Спосіб визначення температури шліфування

Реферат: Спосіб визначення температури шліфування включає вимір потужності, яка витрачається на шліфування, обчислення площі плями контакту між кругом та заготовкою, що залежить від глибини шліфування; визначення щільності теплового потоку шляхом ділення обмірюваного значення потужності на обчислену площу плями контакту; визначення часу дії теплового джерела шляхом ділення довжини контакту в напрямку вектора швидкості заготовки на величину цієї швидкості. Глибину шліфування визначають за допомогою приладу активного контролю, наприклад тактильного датчика торкання, і обчислюють температуру шліфування за рівнянням зв'язку між цією температурою, з одного боку, і щільністю теплового потоку та часом дії теплового джерела, з іншого боку. UA 88351 U (54) СПОСІБ ВИЗНАЧЕННЯ ТЕМПЕРАТУРИ ШЛІФУВАННЯ UA 88351 U UA 88351 U 5 10 15 Корисна модель належить до галузі механічної обробки матеріалів, зокрема до технології плоского шліфування важкооброблюваних матеріалів на плоскошліфувальних верстатах з хрестовим столом і горизонтальним шпинделем, які оснащені системами автоматичного регулювання та діагностики, наприклад системами ЧПК. Відомо спосіб визначення температури шліфування за допомогою напівштучної термопари, яка встановлена в оброблюваний зразок [1, с. 115]. При цьому величина температури пропорційна термоЕДС термопари. Недоліком цього способу є неможливість його використання у виробничих умовах при обробці реальних заготовок, а не лабораторних зразків, у які вбудовують термопари. Найбільш близьким за технічною суттю та результату до об'єкта, що заявляється, є спосіб визначення температури [1, с. 132], що включає вимір потужності, яка витрачається на шліфування, обчислення площі плями контакту між кругом та заготовкою, що залежить від глибини шліфування; визначення щільності теплового потоку шляхом ділення обмірюваного значення потужності на обчислену площу плями контакту; визначення часу дії теплового джерела шляхом ділення довжини контакту в напрямку вектора швидкості заготовки на величину цієї швидкості. При цьому T 20 2q V 22H  2q a ,   (1) 2 де q - щільність теплового потоку, Вт/м ; 2 а (м /с), λ (Вт/м·°С) - коефіцієнти температуро- і теплопровідності, відповідно; τ - час дії теплового джерела, с. D  tл V  h , 2h  D  t л ,   , 2a V де D - діаметр шліфувального кола, мм; V - швидкість поздовжнього переміщення стола верстата (швидкість деталі), м/хв; t л - глибина шліфування по лімбу верстата, мкм. Тут H  25 Недоліком цього способу є невизначеність параметра t л - глибини шліфування. Відомо [2], що глибина шліфування t л , встановлена по лімбу верстата, не збігається з фактичною глибиною шліфування t ф через вплив пружних відтискань шліфувального круга в радіальному 30 35 40 45 50 напрямку. Відомо, наприклад [2], що пружні відтискання збільшуються зі збільшенням швидкості деталі. Задача корисної моделі є розробка способу визначення температури, що включає вимір потужності, яка витрачається на шліфування, обчислення площі плями контакту між кругом та заготовкою, що залежить від глибини шліфування; визначення щільності теплового потоку шляхом ділення обмірюваного значення, потужності на обчислену площу плями контакту; визначення часу дії теплового джерела шляхом ділення довжини контакту в напрямку вектора швидкості заготовки на величину цієї швидкості, при цьому глибину шліфування визначають за допомогою приладу активного контролю, наприклад, тактильного датчика торкання і обчислюють температуру шліфування за рівнянням зв'язку між цією температурою, з одного боку, і щільністю теплового потоку та часом дії теплового джерела, з іншого боку, що дозволяє підвищити точність визначення температури шліфування. Технічний ефект пояснюється тим, що відповідно до пропонованої корисної моделі точність визначення температури шліфування підвищується тому, що в рівняння зв'язку між температурою шліфування, з однієї сторони та щільністю теплового потоку і часом дії теплового джерела, з іншого боку входить фактична, а не лімбова глибина шліфування. Особливістю процесів абразивної обробки (шліфування), у порівнянні із процесами лезової обробки, є порівнянність величин припуску, що знімається, (10…60 мкм) і пружних відтискань шліфувального круга від заготовки, що оброблюється. Тому, фактична глибина шліфування завжди менше глибини шліфування, яка встановлена по лімбу верстата, на величину зазначених пружних відтискань [2]. При цьому величина пружних вітискань (різниця між фактичною та встановленою по лімбу верстата глибинами шліфування) зростає зі збільшенням швидкості поздовжнього переміщення стола верстата (швидкість деталі). Саме фактична глибина шліфування визначає геометричні параметри зони контакту, що безпосередньо 1 UA 88351 U 5 10 15 впливають на щільність теплового потоку та час його дії. Використання лімбової глибини шліфування замість фактичної призводить до похибки визначення температури шліфування. Поставлена задача вирішується тим, що в способі визначення температури, що включає вимір потужності, яка витрачається на шліфування, обчислення площі плями контакту між кругом та заготовкою, що залежить від глибини шліфування; визначають щільність теплового потоку шляхом ділення обмірюваного значення потужності на обчислену площу плями контакту; визначають час дії теплового джерела шляхом ділення довжини контакту в напрямку вектора швидкості заготовки на величину цієї швидкості, згідно з корисною моделлю одночасно визначають фактичну глибину шліфування, тобто не по лімбу верстата, а за допомогою приладу активного контролю, наприклад, тактильного датчика торкання, і обчислюють температуру шліфування за рівнянням зв'язку між цією температурою, з одного боку, і щільністю теплового потоку та часом дії теплового джерела, з іншого боку. У видозміненому варіанті корисної моделі фактичну глибину шліфування визначають за емпіричною залежністю, яку отримують попередньо, наприклад, методом планування експерименту у вигляді y z t ф  Сt  t х t  V t  Snt , л (2) де t л - глибина шліфування по лімбу верстата, мкм; V - швидкість поздовжнього переміщення стола верстата (швидкість деталі), м/хв; Sn - поперечна подача, мм/хід; С t , x t , 20 y t , z t - коефіцієнти. В іншому видозміненому варіанті корисної моделі потужність, яка витрачається на шліфування, визначають за емпіричною залежністю, яку отримують попередньо, наприклад, методом планування експерименту у вигляді х y z P  Сp  t лp  V p  Snp , (3) 25 де t л - глибина шліфування по лімбу верстата, мкм; V - швидкість поздовжнього переміщення стола верстата (швидкість деталі), м/хв; Sn - поперечна подача, мм/хід; Сp , x p , 30 y p , z p - коефіцієнти. Для всіх перерахованих варіантів температуру шліфування визначають на поверхні та по глибині поверхневого шару залежно від часу дії теплового джерела τ за формулою [3, с 149] T 35  x  2q a , ierfc     2 a  (4) де x - розмірна координата, що визначає глибину поверхневого шару, м; 2  P - щільність теплового потоку Вт/м ; q F  - коефіцієнт тепловводу; 2 F  D  t ф  Sn - площа контакту, мм . t ф - фактична глибина шліфування, мм - час впливу теплового джерела, с. V На поверхні при x=0 формула (4) приймає вид (1). Тобто за формулою (1) можна визначати максимальну температуру шліфування. Наприклад, при плоскому шліфуванні спосіб реалізують таким чином. Обробляють призматичний зразок розміром 20×10×140 мм зі сталі ХВГ твердістю HRC 54…56 на плоскошліфувальному верстаті мод. 3А722В. Шліфувальний круг ПП 390×63×120 мм із характеристикою 25А40СМ1К5. Температуру шліфування визначають за формулою (4).  40 45 D  t ф  10  6  60 2 UA 88351 U Залежність потужності різання Ρ від режимних параметрів t л , V , Sn для плоского шліфування отримано експериментально і характеризується наступним рівнянням зв'язку для інтервалів 4≤Sn≤20 мм/хід; 7,3≤V≤18,3, м/хв; 10≤tл≤60, мкм     P  50 e1,133675  t 0,2998280,287088lnV   V0,50279  Sn0,3532280,28768415ln t  , л (5) 5 Також експериментально встановлено рівняння зв'язку між лімбовою t л і фактичною t ф глибинами шліфування  t ф  e0,0551 t1,33512  V0,76564 , л 10 15 20 25 (6) Враховуючи формули (1) - (6) для D=0,4 м; V=18,3 м/хв; Sn=20 мм/хід; tл=60 мкм; λ=29,3 6 2 Вт/м·°С; ψ=0,9; а=4,19·10 м /с (сталь ХВГ твердістю HRC 54…56) знайдемо максимальні температури шліфування (х=0) у двох випадках: з урахування фактичної глибини шліфування tф=27,002 мкм, яка визначається за формулою (6), та без врахування, тобто при tл=60 мкм. У першому випадку: час впливу теплового джерела τ=0,011 с; потужність шліфування 6 2 P=3804 Вт; щільність теплового потоку q=52,09-10 Вт/м ; максимальна температура 6 2 шліфування T=426,238 °C. У другому τ=0,016 с; Р=3804 Вт; q=34,94·10 Вт/м ; T=349,11 °C. Таким чином, врахування фактичної глибини шліфування tф, при визначенні температури шліфування дозволило підвищити точність визначення температури шліфування на 18 % (Τ=426,23 8 °C замість T=349,11 °C). Джерела інформації: 1. Сипайлов, В.А. Тепловые процессы при шлифовании и управление качеством поверхности / В.А. Сипайлов. - М.: Машиностроение, 1978. - 167 с. 2. Бишутин, С.Г. Технологическое обеспечение параметров состояния поверхностей деталей машин при шлифовании / size-2>http://users.kpi.kharkov.ua/cutting/articles. 3. Лыков, А.В. Теория теплопроводности / А.В. Лыков. - М: "Высшая школа, 1967. - 600 с. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 30 35 40 1. Спосіб визначення температури шліфування, що включає вимір потужності, яка витрачається на шліфування, обчислення площі плями контакту між кругом та заготовкою, що залежить від глибини шліфування; визначення щільності теплового потоку шляхом ділення обмірюваного значення потужності на обчислену площу плями контакту; визначення часу дії теплового джерела шляхом ділення довжини контакту в напрямку вектора швидкості заготовки на величину цієї швидкості, який відрізняється тим, що глибину шліфування визначають за допомогою приладу активного контролю, наприклад, тактильного датчика торкання, і обчислюють температуру шліфування за рівнянням зв'язку між цією температурою, з одного боку, і щільністю теплового потоку та часом дії теплового джерела, з іншого боку. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що фактичну глибину шліфування визначають за емпіричною залежністю, яку отримують попередньо, наприклад, методом планування експерименту у вигляді t ф  Сt  t х t  V t  Snt , л y 45 де t л - глибина шліфування по лімбу верстата, мкм; V - швидкість поздовжнього переміщення стола верстата (швидкість деталі), м/хв; Sn - поперечна подача, мм/хід; С t , x t , y t , z t коефіцієнти. 3. Спосіб за п. 2, який відрізняється тим, що потужність, яка витрачається на шліфування, визначають за емпіричною залежністю, яку отримують попередньо, наприклад, методом планування у вигляді х 50 z y z P  Сp  t лp  V p  Snp де t л - глибина шліфування по лімбу верстата, мкм; V - швидкість поздовжнього переміщення стола верстата (швидкість деталі), м/хв; Sn - поперечна подача, мм/хід; Сp , x p , y p , z p коефіцієнти. 4. Спосіб за пп. 1, 2, 3, який відрізняється тим, що температуру шліфування визначають за формулою 3 UA 88351 U  x  2q a , ierfc     2 a  2 де q - щільність теплового потоку, Вт/м ; T  5    a м 2 с ,  Вт м С - коефіцієнти температуро- і теплопровідності, відповідно; x - розмірна координата, м;  - час дії теплового джерела, с, причому  P q , F де  - коефіцієнт тепловводу; 2 F  D  t ф  Sn - площа контакту, мм . 10 D - діаметр шліфувального круга, мм; t ф - фактична глибина шліфування, мм  D  t ф  10  6  60 V . Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4