирают ватным тампоном по поверхности чугунных притиров.
Доводку ведут за два-три перехода по 3 мин каждый (съем мате-
риала 0,3 — 0,5 мкм за каждый переход) и доводят размер до
номинального.
Чугунные притиры притирают по мере их изнашивания, т. е.
после получения разброса между стальными проволочками по диа-
метру 0,2 мкм. Механизация процесса доводки проволочек позво-
лила снизить трудоемкость доводки проволочек и повысить произ-
водительность труда в 1,5—2 раза по сравнению с ручной доводкой.
Механизация процесса правки рабочей поверхности притиров.
Восстановление исходной геометрической формы рабочих поверх-
ностей притиров осуществляют следующими способами.
346
1. Путем проточки резцом, после чего проводят взаимную
притирку притиров с подачей абразивных суспензий.
2. На специальных однодисковых станках с правильными коль-
цами или на оптических шлифовально-полировальных станках
ШПЗ-350М, ШПЗ-500 и др.
3. С помощью специальных правильных колец в зависимости
от типа доводочного станка: либо непрерывно в процессе обработки
на однодисковых станках с правильными кольцами (3930, 3804,
3808, 3806, 3804 и др.), либо периодически на планетарных стан-
ках через определенные интервалы времени правильными коль-
цами-шестернями, которые помещают между притирами вместо
сепараторов.
4. Периодическое на двухдисковых станках с вращающимися
притирами посредством смещения осей верхнего и нижнего при-
тиров и взаимной их правки с подачей абразивной суспензии.
5. По методу трех плит (метод Витворта).
Принципиальные схемы и технологические возможности при-
нудительной правки рабочих поверхностей притиров непосред-
ственно на доводочных станках приведены в табл. 10.2.
chipmaker.ru
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
ТИПОВЫХ ПРЕЦИЗИОННЫХ ДЕТАЛЕЙ МЕТОДАМИ ДОВОДКИ
1. Условные обозначения:
Slf S2, Ss — соответственно продольная, поперечная и вер-
тикальная подачи шлифовального круга;
S, Sz — соответственно подача инструмента;
окр, ов. кр — соответственно скорость шлифовального и ве-
дущего кругов;
v — скорость резания;
°ок> °вп — соответственно скорость вращательного и воз-
вратно-поступательного перемещения хонинго-
вальной головки;
р — давление прижима абразивного инструмента
(притира);
vnp, ив. Пр — соответственно скорость вращательного и воз-
вратно-поступательного движения притира;
°ваг (Лваг) — скорость (частота вращения) заготовки;
°жнс (пинс) ‘— скорость (частота вращения или число двойных
ходов в минуту) инструмента;
пс — частота вращения привода сепаратора;
t — толщина срезаемого слоя;
i — число проходов.
2. Характеристики абразивных инструментов выбирать по
ГОСТ 2424—84 (шлифовальные круги), 2456—82 (шлифовальные
бруски), 2447—82 (шлифовальные головки), 3647—80 (зерновой
состав шлифовальных материалов), 9206—80 (порошки алмазные).
3. Рекомендуется применять абразивные круги классов точ-
ности А и АА.
4. При выборе материала зерен абразивного круга возможны
замены электрокорунда белого марки 24А на марку 25А или моно-
корунд 45А.
348
5. Для предварительной доводки применять чугуны с перлит-
ной структурой.
6. В скобках указаны модели станков, выпускаемых промыш-
ленностью в настоящее время, и характеристика шлифовального
круга для возможной замены.
7. Характеристики применяемых алмазных паст должны соот-
ветствовать ГОСТ 25593—83Е.
8. Класс точности станков должен соответствовать
ГОСТ 8—82Е.
Продолжение примж. 1
Технологический процесс обработки опорной поверхности детали «Кольцо опорное» в условиях серийного производства. Материал — сталь 13ХМН2В2 (HRC8 55—60)
037 S о (o'
Операция механической обработки Оборудование Инструмент Припуск на обра- ботку, мкм Режим Эскиз
Токарная: обточить наруж- ный диаметр за- готовки в раз- мер /; отрезать заготовку в раз- мер 2 Т окар но-револь вер- ный станок 1А340 (1В340Ф30) Резец с пластиной из Т15К6 До 800 1. S = 0,2 мм/об; »ваг= 45 м/мин 2. 3 = 0,06 мм/об 6,3, ( V 5
©-
а 0J7 ” to'
Цементация и дробеструйная обработка
Шлифовальная: шлифовать по- верхность А де- тали; шлифовать вторую поверх- ность детали в размер 3 Плоско-шлифо- вальный станок ЗБ722 (ЗЛ722ВФ2) Шлифовальный круг ПП 450X 63X 203; 24А40-ПСМ15К5 290—350 окр = 30 м/с; Зг = 16 м/мин; 32 = 16 мм/ход; Ss = 0,05 мм/ход Ап. 4,5 8 Г 5
8? Шлифовальная: шлифовать по- верхность А де- тали с Ra = = 2,5 мкм; шли- фовать вторую поверхность дета- ли в размер 4 Плоско-шлнфо- вальный станок ЗБ722 (ЗЛ722ВФ2) Шлифовальный круг ПП 450X63X203; 24А40-ПСМ15К5 290—355 «кр = 30 м/с; 8Д = 16 м/мин; S, = 16 мм/ход; S, = 0,02 мм/ход
\11\0,0114 /.25,
Й § § оз"
Термообработка — закалка до HRCa 54 ... 58
Доводочная: довести опорную поверхность де- тали в размер 5 Доводочный ста- нок ЗБ814 (ЗЕ816); чугунный притир шаржированный аб- разивной пастой Микропорошок 24АМ14 (1920 г); олеиновая кислота (1200 г); стеарин (800 г); эмульгатор (90. г) 45—65 »пп = 40 мин"1; р = 200 кПа 1» 10,00514 ©
( 0,(6,
Г,
Й] о,/о4 «С э а
Доводочная: довести опорную поверхность де- тали в размер 6 Доводочный ста- нок ЗБ814 (ЗЕ816); чугунный притир, шаржированный аб- разивной пастой Микропорошок 24АМ7 (1040 г); оле- иновая кислота (1200 г); стеарин (520 г); эмульгатор (80 г) До 5 Дпр = 40 мин-1; р = 100 кПа
... ©
1 "’7
о,о^ В Э 1
352
Продолжение прилож. 1
В +1 to. 0,01, ' V ’ и ОМОНА Типовой технологический процесс обработки плоскопараллельных мер длины 1-го класса точности размера от 1,6 до 2 мм в условиях массового производства (пример — обработка мерительной поверхности плоскопараллельных мер длины размера 1,6 мм). Материал — сталь ШХ15 (HV 800)
и 0Л003
I
' [J]
Наименование операции механической обработки Оборудование Инструмент Припуск на обра- ботку, мкм Режим Эскиз
Заготовительная: разрезать заго- товку детали в размер 1 Фрезер но-отрез- ной станок Фреза отрезная с пластиной из Т15К6 — и = 26 м/мин; Sz = 0,01 мм/зуб + + «о с 2,s/
zn X_j
)
Термообработка — нормализация, отжиг
Виброобработка
Шлифовальная: шлифовать пер- вую измеритель- ную поверхность, снимая половину припуска; Плоско-шлифо- вальный станок 3701, (ЗД710В); маг- нитный стол Шлифовальный круг ПП 200 X 25X 76 24А40-ПС15Б 350—700 Икр — 35 м/с; Sj = 16 м/мин; S2 = 8 мм/ход; Зз = 0,05 мм/ход
+ + to о Q ’,25/ »] доф ।
1 ।
шлифовать вто- рую измеритель- ную поверхность детали в раз- мер 2 ______
Термообработка — закалка _
Шлифовальная: шлифовать пер- вую измеритель- ную поверхность детали, снимая половину припу- ска; шлифовать вто- рую измеритель- ную поверхность детали в раз- мер 3 Плоско-шлифо- вальный станок 3701 (ЗД710В); маг- нитный стол Шлифовальный круг ПП 200X25X76; 24А40-ПС15Б 180—250 цк = 35 м/с; St = 16 м/мин; S, = 2 мм/ход; Ss = 0,012 мм/ход
1 0.021A
Й5 o’cf + + to q Ц 0,02
1 . J
Старение
Доводочная: довести измери- тельные поверх- ности детали в размер 4 Доводочный ста- нок планетарного типа ЗБ814; притир чугунный перлитно- феррнтный; абра- зивная суспензия Электрокорунд белый 24АМ28 (1,5 кг); керосин (30 л); стеарин (300 г); масло вере- тенное (8 л) 60—90 Лпп = 41 мин-1; р = 800 кПа; лс = 10 мин-1 SS to 0,32/ тишал
D\0.003
1 1
) [J]
Продолжение прилож. 1
Наименование операции механической обработки Оборудование Инструмент Припуск на обра- ботку, мкм Режим Эскиз
Доводочная: довести измери- тельные поверх- ности детали в размер 5 Доводочный ста- нок эксцентриково- го типа 3814Б; при- тир чугунный; абра- зивная суспензия Электрокорунд белый 24АМ10 (1 кг); керосин (30 л); масло вере- тенное (3 л); стеа- рин (300 г) 18—32 пс = 2,4 мин-1; р = 200 кПа §1 сс 0,!е/ //WP О 0002
। ।
5)
Доводочная: довести измери- тельные поверх- ности детали в размер б Доводочный ста- нок эксцентрикового типа 3814Б; прити- ры чугунные, шар- жированные абра- зивом Электрокорунд белый 24АМ7 или монокорунд 44АМ7. Смазывание прити- ров при доводке смесью стеарина с керосином 4,5—9,5 «с = 2,4 мин-1; р = 100 кПа §§ 4Q- сГсз + + со •'~Г' d Ч 0,00! \ А 3 0.001
1 1
) [Ь
Доводочная: довести измери- тельные поверх- ности детали в размер 7 Доводочный ста- нок конструкции Д. С. Семенова (3814Б); притиры чугунные, шаржи- рованные абразивом Электрокорунд белый 24АМ2 или монокорунд 44АМ2. Смазывание прити- ров при доводке смесью стеарина с керосином 1,6-3,2 ппр = = 10—20 дв. х/мин; р = 100 кПа II Со е / с 0,04, 0,04\ 1\аооо1
chipmaker, ru
Доводочная: довести измери- тельные поверх- ности детали в размер 8 Доводочный ста- нок конструкции Д. С. Семенова; при- тиры чугунные, пер- лнтно-ферритиые шаржированные аб- разивом Электрокорунд белый 24АМ2—Ml или монокорунд 44АМ2. Смазывание притиров при довод- ке смесью стеарина с керосином 0,7 ппр — = 10—20 дв. х/мнн; р = 100 кПа Зо сэ о cfci + ‘А 0,02, ' V // О олШ 0,0001
1
[Ь
Доводочная: довести измери- тельные поверх- ности детали в размер 9 Доводочный ста- нок конструкции Д. С. Семенова (3814Б); притиры чугунные перлитно- ферритные, шаржи- рованные абразивом Электрокорунд белый 24АМ1 илн монокорунд 44АМ1. Смазывание прити- ров при доводке смесью стеарниа с керосином 0,1—0,7 ппр = = 10—20 дв. х./мин; р = 100 кПа 1 +1 Со
шшшв
рЩОООЗ
1
J) |4
W 0,0006 1. § 0,04/ S', . 'У Типовой технологический процесс обработки измерительной поверхности про- волочек для измерения среднего диаметра резьбы (например, для проволочек диаметром 1,553 мм) в условиях серийного производства. Материал — сталь У12А
Операция механической обработки Оборудование Инструмент Припуск на обра- ботку, мкм Режим Эскиз
Токарная: обточить поверх- ность в раз- мер /; отрезать заго- товку в раз- мер 2 Токарный автомат 1Б10В (1В06А) Резец с пластин- кой из Т15К6 азаг = 20 м/мин; 1. S = 0,1 мм/об; 2. S = 0,08 мм/об )
_ 40,210,5 . ?'
Г* *1
П родолжение прилож. 1
Операция механической обработки Оборудование Инструмент Припуск на обра- ботку, мкм Режим Эскиз
Термообработка — закалка, отпуск, HRC3 58—64
Шлифовальная: шлифовать из- мерительную по- верхность в раз- мер 3 Б есцентр ово-ш л и - фовальный станок ЗД180 (ЗЕ 180В) Шлифовальный круг ПП 200X40X76; 24А16-НСТ37К5 250—380 цКр =35 м/с; Цц, кр = 0,4 м/с; i = 1 ► L )
1
4
Шлифовальная: шлифовать из- мерительную по- верхность в раз- мер 4 Бесцентрово-шли- фовальный станок ЗД180 (ЗЕ180В) Шлифовальный круг ПП 200 X 40 X 76 24А16-НСТ38К6 41—91 ^кр = 35 м/с; ив. кр = 0,4 м/с; i — 1 1 ы\ оме | J g 0,1^ s.
ь
Доводочная: довести измери- тельную повер- хность заготов- ки в размер 5 Доводочный ста- нок конструкции Д. С. Семенова, при- тиры чугунные, шаржированные аб- разивом 24АМ7 Паста ГОИ 4— 5 мкм 5,5—9,5 пПр = 20 ход/мии; р' = 200 Н/м , 1 ЗЩЮ061 ( )
chipmaker.ru
Доводочная: Доводочный ста- Паста ГОИ 1- 0,5-1 _ ЗО^од/мнн; В s 3* § Ы\0,0006 | у
довести измери- нок конструкции 2 мкм Р
тельную по- Д. С. Семенова, при- , 0,04/ S ।,
готовки в раз- шаржированные аб-
мер 6 разивом 24АМ7 ©
Хромирование. Толщина слоя хрома иа сторону 0,002 мм
Доводочная: Доводочный ста- Паста ГОИ 4- 0,7-1,2 "п? = 20 ход/мин; П—1 Я рог|Д00061
довести измери- нок конструкции 5 мкм Р тельную по- Д. С. Семенова; при-
верхность за- тиры чугунные, 4— 1 • ‘-г1 .
готовки в раз- шаржированные аб-
мер 7 разивом 24АМ7
Доводочная: Доводочный ста- Паста ГОИ 1— 0,5—1,3 ппр = ^ход/мии, ,, 1 |о| 0,00061 t
довести измерн- нок конструкции 2 мкм Р
тельную по- Д. С. Семенова; при- 1 -х
верхность за- тиры чугунные,
готовки в раз- шаржированные аб-
мер 8 разивом 24АМ7 (Ь
4-\0М02\
§Типовой технологический процесс окончательной обработки наружной поверхности плуи-
5 жеоа в условиях массового производства.
, Материал — сталь 111X15 HRCa 56—60 W - S3 — ‘
Продолжение прилож. 1
Операция механической обработки Оборудование Инструмент Припуск на обра- ботку, мкм Режим Эскиз
Токарная: обточить наруж- ный диаметр заготовки в размер 1 Токарный полу- автомат 170817 (1713П) Резцы проходной, подрезной с пла- стинкой из Т15К6 — S = 0,2 мм/об; i = 1; v = 22 м/мин е
- —1
ь
Шлифовальная: шлифовать на- ружный диа- метр заготов- ки в размер 2 Бесцентровошли- фовальный станок ВШ721 Шлифовальный круг ПП 400X160X203; 24А16-ПСТ17К5 (63С16-ПСТ17К5) 320—150 ркр = 25 м/с; «в. кр = 0,4 м/с; 8 ад* - аоЗ
о 0,03
1,25.
( _г Ь
Шлифовальная: шлифовать на- ружный диа- метр в раз- мер 3 Кругло-шлнфо- вальный станок ЗЕ12 (ЗУ12УА) Шлифовальный круг ПП 350X40X 127; 24А25-ПС25К5 (24А25-ПСТ15К5) 130—90 Окр —73 31,5 м/с; у3.зг =0,5 м/с; Sj — 2,75 мм/мин С
ИР'Ч
'Ц'
11—^1 I—~1 1
11—-41 L_J г
С )
Термообработка
Шлифовальная: шлифовать на- ружный диа- метр в раз- мер 5 Б есцентрово-шл и- фовальный станок ВШ721 Шлифовальный круг ПП 400X160X203; 24А25-ПС25К5 (24А25-ПСТ15К5) 50—80 ^кр — 33,3 м/с; ^в. кр = 0*4 м/с; i = 1 С -\аоов\
0,63
-II П 1 1
И—ч 1—1
( ).
Шлифовальная: шлифовать на- ружный диа- метр в раз- мер 6 Бесцентрово-шли- фовальный станок ВШ721 Шлифовальный круг ПП 400X160 X 203; 24А16-ПС27К5 28—52 ркр = 33,3 м/с; »в. кр = °-4 м/с: i = 1 с о to;
0,32. V-,
-Д
( )
Доводочная: довести наруж- ный диаметр детали в раз- мер 7 Доводочный ста- нок ЗБ814 Доводочная паста АСМ14/10 До 21 «пр = 4’ мии“/ п- = 48 МИИ-1; р' = 600 Н/м 1 1 -100Й/
НИИ
0.16, 1 V-n
1
( ь
Доводочная: довести наруж- ный диаметр в размер 8 Доводочный ста- нок (специальный) Доводочная паста АСМ7/5 До 21 Машинно-ручная доводка лааг = 2000 мин-1 S ад* S FTW
о [0.001
0,08, ' V-,
д — —-Ч
(
Доводочная: довести наруж- ный диаметр в размер 9 Доводочный ста- нок ЗБ814 Доводочная паста АСМ2/1 До 16 «пр = Ц мии-1! пе= 10 мин-1; рг = 200 Н/м £ ад °
3
&
П родолжение прилож. I
|пи®и|
Типовой технологический процесс окончательной обработки наружной поверхности
золотника в условиях мелкосерийного производства.
Материал — сталь ХВГ HRC3 58—64
Операция механической обработки Оборудование Инструмент Припуск на обра- ботку, мкм Режим Эскиз
Токарная: обточить наруж- ную поверх- Токар ио-ре- вольверный ста- нок 1Д325П Проходной резец с пластинкой из Т15К6 — v = 50 м/мии; t = 1 мм; 8 = 0,3 мм/об
а сГ S 25,
иость в раз- мер 1 (1Д325ПЦ) ( Л j1
Шлифовальная: шлифовать на- ружную по- верхность в размер 2 Бесцентрово- шлифовальный станок ЗМ182 (ЗМ182А) Шлифовальный круг ПП 350X100X 203; 24А25-НС27К5 340—580 = 35 м/с; ив. кр = 0,5 м/с; S -|о.о/ I
o|o,gz 1
/А
_J 1 ‘ L1 1_[О) Л !
Термообработка
Шлифовальная: шлифовать на- ружную по- верхность в размер 4 Кругло-шлифо- вальный станок ЗЕ 12 (ЗУ12УА) Шлифовальный круг ПП 350X40X127; 24А16-ПСТ17К5 (24А16-ПСТ27К5) 320—415 t 8,= 1,37мм/мии; от = 30 м/с; %.г= 0,5 м/с
Шлифовальная: шлифовать на- ружную по- верхность в размер 5 Бесцентрово- шлифовальный станок ЗШ182 (ЗЕ183ШВ) Шлифовальный круг ПП 350X 300X 203 24А16Н—С27К5 35—65 окп = 35 м/с; нв.кр= 0,5 м/с
8 1 Доводочная: 1 довести наруж- ную поверх- ность в раз- мер 0* Доводочный станок ЗБ814 Доводочная паста АСМ7/5 Со- гласно разме- ру, за- данно- му сбор- кой = 41 мин;1; р' = 200 Н/м; пс= 10 мии-1
«л ня о|ода 1
со' о.ез,
( h bl 0.051
[-1/7/705’ I
CS со’ 0.32,
—1 г—у—гд
—
0 6,boot
§ Продолжение прилож. 1
i gj о
0,^ /1 0.02 Ь - ловерхяоета плунжер. д„«„р0, ,
—
Операция механической обработки Оборудование Инструмент Припуск на обра- ботку, мкм Режим Эскиз
Токарная: обточить наруж- ный диаметр в размер 1 Токарно-ре- вольверный ста- нок 1М318 (1Е316П) Резец проходной с пластинкой из Т15К6 — v = 50 м/мии S = 0,25 мм/об t = 1 мм ГГ. «N С>
1—
с:
Термообработка HRC8 54—58. Обработка холодом
Шлифовальная: шлифовать на- ружный диа- метр в раз- мер 2 Кругло-шлифо- вальный станок ЗА10П (ЗУ 10В) Шлифовальный круг ПП 200X 20X 75; 24А16-ПСТ17К5 (24А16-ПСТ27К5) 200—450 Оцр — 35 м/с; Рэаг = 0.5 м/с; Ss = 0,02 мм/об. заг. i = 1 е- О -э- 2)
Шлифовальная: шлифовать на- ружный диаметр в размер 3 Кругло-шлифо- вальный станок ЗА10П (ЗУ10В) Шлифовальный ППМОХ 63X76 24А25-ПСМ15К5 (24А25-ПСМ25К5) 200—280 °кр ~ 85 м/с; 'заг — 0'5 м/с; S2 = 0,01 мм/об. заг.; i = 1 |ol 6,Ь1 I 1 D
С
Шлифовальная: шлифовать на- ружный диаметр в размер 4 Кругло-шлифо- вальный станок 3182 (ЗМ182А) Шлифовальный круг ПП 300Х 63Х 127; 24А10-ПСТ17К5 (24А10-ПСТ127К5) 80—125 окр = 35 м/с; озаг ~ 0>5 м/с; S2 = 0,005 мм/об. заг.; 1 = 1 § i)
1—
bz -Zj
1/1№ (
Доводочная: довести наруж- ный диаметр в размер 5 Доводочный станок ЗБ814; пр итиры чугун- ные, шаржиро- ванные абразив- ной пастой Микропорошок 24АМ10 (1040 г); олеиновая кислота (600 г); стеарин (320 г); эмульгатор (40 г) 25—48 «пп = 81 мин-1; р' = 400 Н/м; п0 = 48 мии-1 J to 0,16/ s 1 'У !
L
Доводочная: довести наруж- ный диаметр в размер 8 Доводочный станок ЗБ814; притиры чугун- ные, шаржиро- ванные абразив- ной пастой Микропорошок М5 (2000 г); олеи- новая кислота (1320 г); стеарин (600 г); эмульгатор (80 г) 2—13 n_D = 41 мин-1; р' = 200 Н/м; пе= 10 мин-1 1 gj 0.06, S’ D
Г"
"’ГЬ
Щ0.02 | (
363
Продолжение прилож. 1
chipmaker.ru
— Ш6\
0 0М02\
Типовой технологический процесс окончательной обработки отверстия втулки плунжера
в условиях массового производства.
Материал — сталь ХВГ, HRC3 58—64
Операция механической обработки Оборудование Инструмент Припуск и а обра- ботку, мкм Режим Эскиз
Хонинговальная: хонинговать отвер- стие в размер 1 Хонинговальный станок 3820 Бруски алмазные АБХбОхЗхЗХ 1,5X4 АСК160/125 До 90 иок = Ю м/мин; р = 500 кПа; &вп = 5 м/мин Si - 0,01 о 0Л06 >>>У///А < or
'ъ.
Q
Хонинговальная: хонинговать отвер- стие в размер 2 Хонинговальный станок 3820 Бруски алмазные АБХбОХЗХЗХ 1,5X4 АСВ80/63 До 46 оОк — 12 м/мни; р = 300 кПа; овп = 6 м/мин S (Z -1 0/)1
Доводочная:
довести отверстие
в размер 3
Станок для довод-
ки отверстий 3820-Д
Доводочная паста
24АМ40/28
20—40
оПр = 7,5 м/мии;
овп = 6 м/мин;
р = 200 кПа
R - \0D031
s- EWill
s 1L — 1 у
5 - -Щ? ? o\M02
S
6.16,
СО
СП
ел
Доводочная:
довести отверстие
в размер 4
Доводочная:
довести отверстие
в размер 5
Доводочная:
довести отверстие
в размер 6
Станок для довод-
ки отверстий 3820-Д
Станок для довод-
ки отверстий 3820-Д
Станок для довод-
ки отверстий
ОФ-61А
Доводочная паста
24АМ40/28
10—30
Доводочная паста
24АМ20/14
Доводочная паста
АСМ2/1
6—31
До 17
оПр= 12 м/мии;
= 8 м/мин;
р = 200 кПа
рпр = 12 м/мин;
Овп = 10 м/мин;
р = 200 кПа
g \-\Ш011
&
т
0,0В,
vnp = 12 м/мнн;
°вп= 10 м/мин;
р = 200 кПа
а
Продолжение прилож. 1
& + to О S @041 ’777777777777777777. Типовой технологический процесс окончательной обработки отверстия гильзы ги- дрораспределительного устройства в условиях мелкосерийного производства. ппо Материал — сталь 15ХА. НРС» 58—62
Операция механической обработки Оборудование Инструмент Припуск иа обра- ботку, мкм Режим Эскиз
Хонинговальная: хонинговать от- верстие в раз- мер 1 Хонинговаль- ный станок 3820 Бруски алмазные АБХ50Х2Х2Х 1X3 До 200 °ок = '0 м/мин; р = 500 кПа; °вп = 5 м/мии S - 0.01 о\0,02
с ) _V
Доводочная: довести отвер- стие в размер 2 Станок для до- водки отверстий 3820Д Доводочная паста АСМ60/40 80—170 «ов = 7,5 м/мин; пвп = 6 м/мин; р = 200 кПа г 8- еп W w 7772 72227777722777
<Z
Доводочная: довести отвер- стие в размер 3 Станок для до- водки отверстий 3820Д Доводочная паста АСМ28/20 До 45 °ок = Ю м/мии; овп — 8 м/мин; р = 300 кПа 1 о? - Q @ W >[o,ool\ Х7//2 0.16,
chipmaker.ru
Доводочная: довести отвер- стие в размер 4 Станок для до- водки отверстий 3820Д Доводочная паста АСМ14/10 До 41 »ок ~ 12 м/мин; »пп = 1° м/мии; р — 300 кПа 1 WJiSSk
Г
* TT777777777777ZZZZ. ЯЛА.
t р-
777222222222/2^2.22л
So G, Технологический процесс обработки отверстия гильзы гидрораспределителя в условиях иели-лгрПИЙНОГО ппоизводства.
Матери ал — сталь ШХ15, HRC3 56—60
0,001 \
P7777777777777ZZZZ^
Операция механической обработки Оборудование Инструмент Припуск иа обра- ботку, мкм Режим Эскиз
Сверлильная: сверлить отвер- стие в раз- мер 1 Токарио-ре- вольверный ста- нок 1А340 (1В340Ф30) Сверло диаметром 5,6 мм из Р6М5 — S = 0,08 мм/об и — 12 м/мии S. to га
’ZZZZZZZZZZZZZZZZZZ.
Термообработка HRC3 54—58. Обработка холодом
Продолжение прилож. 1
Операция механической обработки Оборудование Инструмент Припуск и а обра- ботку, мкм Режим Эскиз
Шлифовальная: Внутри-шлифо- Головка шлифо- 220—318 °кр = 20 м/с; 1 г i е
шлифовать от- верстие в раз- мер 2 вальный станок 3225П (ЗК225ВФ2) вальиая AW4X4X10X4 24А25-ПСМ17К6 °заг = 0.25 м/с; S2 = 0,005 мм/ход; $1=5 мм/об. заг. ( '/////////7/777///, !,2S,
ь
Хонинговальная: хонинговать от- верстие в раз- мер 5 Хонинговаль- ный станок 3820-1 Брусок шлифо- вальный БП 2Х 3 X 40 63С20-ПСМ17К6 (63С20-ПС17К6) 52—83 о ок = Ю м/мии; оВп = 4 м/мии; р = 400 кПа +" ©, с V////////////7/777.
^77777777777777
Доводочная: довести отвер- стие в раз- мер 4 Станок для до- водки отверстий 3820Д; притир чугунный, регу- лируемый, шар- жированный аб- разивной пастой Микропорошок 24АМ7 (2200 г); олеиновая кислота (1200 г); стеарнн (530 г); эмульгатор (80 г) 3—20 »ок'= Ю м/мин; °вп = 8 м/мии; р = 300 кПа 1 5g (* 1 1
)
|ЁгёЙЙ|
Доводочная:
довести отвер-
стие в раз-
мер 5
Станок для до-
водки отверстий
3820Д; притир
чугунный шар-
жированный аб-
разивной пастой
Микропорошок
24АМ7 (500 г); олеи-
новая кислота
(1800 г); стеарин
(900 г)
оок = 40 м/мии;
овп = 12 м/мин;
р = 200 кПа
'77/777777/777777^
- ’7^7/777777/777777
Технологический процесс механической обработки внутренней шаровой поверхности в усло-
виях мелкосерийного производства.
Материал — сталь ЗОХГСА, НВ 220—240
Операция механической обработки Оборудование Инструмент Припуск на обра- ботку, мкм Режим Эскиз
1
Токарная: сверлить отверстие 1 Токарный станок 16К20 (16К20ВФ1) Сверло диаметром 12 мм из Р6М5 $ = 0,1 мм/об; о = 24 м/мии к и + сэ о.
Токарная: расточить отвер- стие, выдержи- вая размеры 1 и 2 Токарный станок 16К20 (16К20ВФ1) Резец расточной с пластинкой нз Т15К6 16 900— 17 200 S = 0,05 мм/об; v = 132 м/мин - (ТУ / V'e Z Л L + J
Продолжение прилож. 1
Операция механической обработки Оборудование Инструмент Припуск иа обра- ботку, мкм Режим Эскиз
Токарная: точить сферу пред- варительно под термообработку, выдерживая раз- мер 1 Токарный станок МК-6751 (16К20ВФ1) Резец с пластин- кой из Т15К6 6470—5950 S = 0,04 мм/об; о = 132 м/мин №7*0,25® RzBO,
Термообработка
Токарная: точить сферу, вы- держивая раз- мер 1 Токарный станок МК-6751 (16К20ВФ1) Резец с пластин- кой из Т15К6 300—1320 S = 0,02 мм/об; о = 132 м/мии R27,^0’0^) &
Доводочная: довести сферу, вы- держивая размер 1 Сферошлифоваль- ный станок ЛЗ-98 Притир чугунный сферический; паста 24АМ63 565—605 vaar = 24 м/мии; р = 200 кПа
Доводочная: довести сферу, вы- держивая размер 1 Станок ЛЗ-98 Притир чугунный сферический; паста 24АМ28 10 °ваг = 24 м/мии; р = 200 кПа d -ya +0,005 0,63/
Доводочная: довести сферу окон- чательно, выдер- живая размер 1 Станок ЛЗ-98 Паста 24АМ10 2 »заг = 24 м/мии; р = 100 кПа 4/
055-о,оз2 30-0,100 \ Техиологичес -- в условиях М кий процесс механической обработки наружной сферической поверхности елкосерийного производства. сталь 13Х14НЗВ2ФР
во' J Материал —
Операция механической обработки Оборудование Инструмент Припуск на обра- ботку, мкм Режим Эскиз
Заготовительная: отрезать заготовку иа длину 80 мм Токарный станок 16К20 (16К20ВФ1) Резец с пластин- кой из Т15К6 — 5 = 0,1 мм/об; v = 120 м/мчн Rz80/ § )
Токарная: обточить поверх- ность, выдержи- вая размер / Токарный станок 16К20 (16К20ВФ1) Резец с пластин- кой из Т15К6 1500— 1550 S = 0,2 мм/об; v = 45 м/мии RZ2O/
с?' к ь
С
Продолжение прилож. I
Опер щи я механической обработки Оборудование Инструмент Припуск на обра- ботку, мкм Режим Эскиз
Шлифовальная: шлифовать поверх- ность размер 1 Бесцентрово-шли- фовальный станок 3182 (ЗМ182А) Шлифовальный круг 24А16С1К 100—175 икр === 35 m/cj «В.кр= ^/с И S Uo 1,25, $ V ?'
С
Токарная: точить конус, вы- держивая разме- ры 1 и 2 Токарный станок 1К62 (16К20ВФ1) Резец с пластин- кой из Т15Ко 4500 S = 0,05 мм/об; о — 120 м/мин 5* Eg.s 1 с L 5
Токарная: точить конус, вы-. держивая разме- ры 1 и 2 Токарный станок 1К62 (16К20В11) Резец с пластин- кой из Т15К6 9100 S = 0,05 мм/об; о = 120 м/мин 4, Л S
э
Токарная: точить сферу, вы- держивая раз- мер / Токарный станок 1К62 (16К20ВФ1) Резец с пластин- кой из Т15К6 75—150 S = 0,05 мм/об; о = 120 м/мин /<ъ
Термообработка
Шлифовальная: шлифовать сферу, выдерживая раз- мер 1 Сферошлифоваль- иый станок Л 3-98 Специальный шлифовальный ин- струмент со сфери- ческим профилем 24А16С16К 100—160 пзаг = 24 м/мин L 0 S6-<№ Q
Доводочная: довести сферу, вы- держивая раз- мер / Специальный ста- нок Чугунный при- тир; паста 24АМ28 6—50 °заг = 24 м/мин; р = 300 кПа /0 гс-0,030
Доводочная: довести сферу, вы- держивая раз- мер 1 Специальный ста- Чугунный при- тир; паста 24АМ10 2—1 о8аг = 24 м/мии; р = 100 кПа °’'<L
нок / 0 ГГ-0,035 :зй~ 0,100 ф
Продолжение прилож. I
Технологический процесс обработки исполнительных поверхностей детали
«Пластина светозащитная».
Материал — стекло К108.
Параметры качества обработки поверхностей Л и Б:
Nz=Ns=4, AVz=AN£=0,4, PZ=PB=IV
Операция Оборудование» инструмент Характеристика СОЖ, абразива или суспензии Припуск иа обра- ботку, мкм Режим Эскма
Фрезерная: фрезеровать по- верхность А в размер / Станок «Алмаз-70»; фреза алмазная (АС 100/80) диаме- тром 40 мм Эмульсия 5 %-иая из эмульсола ЭГТ 1 °заг = 0,02...0,12 м/с («заг = S -30 мии-1); «пне = 4,0 м/с («ине — 980 мин"1) Rz2^/ )
\0 # # 0\
ч»
Фрезерная: Станок «Алмаз-70»; Эмульсия 5 %-ная 1 °ваг = 0,02...0,12 м/с
фрезеровать по- верхность Б в размер 2 фреза алмазная (АС 100/80) диаме- тром 40 мм из эмульсола ЭГТ (Тир- = 5...30 мин-1); «инс = 4,0 м/с («ине = 980 мин-1) |/ 1
сэ оэ1 —
Склеивание в столбик
Кругленне: круглить на- ружный диа- метр в раз- мер 3 Круг алмазный АПП 100/80 Эмульсия 5 % -ная из эмульсола ЭГТ 1 «ззр — 0,5...15 м/с; «инс = 20...30 м/с; Sx = 1...3 м/мчи; S, = 0,01... 0,1 мм/дв. X.
а 2 > 3
Расклеивание деталей
Промывка
Фасетироваиие: сиять фаски с двух сторон в размер 4 Станок ОС-3527; чаша с алмазонос- ным слоем (АСМ 100/80) Вода — (п = 150...200 мин-1) о = 0,6...1,8 м/с 0,5*45°
L 0 & # # L >Н4)
Наклеивание на планшайбу
Шлифование: шлифовать за трн перехода до получения ровной мато- вой поверх- ности А в раз- мер 5 Станок ШП-350; притир диаметром 350 мм Водная суспензия иа основе электро- корунда 24А зер- нистостью М28, М14, М10 0,3 («заг = 80...30 мни-1); «заг = 2,6...1 м/с; ^инс = 199... 40 дв. ход/мнн^ «И дв. ход/с 4 „ (5 )
\0 0 0 0 1
чГ 00“
Полирование: полировать по- верхность А до получения прозрачной поверхности с N = 4; AN = = 0,4; Р = IV Станок ШП-350; полировальник смо- ляной диаметром 350 мм Водная суспензия иа основе полирита (язаг = 30...15 мни-1); «заг = 1 • "0,5 м/с; яинс = 40... 20 дв. ход/мни -X Rz0,05,
\0 0 0 0
З1 «3*
375
Продолжение щ илож. 1
3
о>
Операция Оборудование, инструмент Характеристика СОЖ, абразива или суспензии Припуск иа обра- ботку, мкм Режим Эскиз
Лакировка защитной поверхности А
Повторное наклеивание
Шлифование: шлифовать за три перехода до получения ровной мато- вой поверх- ности Б в размер 6 Станок ШП-350; притир диаметром 350 мм Водная абразив- ная суспензия иа основе электроко- рунда 24А зерни- стостью М28, М14, М10 0,3 (яваг = 80...30 мин-1); °ваг = 2.6...1 м/с; ЯИНС = 40... 100 дв. ход/мии р
^1
А/ 'о'.ов 5- +1
Полирование: полировать по- верхность Б до получения прозрачной поверхности с ^ = 4; Д^ = = 0,4;Р= IV Станок ШП-350; полировальник смо- ляной Водная абразив- ная суспензия иа основе полирита — (язаг = 30...15 мии-1); °ваг — 1 ... 0,5 м/с; яинс = 40... 20 дв. ход/мин 1 0 ] >
Лакировка защитной поверхности Б
Расклеивание
Промывка
Фасетироваиие:
нанести фаску
в размер 7
Станок ОС-350.
Чаша с алмазонос-
ным слоем
Вода
(п= 150...200 мни-1);
о = 0,6...0,8 м/с
Технологический процесс обработки исполнительной поверхности оптической детали
«Зеркало».
Материал — ситалл СО115-М.
Параметры качества обработки поверхности A: Na = 1, А/*аст—0,3 на диаметре
290 мм, Ра — И.
Операция Оборудование, инструмент Характеристика СОЖ, абразива или суспензии Припуск на обра- ботку, мкм Режим Эскиз
1 1 II
0,3
Шлифование:
шлифовать
перехода
лучения
матовой
иости Б
мер 1
за три
до по*
ровной
поверх-
в раз-
Станок ПД500М;
притир диаметром
350 мм
водная абразив-
ная суспензия иа
основе электроко-
рунда белого 24А
зернистостью М28,
М14, М10
Рэаг — 2,5...! м/с;
«ине = 60 дв. ход/мин
Продолжение прилож. 1
Операция Оборудование, инструмент Характеристика СОЖ, абразива или суспензии Припуск на обра- ботку, мкм Режим Эскиз
Наклеивание
Шлифование: шлифовать (соблю- дая переходы) до получения ров- ной матовой по- верхности А в размер 2 Станок ПД-500М; притир диаметром 350 мм Водная абразив- ная суспензия на основе электроко- рунда белого 24А зернистостью М28, М14, М10 0,3 нзаг = 2.5...1 м/с; °инс = 60 дв. ход/мин \ 0> 6\/ 0 0 0 0 | i
Расклеивание
Фрезерование: фрезеровать по- верхность А в размер 3 Фреза алмазная АЧК АС 100/80, угол наклона оси фрезы к оси заго- товки а = Г 45'±5' Эмульсия 5 % -иая из эмульсола ЭГТ 3,4 узаг = 0,1...0,5 м/с; ^инс “ ж to -® л
Наклеивание иа планшайбу
chipmaker, ru
Шлифование: шлифовать за три перехода до по- лучения ровной матовой поверх- ности А в раз- мер 4 Станок ПД-500М; притир диаметром 350 мм Водная абразив- ная суспензия иа основе электроко- рунда белого 24А зернистостью М28, MI4, М10 0,2 о8аг = 2...1 м/с; Пине = 60 дв. ход/мии Ду—@ л <§7
Полирование: полировать поверх- ность А до по- лучения прозрач- ной поверхности с ли=1; ДЛГа0Т = 0,3 мм иа диаметре 290 мм; Р = II Станок ПД-500М; полировальник смо- ляной Водная абразив- ная суспензия иа основе полирита оааг = 0,5...0,3 м/с; «ине = 30 дв. ход/мии л 7 RX°^1
Расклеивание
Центровка
Кругление
Лакировка поверхности А защитная
Шлифовка острых кромок
379
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ОБРАБОТКИ КВАРЦЕВОГО ПЛОСКОГО
И ПЛОСКОВЫПУКЛОГО ПЬЕЗОЭЛЕМЕНТОВ
Плоский ККЭ: отклонение от плоскостности Дпл = 0,27...0,5 мкм, разнотол-
щинность не более 0,3 мкм
Технологический процесс изготовления плоско-выпуклого ККЭ аналогичен
плоского ВД.Э но операциям '1—'13,
далее операции: 14 — предварительная обработка сферы; 15 — получистовая
доводка сферы; 16 — чистовая доводка н полирование с фиксацией частоты
колебаний; 17—сортировка ККЭ по частоте колебаний
% Операция 1 Оборудование Инструмент Припуск на обра- ботку, мм Режим Параметры обработки
1. Разметка секции кварцевой ориенти- рованной 2. Измерение (пло- скости YZ и УХ) 3. Резка секции на фракции 4. Склеивание фрак- ций в пакет и на- клеивание на плату 5. Резка пакета фракций на заго- товки 6. Шлифование кон- тура пакета заго- товок и фаски 7. Расклейка пакета иа заготовки 8. Исправление угла среза (снятие клииа) 9. Измерение 10. Предваритель- ная доводка 11. Получистовая доводка 12. Измерение 13. Кругление па- кета до заданного диаметра 14. Чистовая довод- ка 15. Химическая очистка ККЭ и посадка по частоте 16. Сортировка ККЭ по частоте 17. Окончательная доводка или полиро- вание Пьезометр, держа- тель секции Станок штрипсовой резки 06ППЛ-820-012 Наклеенный пост, электроплитка Станок алмазно-от- резной К8611 Плоскошлифовальный станок ЗГ71 Наклеечный пост, электроплитка Доводочный станок К3840 Пьезогоииометр, дер- жатель ККЭ Доводочный станок К3840, 06-ППЛ-372-002 Доводочный станок К3840, (К3827) Пьезогониометр дер- жатель ККЭ Круглошлифоваль- ный станок ЗА10П Доводочный станок К3827 или КЗА914 Модернизированный комплекс Сортировщик МГС 2000 Доводочный станок К3827 или КЗА914 Штрнпс 410Х 7Х 0,26, суспензяя микропо- рошка 63СМ10 Мастика СМ-1 Алмазный круг АОК 315/250 Ml 25 % Алмазный круг АПП АС 125/100 Ml 100 % Водная суспензии мнкропорошка ал- маза АСМ 28/20 Кварцевый эталон Водная суспензия микропорошка алма- за АСМ 20/14, 14/10 или 24А (63С) М20-М14 Водная суспензия микропорошка алма- за AC Ml 0/7—7/5 или 24А М10—М7 Алмазный круг АПП АСМ 60/40—40/28 Водная суспензия микропорошка 24А М10—М5 Бифторид аммония Водная суспензия микропорошка 24А МЮ— М5, палитра, двуокиси церия 0,4 0,8 0,5 0,2 До 0,5 До 0,5 До 0,5 200— 800 кГц ±20 кГц 2—5 мки иа сто- рону икр = 5 м/с; р = 5...10 Н е = 120°с Оцр = 30 м/с 3 = 500 мм/мнн; Р = 40...60 Н Si = 10...15 м/мин; S2 = 1...1.5 м/мин; 3. = 0,15 мм/дв. ход = 120 °C v = 0,6...1,2 м/с; р = 20...35 кПа v — 0.6...1,2 м/с; р = 35...50 кПа v = 0,6...1,2 м/с; р — 30...40 кПа о.., = 0,2...0,3 м/с 8аг3,= 0,01... 0,003 мм/дв. ход; v = 1,6...2,5 м/с v = 1,6...2,5 м/с; р = 9,8...30 кПа Rz = 3,5 МКМ /?а=0,4...1 мкм Ra = 0,165 мкм ±1' Разброс по толщине А/ = ±5 мкм, р азнотолщиииость ДТ = 0.5...1 мкм Ra — 0,1...0,16 мкм Д/ = ±5 мкм ДТ = 0,5...1 мкм ±1' Ra = 0,63...0,2 мкм Сколы ие более 0,1 мм ±15 кГц
chipmaker.ru
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Бахтиаров Н. И., Логинов В. Е. Производство и эксплуатация преци-
зионных пар. М.; Машиностроение, 1979. 204 с.
2. Дальский А. М. Технологическое обеспечение надежности высокоточных
деталей машин. М.: Машиностроение, 1975. 224 с.
3. Доводка прецизионных деталей машин/П. Н. Орлов, А. А. Савелова,
В. А. Полухнн, Ю. И. Нестеров. Под ред. Г. М. Ипполитова. М.: Машино-
строение, 1978. 256 с.
4. Кремень 3. И. Выбор оптимальных условий абразивной доводки//Вестник
машиностроения. 1960. № 5. С. 48—49.
5. Мельник В. П. Управление формообразованием при тонкой доводке
направляющего отверстия распылителя форсункиУУДвигателестроение, 1981.
№ 2. С. 43—45.
6. Механическая обработка деталей из керамики и ситаллов/В. А. Хруль-
ков, В. А. Тародей, А. Я. Головань, Ю. М. Буки. Саратов: Изд-во Саратов-
ского ун-та, 1975. 350 с.
7. Орлов П. Н., Данилов И. И. Повышение точности обработки кремние-
вых пластин большого диаметра после алмазного полированияУ/В кн.: Обработка
материалов резанием. МДНТП, 1980. С. 112—114.
8. Орлов П. Н., Назаров Н. Г. Механизация абразивной доводки преци-
зионных деталей//В кн.: Состояние и перспективы развития инструментального
производства. МДНТП. 1981. С. 48—53.
9. Орлов П. Н., Сагателян Г. Р., Шлыков Н. М. Влияние кинематических
факторов доводки кольцевых поверхностей корпусных деталей на параметры
качества обработки//В кн.: Прогрессивные конструкции режущих инструментов
и рациональные условия эксплуатации. МДНТП. 1983. С. 84—90.
10. Орлов П. Н., Смирнов В. Н. Механизация и автоматизация процесса
обработки фаски на полупроводниковых дисках//В кн.: Алмазно-абразивная
обработка в машиностроении. МДНТП. 1982. С. 72—79.
11. Орлов П. Н., Смирнов В. Н. Механизация абразивной обработки сфери-
ческих поверхностей тонких деталей из хрупких материалов//В кн.: Прогрес-
сивные конструкции режущих инструментов и рациональные условия их эксплуа-
тации. МДНТП. 1983. С. 91—97.
12. Орлов П. Н., Утепбергенов И. Т. Оптимизация режимов доводки плоских
деталей на доводочных станках с применением ЭВМУУВ кн.: Процессы и обору-
дование алмазно-абразивной обработки. М.: Издание ВЗМИ. 1982. Вып. 6.
С. 39—45.
13. Пании Г. И. Автоматизация процессов доводки топливной аппара-
турыУУВ кн.: Алмазно-абразивная обработка в машиностроении. МДНТП. 1982.
С. 59—66.
14. Панин Г. И., Фефелов Н. А. Механизация и автоматизация процессов
обработки прецизионных деталей. Л.: Машиностроение, 1972. 342 с.
15. Панин Г. И., Мельиик В. П., Дмитриев В. В. Станки для доводки высо-
коточных отверстий прецизионных деталей топливной аппаратурыУУСтанки и
инструмент. 1979. № 7. С. 12—14.
16. Проников А. С. Надежность машин. М.: Машиностроение, 1978. 591 с.
17. Тамбулатов Б. Я. Доводочные станки. М.: Машиностроение, 1980. 160 с.
18. Технология оптических деталей/М. Н. Семибратов, В. Г. Зубаков,
С. К. Штандель, С. М. Кузнецов: Под общ. ред. М. Н. Семибратова. М.: Машино-
строение, 1978. 415 с.
19. Хрульков В. А., Головаиь А. Я., Федотов А. И. Алмазные инструменты
в прецизионном приборостроении. М.: Машиностроение, 1977. 223 с.
20. Ящерицын П. И., Зайцев А. Г., Барбатько А. И. Тонкие доводочные
процессы обработки деталей машин и приборов. Минск: Наука и техника, 1976.
326 с.
382
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение.......................................................... 3
Глава 1. Технологические возможности доводки ........................ Б
1.1. Область применения доводки........................... Б
1.2. Методы доводки...................................... 24
1.3. Особенности доводки................................. 27
Глава 2. Доводочные станки и их технологические возможности .... 43
2.1. Типы доводочных станков и их исполнительные меха-
низмы ................................................... 43
2.2. Однодисковые плоскодоводочиые станки.......... 4Б
2.3. Основные конструкции устройств нагружения... Б7
2.4. Двухдисковые доводочные станки................ 65
2.5. Наладка исполнительных механизмов двухдисковых »
доводочных станков............................ 80
2.6. Станки для доводки цилиндрических отверстий ... 83
2.7. Станки для доводки внутренних конических поверх-
ностей .................................................. 94
2.8. Притиры для доводки плоских и наружных цилиндри-
ческих поверхностей ..................................... 96
2.9. Притиры для доводки отверстий................. 99
2.10. Наладка исполнительных механизмов доводочцых стан-
ков .....................................•.............. 105
Глава 3. Кинематика доводочных станков............................. 117
3.1. Кинематические факторы процесса доводки плоских
поверхностей ........................................... 117
3.2. Определение длины траектории точки поверхности при-
тира при ее движении по заготовке....................... 133
3.3. Исследование кинематических факторов процесса до-
водки цилиндрических и сферических поверхностей . . 135
3.4. Классификация исполнительных механизмов доводоч-
ных станков............................................. 137
Глава 4. Моделирование процесса доводки и параметры качества обра-
ботки деталей...................................................... 143
4.1. Принципы моделирования процесса.................... 143
4.2. Зависимость показателей абразивного изиашиваиия
твердых материалов от характера изменения скорости
относительного движения................................. 149
4.3. Параметры качества поверхностного слоя деталей после
доводки и полирования .................................. 165
4.4. Влияние особенностей работы зерен абразивной про-
слойки на показатели процесса доводки ....... 182
4.Б. Влияние скорости движения заготовки иа шаржиро-
вание зерен абразива .................................
Глава 5. Показатели точности доводки поверхностей и факторы, влияю-
щие па качество обработки ......................................... 189
5.1. Закономерности процесса формообразования поверх-
ностей при односторонней доводке ................... 189
383
chipmaker.ru
5.2. Закономерности процесса формообразования поверх-
ностей при двусторонней доводке ................... 200
Глава 6. Формообразование поверхностей деталей при доводке........ 218
6.1. Пути стабилизации точности обработки деталей при до-
водке ................................................. 218
6.2. Математическое описание изменения формы поверх-
ностей притиров и заготовок во времени................. 219
6.3. Расчет формы поверхности притира.................. 225
6.4. Динамика процесса взаимного сближения притиров
при абразивном изнашивании в процессе двусторонней
доводки................................................ 233
6.5. Определение формы обработанной поверхности детали 252
6.6. Формообразование внутренних цилиндрических поверх-
ностей при доводке .................................... 254
Глава 7. Высокоэффективные способы доводки деталей и их технологи-
ческие возможности................................................. 261
7.1. Доводка деталей, основанная иа последовательном из-
менении кинематического режима обработки............... 261
7.2. Зональная доводка деталей, основанная на обработке
заготовок различными зонами рабочей поверхности
притира ............................................... 265
7.3. Доводка деталей с циклическим изменением давления,
скорости и тангенциального ускорения относитель-
ного движения заготовки и притира...................... 266
7.4. Доводка деталей с периодическим восстановлением
режущей способности абразивных притиров............... 268
7.5. Доводка деталей с периодическим изменением зазора
между поверхностями притира и заготовкой............... 270
7.6. Двусторонняя доводка тонких пластин, дснованная иа
силовой разгрузке сепаратора........................... 273
7.7. Плоскопараллельная доводка деталей на двухдисковых
станках .......................................... 274
7.8. Плоскопараллельная доводка деталей на однодиско-
вых станках ........................................... 275
7.9. Доводка цилиндрических поверхностей............... 277
7.10. Доводка конических поверхностей.................. 277
Глава 8. Стабилизация параметров качества доводки деталей.......... 280
8.1. Стабилизация точности формы обработанной поверх-
ности .................................................. 280
8.2. Выбор кинематических режимов цикла доводки плоских
деталей на станках ЗЕ816, ЗД817......................... 285
8.3. Примеры внедрения новых способов доводки и станков
в промышленности...................................... 287
Глава 9. Проектирование ихнологической операции догидки деталей по
их эксплуатационным характеристикам........................ 297
9.1. Доводка плоской поверхности фрикционного диска. . 297
9.2. Механическая обработка магнитного диска памяти ЭВМ 316
Глава 10. Механизация и автоматизация технологического процесса до-
водки .............................................................. 327
Приложение 1. Технологические процессы изготовления типовых преци-
зионных деталей методами доводки.................................... 348
Приложение 2. Технологический процесс обработки кварцевого плоского
и плосковыпуклого пьезоэлемеитов.................................... 380
Список литературы.................................................. 382