Influence of the geometric characteristics of the discontinuous profile working surfaces of abrasive wheels for precision and temperature when grinding

Abstract

Grinding is the most common finishing method for hardened steel parts. Grinding is accompanied by a large heat release in the cutting area, under the influence of which structural changes appear in the thin surface of the processed parts, tensile stress and even microcracks, which significantly reduce the operational reliability of machines that include these parts. The use of abrasive wheels with an intermittent working surface makes it possible to reduce the temperature in the area of contact of abrasive grains with the material of the workpiece and, as a consequence, stabilize the quality of the surface layer of the workpieces. High-frequency vibrations in the elastic system of the machine, accompanying the work of an intermittent wheel, are a positive factor that reduces the energy consumption of the grinding process. However, under certain conditions of dynamic interaction of the tool with the workpiece, parametric resonance may occur, which worsens the geometric and physical-mechanical parameters of the quality of the surface layer of the processed part. The aim of the work is to realize the possibility of predicting the quality parameters of the surface layer of parts during intermittent grinding by studying the influence of the design features of the macrotopography of the working surface of abrasive wheels and processing modes on the nature of the dynamic interaction of the tool with the workpiece and the heat stress in the cutting area. It was found that the parametric vibrations of the elastic system of the machine tool can be shifted to a more stable area, due to an increase in the number of interruptions of the working surface of the abrasive whee l with a constant ratio of the length of the protrusions and depressions. The increase in the number of breaks on the wheel also contributes to a decrease in temperature in the cutting area. It was found that to maintain the stable operation of the elastic system of the machine, it is necessary to reduce the number of cavities on the grinding wheel with an increase in the cutting speed. However, both of these actions are accompanied by an increase in the heat stress of the grinding process. It has been experimentally established that for ordinary (pendulum) grinding, it is possible to achieve an increase in processing productivity by increasing the speed of the longitudinal movement of the table.Шліфування є найбільш поширеним методом фінішної обробки деталей із загартованих сталей. Шліфування супроводжується виділенням великої кількості тепла в зоні різання, під дією якого в тонкому поверхневому шарі оброблених деталей виникають структурні зміни, напруження розтягу і навіть мікротріщини, що істотно знижують експлуатаційну надійність машин до складу яких входять ці деталі. Застосування абразивних кругів з переривчастою робочою поверхнею дозволяють знизити температуру в зоні контакту абразивних зерен з матеріалом деталі і, як наслідок стабілізувати якість поверхневого шару оброблюваних деталей. Високочастотні коливання в пружній системі верстата, які супроводжують роботу переривчастого круга, є позитивним чинником, що знижує енергоємність процесу шліфування. Однак, при певних умовах динамічної взаємодії інструментуіз заготовкою може виникнути параметричний резонанс, який погіршує геометричні і фізико-механічні параметри якості поверхневого шару обробленої деталі. Метою роботи є реалізація можливості прогнозування параметрів якості поверхневого шару деталей при переривчастому шліфуванні за рахунок вивчення впливу конструктивних особливостей макротопографіі робочої поверхні абразивних кругів та режимів обробки на характер динамічної взаємодії інструменту з заготівкою і теплонапруженність у зоні різання. Встановлено, що параметричні коливання пружної системи верстата можна зрушити в більш стійку область за рахунок збільшення кількості переривань робочої поверхні абразивного круга при незмінному співвідношенні протяжності виступів і западин. Збільшення числа розривів у крузі сприяє також зниженню температури в зоні різання. Встановлено, що для підтримки стійкої роботи пружної системи верстата необхідно при збільшенні швидкості різання зменшувати число западин на шліфувальному крузі. Однак, обидві ці дії супроводжуються збільшенням теплонапруженості процесу шліфування. Експериментальним шляхом встановлено, що для звичайного (маятникового) шліфування можна домогтися підвищення продуктивності обробки за рахунок збільшення швидкості поздовжнього переміщення робочого столу.