Perm', Perm, Russian Federation
Perm, Perm, Russian Federation
Perm', Perm, Russian Federation
GRNTI 55.01 Общие вопросы машиностроения
GRNTI 55.13 Технология машиностроения
GRNTI 55.35 Металлургическое машиностроение
The paper reports the calculation-experimental method for the definition of abrasion layer wear parameters and presents the results of these parameters changes depending on machining conditions at globoidal gear honing. As a parameter for the definition working surface wear in a globoidal gear hone with organic rubber-based binding there is chosen a parameter widely used for the assessment of diamond tool wear – specific consumption of abrasion. The use of this parameter allows defining dimension wear of tool abrasion layer in a computation way, including operation surfaces of the globoidal hone.
abrasion wear, durability, specific consumption, gear honing
Введение
Износ и стойкость – важнейшие характеристики инструмента, обуславливающие себестоимость обработки и целесообразность применения инструмента в конкретном производстве. Определение параметров износа – сложная техническая задача [7, 8], особенно в случаях обработки сложнопрофильных деталей червячными абразивными инструментами [3], в т.ч. глобоидными абразивными червяками [1, 4, 5]. Поэтому необходимо оценить стойкость предложенного инструмента [1].
Износостойкость инструмента из сверхтвёрдых материалов принято оценивать стандартным параметров – удельным расходом абразива. Для определения удельного расхода абразива используют весовой или расчётный методы. Последний сопряжён с большим количеством измерений в расчётных сечениях и применяется при обработке простых поверхностей: плоскостей, цилиндров наружных и внутренних и т.п. Провести весь комплекс измерений с высокой точностью для поверхностей типа зубчатых колес не предоставляется возможным. Поэтому авторами использована методика непосредственного взвешивания, которая заключается в определении массы изношенной части инструмента как разности весов до и после эксперимента. Масса снятого металла GМ также определяется взвешиванием. Из весового износа необходимо выделить весовое содержание алмазов, поскольку известно только объёмное содержание алмазов и связки.
Методика определения удельного расхода
Для алмазных инструментов с относительной концентрацией 50 %, доля алмазов составляет 12,5 %. Общий вес определён по формуле
G = Gа + Gс,
где G – вес алмазоносного слоя, Gа – вес алмазов, Gс – вес связки.
Определим массу через объём и плотность:
V∙γ = Vа∙γа + Vс∙γс
где γ – средняя плотность алмазоносного слоя, г/см3; γа – плотность алмазов, г/см3; γс – плотность связки, г/см3; V – объём алмазоносного слоя, см3; Vа – объём алмазов, см3; Vс– объём связки, см3.
Объём алмазов Vа определяется по формуле:
,
где к – концентрация алмазоносного слоя.
Определим коэффициент приведения:
.
Для 50 %-ной концентрации
.
Средняя плотность алмазоносного слоя γ определяется экспериментом.
Для определения весового содержания алмазов в весовом износе алмазосодержащего слоя необходимо умножить величину весового износа на коэффициент приведения α. Формула для определения удельного расхода алмазов примет следующий вид:
Определение технологических характеристик необходимо для проектирования и оптимизации технологического процесса, а также для определения изменений износостойкости в зависимости от условий обработки (режимов резания, свойств и состояния обрабатываемого материала, характеристик инструмента).
Планирование и результаты эксперимента
Для получения регрессионной модели связывающей режимы обработки с интенсивностью удельного расхода абразива составлялись матрицы планирования в соответствии с работами [2, 6]. Пример регрессионного анализа результатов эксперимента с тремя повторами опытов для стали 45 (200…230 HB) представлен в табл. 1.
Табл 1.
Регрессионная модель для стали 45 приобретает следующий вид:
q = 0,375 +0,1713V + 0,1625 t, мг/г.
Работоспособность регрессионной модели подтверждена проверкой её адекватности (табл. 2).
Табл 2
На рис.1 представлена диаграмма, показывающая изменение удельного расхода алмазов в зависимости от свойств обрабатываемого материала и характеристик инструмента.
Рис. 1
Удельный расход алмазов при глобоидном зубохонинговании инструментами на упругой каучукосодержащей связке довольно велик. Наилучшие результаты при обработке цементированной закалённой стали 12ХН3А (58…62 HRC) обеспечивает эльборовый инструмент КР200/160 Р18 50% – q = 0,32 мг/г. Почти в 3 раза выше удельный расход алмазного инструмента АС6 125/100 Р18 50 % и в 4 раза ‒АС2 80/63 Р18 50 %.
Таким образом, с увеличением зернистости удельный расход инструмента при глобоидном зубохонинговании инструментами на упругой каучукосодержащей связке снижается. Сравнительный анализ удельного расхода инструмента АС6 125/100 Р18 50 % при обработке закалённой стали 12ХН3А (58…62 HRC) и стали 45 (200...230 HB) показал, что при обработке стали 45 удельный расход абразива в 2,5 раза ниже и достигает q = 0,376 мг/г. Это объясняется тем что наличие в материале твёрдых составляющих и увеличение твёрдости материала приводит к увеличению удельного расхода алмазов.
График, представленный на рис. 2, показывает значительное влияние на удельный расход величины радиального смещения t, определяющего усилие резания.
Рис. 2
С увеличением радиального смещения в пределах от 0,3 до 0,7 мм удельный расход алмазов возрастает на порядок и в большинстве случаев при t = 0,7 мм превышает допустимый критический удельный расход q = 1,0 мг/г.
На рис. 3 представлены графики зависимости удельного расхода при глобоидном зубохонинговании инструментами на упругой каучукосодержащей связке при изменении подачи инструмента.
Рис. 3
Как видно из графиков, изменение подачи в заданных пределах (1…3 мм/об) не оказывает существенного влияния на изменение удельного расхода абразива.
На рис. 4 представлены графики зависимости удельного расхода при глобоидном зубохонинговании инструментами на упругой каучукосодержащей связке при изменении скорости инструмента.
Рис. 4
При изменении скорости резания от 0,5 до 1,5 м/с удельный расход возрастает следующим образом: при возрастании скорости в 3 раза удельный расход возрастает в 1,5…2 раза и в большинстве случаев не выходит за пределы критических значений. Влияние скорости на удельный расход абразива значительно меньше чем влияние радиального смещения инструмента.
Наименьший удельный расход обеспечивается при обработке стали 12ХН3А (58…62 HRC) эльборовым инструментом КР200/160 Р18 50 %. Однако стоимость этого инструмента очень велика. Целесообразно использование алмазного инструмента той же зернистости, так как его стоимость в 25 раз ниже.
Выводы
Проведённые эксперименты по определению работоспособности глобоидного зубохонингования инструментами на каучукосодержащей связке подтвердили целесообразность использования новой технологии для отделочной обработки сложно-профильных зубчатых валов, например роторов винтовых забойных двигателей.
1. Bagaiskov, Yu.S., Genina, G.S., Zaev, V.F. Gear honing effectiveness increase with tools based on epoxide // Automotive Technology. Scientific-Tech. Proceedings. - M.: RIautoprom. - 1981. - No.2. - pp. 11-13.
2. Malikov, A.A., Sidorkin, A.V. Design peculiarities of diamond gear hone for cylindrical cog-wheel machining // TulaSU Proceedings. Engineering Sciences. - 2009. - No.2-2.
3. Spirin, V.A., Tsepkov, A.V. New method of globoidal worm processing with broach. Proceedings “Broach Effective-ness Increase”. - Riga, 1985. - pp. 18-21.
4. Tsepkov, A.V. Tool role in production of helical hydro-engines and pumps / A.V. Tsepkov, Yu.A. Korotaev // Finish-ing Quality Control. - Perm: PSTU Publishers, 1996. - pp. 241-248.
5. Prediction of worked surface roughness in rotors of screw bottom-hole engines at globoidal honing / V.A. Spirin [et al.]. // Bulletin of PSTU. - 2010. - Vol.12, No.5. - pp. 143-149.
6. Spiridonov, A.A. Experiment Planning at Engineering Process Investigation / A.A. Spiridonov. - M.: Mechanical Engineering, 1981. - pp. 184.
7. Yakimov, A.V. Profiled Surface Abrasive-Diamond Processing. M.: Mechanical Engineering, 1984. - pp. 311.
8. Spirin, V.A., Makarov, V.F., Khalturin, O.A. Involute profile globoidal honing // Science Intensive Technologies in Mechanical Engineering - 2019. - No.5(95). pp. 1923.
