plik Adobe PDF / Get full paper - Adobe PDF file

KOMISJA BUDOWY MASZYN PAN – ODDZIAà W POZNANIU
Vol. 29 nr 2
Archiwum Technologii Maszyn i Automatyzacji
2009
RYSZARD WÓJCIK
AKTYWNY POMIAR
WYDàUĩENIA I ODKSZTAàCENIA PàASZCZYZN
W PROCESIE SZLIFOWANIA OBWODOWEGO
W artykule zaprezentowano badania aktywnego pomiaru wydáuĪenia i odksztaácenia powierzchni
páaskich podczas procesu szlifowania. Zaprezentowano konstrukcjĊ przyrządu wykonanego do badaĔ.
Szlifowanie stali áoĪyskowych i kompozytów prowadzono z uĪyciem Ğciernic z ziarnem z elektrokorundu chromowego oraz Ğciernic modyfikowanych. Cieczą obróbkową byáa mgáa olejowa (MQL).
Sáowa kluczowe: szlifowanie, smarowanie minimalną iloĞcią oleju
1. WSTĉP
Istotnym elementem procesu szlifowania jest dobór wáaĞciwego cháodzenia.
Ciecz obróbkowa (CO) jest doprowadzana przez odpowiednio uksztaátowane
dysze w pobliĪe strefy kontaktu Ğciernicy z przedmiotem obrabianym [4 – 6].
NiezaleĪnie od rodzaju materiaáu i stosowanej cieczy obróbkowej, w zakresie
maáych prĊdkoĞci przedmiotu wystĊpują odksztaácenia (ugiĊcia) i wydáuĪenia, które
są trwaáym skutkiem procesu szlifowania. Zachodzące zmiany objĊtoĞciowe są informacją dla technologów i projektantów przyrządów mocujących lub ustalających
przedmiot w procesie szlifowania. Wzrost odksztaácenia powoduje zwiĊkszenie siáy
dziaáającej na elementy mocujące lub formujące, np. w formach wtryskowych.
W związku z tym zaprojektowano, wykonano i badano przyrząd do aktywnej kontroli odksztaáceĔ (ugiĊcia) i wydáuĪeĔ spowodowanych procesem szlifowania oraz
okreĞlenia trwaáych zmian, jakie zaszáy w materiale po szlifowaniu.
2. BADANIA DOĝWIADCZALNE
W badaniach zastosowano mgáĊ olejową (MQL) podawaną prostopadle do
obwodu Ğciernicy. Ich celem byáo okreĞlenie zmian przedmiotu, gáównie od Dr hab. inĪ. – Instytut Obrabiarek i Technologii Budowy Maszyn Politechniki àódzkiej.
74
R. Wójcik
ksztaáceĔ i wydáuĪenia materiaáów stopowych oraz kompozytów na bazie stali
szybkotnących, zachodzących podczas procesu szlifowania. Na rysunku 1
przedstawiono schemat stanowiska badawczego.
Badania prowadzono na szlifierce do páaszczyzn ze stoáem magnetycznym
SPD-30 produkcji polskiej. Na stole szlifierki ustawiono przyrząd do mocowania
próbek. WartoĞci odksztaáceĔ (ugiĊcia) i wydáuĪenia mierzono czujnikami firmy
Hommel z cyfrowym wyĞwietlaczem i dokáadnoĞcią pomiaru 0,001 mm. Dane
z czujników byáy przekazywane za pomocą przewodów do inerfejsu BOX-27,
który przetwarzaá dane, a nastĊpnie przesyáaá je do komputera. Do zbierania danych wykorzystano program Pomiar, który zapisywaá dane w postaci pliku tekstowego (rys. 1).
Rys. 1. Stanowisko pomiarowe z torem pomiarowym
Fig. 1. Experimental stand block diagram of measuring circuit
Rys. 2. Uchwyt z czujnikami pomiarowymi
Fig. 2. Clamping part with measuring sensors
Szlifowanie prowadzono w zakresie maáych prĊdkoĞci przedmiotu
(do vw = 0,1 m/s) i duĪych gáĊbokoĞci
szlifowania (ae = 0,05 mm), poniewaĪ przy tych parametrach szlifowana warstwa wierzchnia przedmiotu
jest bardzo obciąĪona cieplnie. Na
rysunku 2 zaprezentowano przyrząd z czujnikami do aktywnej
kontroli wydáuĪenia i odksztaácenia
(ugiĊcia) próbek oraz zmodyfikowaną ĞciernicĊ.
Do obróbki wybrano dwa materiaáy: stal HS 6-5-2 obrobioną ciepl-
75
Aktywny pomiar wydáuĪenia i odksztaácenia ...
nie do twardoĞci 60 HRC oraz kompozyt na bazie stali szybkotnącej ASP 60
o twardoĞci 75 HRC. GruboĞü próbki H = 2,8 mm, dáugoĞü L = 100 mm, ksztaát
próbek byá prostokątny.
Ciecz obróbkową (MQL) w postaci mgáy olejowej z minimalnym wydatkiem
wytwarzano za pomocą urządzenia firmy MicroJet.
Na zestaw Ğciernic z elektrokorundu chromowego (Ğciernica 25A 80G 12 VB)
skáadaáy siĊ trzy Ğciernice gruboĞci 15 mm oddzielone przekáadkami (szerokoĞü
zestawu Ğciernic wynosiáa 48 mm). Dwie Ğciernice byáy inaczej modyfikowane,
róĪny byá podziaá rowków na ich obwodzie (podziaá na 24 i 36). Trzecia Ğciernica
nie byáa modyfikowana, oznaczono ją jako BM.
ĝciernica modyfikowana,
24 naciĊcia
ĝciernica peána niemodyfikowana (BM)
ĝciernica modyfikowana,
36 naciĊü
Rys. 3. Zestaw Ğciernic osadzonych na wrzecionie
Fig. 3. The set of grinding wheels with modified and standard active surface mounted on the spindel; modified grinding wheel 24 grooves, non modified grinding wheel, modified grinding wheel
36 grooves
Do podawania CO do strefy szlifowania uĪyto dysz o Ğrednicy otworu 1 mm,
wartoĞü ciĞnienia wynosiáa 0,6 MPa. Kierunki strumienia sprĊĪonego powietrza
i oleju oznaczono K1 – z przodu Ğciernicy, K2 – z boku Ğciernicy (pod kątem
45q do kierunku przesuwu przedmiotu). W Ğciernicach niemodyfikowanych do
doprowadzania CO wykorzystywano tylko kierunek K1, natomiast w modyfikowanych kierunek K2, przy czym dysza byáa ustawiona pod kątem 45q do czoáa Ğciernicy, oraz K1.
vw
Rys. 4. Kierunki podawania sprĊĪonego
powietrza i MQL
Fig. 4. The supplying directions of compressed air and MQL aerosol applied
on active surface of grinding wheel
K1
45q
K2
R. Wójcik
76
3. WYNIKI BADAē
Badania pozwoliáy okreĞliü zjawiska wydáuĪenia i ugiĊcia zachodzące w procesie szlifowania materiaáów o odmiennych strukturach, odmiennym przewodzeniu ciepáa i odmiennej twardoĞci. Zmiany zachodzące podczas szlifowania
kompozytu przedstawiono na rys. 5. WydáuĪenie W próbki z kompozytu przy
badanych kierunkach podawania mgáy olejowej podczas szlifowania Ğciernicami
modyfikowanymi i bez modyfikacji byáo na poziomie wartoĞci mikrometrycznych. NajwiĊksze ugiĊcie U = 0,08 mm zanotowano dla Ğciernicy bez modyfikacji, oznaczonej jako BM, gdy mgáa olejowa byáa podawana z kierunku K1 (rys.
5c). Gdy mgáĊ olejową podawano z kierunków K1 i K2, ugiĊcie Ğciernicy modyfikowanej z 36 rowkami wynosiáo | 0,018 mm (rys. 5b), a Ğciernicy modyfikowanej z 24 rowkami 0,021 mm (rys. 5a).
a)
b)
c)
Rys. 5. Wpáyw modyfikacji Ğciernicy i kierunku podawania mgáy olejowej na ugiĊcie i wydáuĪenie
podczas szlifowania wgáĊbnego páaszczyzn próbek z kompozytu Ğciernicą (25A 80G 12 VB):
a) z 24 rowkami, b) z 36 rowkami, c) BM
Fig. 5. Influence of grinding wheel modification and direction of oil mist supply on deflection and
elongation of the composite workpiece during the plunge surface grinding process (by grinding
wheel 25A 80G 12 VB): a) with 24 grooves, b) with 36 grooves, c) BM
Natomiast podczas szlifowania stali HS 6-5-2 Ğciernicą bez modyfikacji z kierunkiem podawania mgáy olejowej K1 wydáuĪenie W wynosiáo 0,003 mm, a ugiĊcie
U = 0,1 mm (rys. 6a). Gdy tĊ samą stal szlifowano Ğciernicą modyfikowaną z 36
rowkami z jednoczesnym podawaniem oleju z kierunków K1 i K2, ugiĊcie U wynosiáo | 0,018 mm, a wydáuĪenie W = 0,003 mm (rys. 6b). W przypadku Ğciernicy
modyfikowanej z 24 rowkami wydáuĪenie W = 0,008 mm, a ugiĊcie U = 0,028 mm
(rys. 6c).
Aktywny pomiar wydáuĪenia i odksztaácenia ...
77
NajwiĊksze odksztaácenie próbki stwierdzono podczas szlifowania Ğciernicą
niemodyfikowaną (kierunek K1 podawania MQL) – okoáo 0,033 mm (rys. 6c).
DoĞü dziwny przebieg odksztaácenia odnotowano podczas szlifowania Ğciernicą
oznaczoną (24). W początkowej fazie próbka odksztaáciáa siĊ w kierunku ujemnym, a po zakoĔczonym szlifowaniu zmieniá siĊ znak odksztaácenia na przeciwny – nastąpiáo odksztaácenie w kierunku dodatnim. RównoczeĞnie wystąpiáy
zmiany strukturalne w warstwie wierzchniej.
a)
b)
c)
b)
Rys. 6. Wpáyw modyfikacji Ğciernicy i kierunku podawania mgáy olejowej na ugiĊcie i wydáuĪenie
podczas szlifowania wgáĊbnego páaszczyzn próbek ze stali HS 6-5-2 Ğciernicą (25A 80G 12 VB):
a) BM, b) 36, c) 24
Fig. 5. Influence of grinding wheel modification and direction of oil mist supply on deflection and
elongation of the steel HS 6-5-2 workpiece during the plunge surface grinding process (by grinding wheel 25A 80G 12 VB): a) BM, b) 36, c) 24
4. WNIOSKI
Badania szlifowania stali szybkotnącej i kompozytu na bazie tej stali wykazaáy mniejszą podatnoĞü na ugiĊcie i wydáuĪenie kompozytu. WiĊkszą stabilnoĞü
stwierdzono w przypadku przedmiotów o maáej gruboĞci (2 mm) szlifowanych
z maáymi prĊdkoĞciami przedmiotu i duĪymi gáĊbokoĞciami szlifowania (0,05
mm), zwáaszcza z udziaáem mgáy olejowej. Natomiast stal szybkotnąca szlifowana z zachowaniem takich samych warunków jest bardziej podatna na zmiany.
Odksztaácenia byáy tak duĪe, Īe po zakoĔczeniu obróbki materiaá nie powracaá
do stanu sprzed obróbki. UĪyte w badaniach Ğciernice modyfikowane i kierunki
podawania mgáy olejowej do strefy szlifowania (po obwodzie Ğciernicy) potwierdziáy zalety modyfikacji czynnej powierzchni Ğciernicy i MQL.
Badania wykonane na zaprojektowanym stanowisku potwierdziáy jego przydatnoĞü do aktywnej kontroli odksztaáceĔ.
R. Wójcik
78
LITERATURA
[1] Eisenblatter G., Minimum Quantity Lubrication, w: Proc. First Int. Work-shop on High
Prefomance Cutting, Paris 2002, s. 245 – 267.
[2] KruszyĔski B., Pazgier J., Temperatures and forces in grinding of magnetics composites, w: IIIrd
International Scientific Conference Development of Metal Cutting, Koszyce 2000, s. 65 – 67.
[3] KruszyĔski B., Wójcik R., Residual Stress in Grinding, Journal of Materials Processing
Technology, 2002, s. 546 – 561.
[4] OczoĞ K. E., Doskonalenie strategii cháodzenia i smarowania w procesach obróbkowych,
Mechanik, 2004, 10, s. 597 – 649.
[5] Wójcik R., KruszyĔski B., Szlifowanie powierzchni páaskich z zastosowaniem minimalnego
smarowania (minimum quantity lubrcation-mql), w: XXVII Naukowa Szkoáa Obróbki ĝciernej, Kraków 2003, s. 178 – 181.
[6] Wójcik R., Utwardzanie powierzchni páaskich w procesie szlifowania, w: XXVII Naukowa
Szkoáa Obróbki ĝciernej, Kraków 2003, s. 431 – 436.
[7] www.abrasives-technologies.com.pl.
[8] www.andre-kolo.com.pl.
[9] www.ios.krakow.pl.
Praca wpáynĊáa do Redakcji 10.03.2009
Recenzent: dr hab. inĪ. Jarosáaw Plichta
ACTIVE MEASURMENT OF SURFACE DEFLECTION AND ELONGATION
OF THE WORKPIECE IN THE SURFACE GRINDING PROCESS
S u m m a r y
The article presents the test results of active measurements of flat surfaces elongation and deflection during surface grinding process. Presentation of measuring tool construction was given.
Grinding process was conducted with the use of chromium precious aloxite grinding wheel as well
as modified grinding wheels, bearing steels and composite materials. Machining liquid used for the
tests was oil mist (MQL).
Key words: grinding, minimal quantity lubrication