CZYSZCZĄCE ODDZIAŁYWANIE MGŁY OLEJOWEJ NA CZYNNĄ

KOMISJA BUDOWY MASZYN PAN – ODDZIAà W POZNANIU
Vol. 29 nr 4
Archiwum Technologii Maszyn i Automatyzacji
2009
RYSZARD WÓJCIK
CZYSZCZĄCE ODDZIAàYWANIE MGàY OLEJOWEJ
NA CZYNNĄ POWIERZCHNIĉ ĝCIERNICY
W artykule przedstawiono fragment badaĔ dotyczących czyszczącego oddziaáywania mgáy
olejowej na Ğciernice z elektrokorundu szlachetnego w procesie konwencjonalnego szlifowania
powierzchni páaskich. W badaniach korzystano z metody PIV – laserowego oĞwietlania strefy
szlifowania z rejestracją obrazów za pomocą kamery.
Sáowa kluczowe: szlifowanie, cháodzenie mgáą olejową
1. WSTĉP
W badaniach korzystano z metody PIV – laserowego oĞwietlania strefy szlifowania i rejestracji obrazów za pomocą kamery [12]. Podczas procesu szlifowania zaobserwowano wiele zjawisk mających istotne znaczenie dla samego
procesu. Mgáa olejowa w procesie szlifowania nie tylko zmniejsza tarcie pomiĊdzy Ğciernicą a przedmiotem obrabianym, ale równieĪ wpáywa korzystnie na
czyszczenie czynnej powierzchni Ğciernicy. Ten istotny element nie zawsze jest
dostrzegany w procesie szlifowania [3, 8, 9].
Prowadzi siĊ badania w kierunku jeszcze wiĊkszego ograniczenia wydatku
cieczy obróbkowej (CO) podawanej dyszami rozpylającymi. Uzyskana w ten
sposób mgáa olejowa jest wykorzystywana do zminimalizowanego smarowania.
Zaletą tego rozwiązania [4, 5, 12] jest zmniejszenie obciąĪenia cieplnego, wzrost
trwaáoĞci Ğciernicy i jakoĞci szlifowanego przedmiotu w porównaniu z klasycznym cháodzeniem.
Podczas badaĔ zaobserwowano, Īe przy róĪnych kątach ustawienia dyszy
zmniejsza siĊ zuĪycie i wzrasta aktywnoĞü Ğciernicy. Analizowano zjawiska
zachodzące w tym procesie i badano iloĞciowo usuwane zanieczyszczenia.
Dr hab. inĪ. – Instytut Obrabiarek i Technologii Budowy Maszyn Politechniki àódzkiej.
160
R. Wójcik
2. WARUNKI BADAē
Do badaĔ zbudowano stanowisko, które miaáo uáatwiü obserwacje przepáywających mikrocząstek oleju w obszarze szlifowania oraz ograniczyü tzw. rozrzucanie zanieczyszczeĔ poza strefĊ szlifowania (na boki).
Zestaw do obserwacji zjawisk obejmowaá (rys. 1a):
dwa przezroczyste krąĪki o Ğrednicy 390 mm i gruboĞci 5 mm,
ĞciernicĊ o Ğrednicy 345 mm i szerokoĞci 45 mm,
próbkĊ o szerokoĞci 44 mm, wysokoĞci 50 mm i dáugoĞci 100 mm.
Zestaw badawczy ustawiono wzglĊdem próbki tak, aby moĪna byáo obserwowaü zjawiska zachodzące miĊdzy Ğciernicą a przedmiotem (rys. 1a i b) podczas badaĔ metodą PIV [1, 2, 6]. Istotnym zagadnieniem byáo ustawienie samej
dyszy z mgáą olejową wzglĊdem Ğciernicy. Stąd odrzucanie zanieczyszczeĔ badano przy nieruchomym przedmiocie. Starano siĊ dobraü optymalne warunki
ustawienia dyszy z mgáą olejową, by wykorzystaü czyszczące dziaáanie strumienia mgáy olejowej. JednoczeĞnie obserwowano zachowanie wyrzucanych zanieczyszczeĔ z powierzchni czynnej Ğciernicy wraz z drobinami oleju. Prostopadáe
ustawienie dyszy wzglĊdem Ğciernicy wzmocniáo siáĊ odĞrodkową spowodowaną przez obracającą siĊ ĞciernicĊ, a to zwiĊkszyáo skutecznoĞü czyszczenia powierzchni czynnej Ğciernicy. W tablicy 1 podano parametry ustawienia dyszy
wzglĊdem Ğciernicy (na rys. 1 oznaczonej literą D).
KolejnoĞü postĊpowania byáa nastĊpująca: prowadzono proces szlifowania
wgáĊbnego, podczas którego wykonano 30 przejĞü caáą szerokoĞcią Ğciernicy
z udziaáem MQL. Po szlifowaniu odsuwano ĞciernicĊ od powierzchni szlifowanej przedmiotu na róĪną odlegáoĞü. Po 4 minutach obracania na biegu jaáowym
i podawania pod róĪnymi kątami na powierzchniĊ czynną mgáy olejowej pod
ciĞnieniem 0,6 MPa zbierano osad zanieczyszczeĔ, który powstawaá na powierzchni próbki pomiĊdzy przezroczystymi tarczami. Zebrane zanieczyszczenia
waĪono na wadze laboratoryjnej z dokáadnoĞcią pomiaru 0,2 mg. Uzyskane wartoĞci masowe podano w tablicy 1.
Badania prowadzono z uĪyciem Ğciernic elektrokorundowych do szlifowania
konwencjonalnego o charakterystyce technicznej 38A 60K 8 VBE (38A 60K).
Podczas badaĔ korzystano z kilkunastu rodzajów stali. Jako przykáad do opisu
wybrano stal X210Cr12 obrobioną cieplnie: temperatura hartowania 1030qC,
czynnik cháodzący – olej, temperatura odpuszczania 220qC, cháodzenie w powietrzu, twardoĞü 58r2 HRC.
Próbki szlifowano metodą wgáĊbną na szlifierce SPD-30 z prĊdkoĞcią przedmiotu vw = 0,3 m/s i gáĊbokoĞcią szlifowania ae = 0,05 mm.
Czyszczące oddziaáywanie mgáy olejowej na czynną powierzchniĊ Ğciernicy
161
a)
ĝciernica 38A 46J 8V
Wrzeciono
szlifierki
Przezroczyste páyty
Nakáadki
20 mm
Przedmiot szlifowany
Stóá szlifierki
b)
b)
K
K
L
D
M
Rys. 1. Stanowisko do obserwacji czyszczącego oddziaáywania mgáy olejowej na czynną powierzchniĊ Ğciernicy: a) ustawienie Ğciernicy wzglĊdem przedmiotu, b) widok od czoáa zestawu badawczego
Fig. 1. Test stand for observation of oil mist influence on the cleaning process of grinding wheel
active face: a) set-up of grinding wheel with the respect to the object, b) front view of test stand
162
R. Wójcik
3. WYNIKI BADAē
Na rysunku 2 zaprezentowano caákowity wektorowy rozkáad prĊdkoĞci cząstek strumienia mgáy olejowej w procesie szlifowania páaszczyzn. Wraz ze
zmniejszaniem odlegáoĞci pomiĊdzy Ğciernicą a przedmiotem zanikaáy wektory.
Rys. 2. Rozkáad wektorowy prĊdkoĞci cząstek mgáy olejowej podczas szlifowania wspóábieĪnego
powierzchni páaskich metodą PIV
Fig. 2. Velocity vector distribution of MQL particles in case of surface climb cut grinding obtained
by PIV method
Zanieczyszczenia zbierano przy nieruchomym przedmiocie i prĊdkoĞci Ğciernicy vs = 20,5 – 34 m/s. PrĊdkoĞü Ğciernicy zmieniano za pomocą falownika
firmy Hitachi. W artykule przedstawiono masowe wartoĞci tylko dla vs = 25,5
m/s. OdlegáoĞü Ğciernicy od przedmiotu oznaczono L. Obszar szlifowania, jak
juĪ wczeĞniej wspomniano, byá zabudowany przezroczystymi páytami (rys. 1).
StrumieĔ mgáy olejowej byá skierowany na ĞciernicĊ pod kątem 15 – 45q. ĝrednica otworu dyszy wynosiáa 1 mm. OdlegáoĞü dyszy od powierzchni czynnej
podano w tablicy 1. W przypadku maáych odlegáoĞci na powierzchni pozostawaáy tylko mikrodrobiny zeszlifowanego metalu wychwycone przez namagnesowaną powierzchniĊ przedmiotu (w tablicy 1 takie przypadki oznaczono gwiazdką *).
Na rysunku 3 pokazano osadzone na powierzchni przedmiotu zanieczyszczenia, wyrzucone z czynnej powierzchni Ğciernicy przez sprĊĪone powietrze zawierające cząstki oleju. W zaleĪnoĞci od odlegáoĞci dyszy od Ğciernicy uzyskiwano róĪną konfiguracjĊ rozkáadu zanieczyszczeĔ. Na powierzchni przedmiotu
widaü asymetriĊ zanieczyszczeĔ spowodowaną przesuniĊciem dyszy wzglĊdem
Ğciernicy, objĊtoĞciowo mniejszą iloĞü i niesymetryczny rozkáad zanieczyszczeĔ
Czyszczące oddziaáywanie mgáy olejowej na czynną powierzchniĊ Ğciernicy
163
(rys. 3). WysokoĞü nagromadzonego osadu, w którym przewaĪaáy cząsteczki
metalu, wynosiáa 3 – 5 mm.
Parametry ustawienia dyszy wzglĊdem Ğciernicy dla vs = 25,5 m/s
Setting parameters of nozzle with respect to the grinding wheel, vs = 25.5 m/s
Poz.
Tablica 1
Parametry ustawienia dyszy wzglĊdem Ğciernicy – uzyskane wyniki
L
M
K
W
Z
15
22
S
30
36
S
3
45
112
S
4
15
11
*
30
15
S
45
15
30
45
15
30
45
48
0
5
10
15
57
80
S
*
*
*
S
S
1
2
5
6
7
8
9
7
8
9
25
15
90
5
22
25
Oznaczenia: L – odlegáoĞü Ğciernicy od przedmiotu [mm], M – odlegáoĞü dyszy od Ğciernicy [mm],
K – kąt pochylenia dyszy wzglĊdem Ğciernicy [q], W – masa zanieczyszczeĔ [mg], vs – prĊdkoĞü
Ğciernicy [m/s], Z – zanieczyszczenia, (*) – mikrowióry, S – szlam szlifierski
Rys. 3. Zanieczyszczenia osadzone na powierzchni szlifowanej próbki
Fig. 3. Impurities precipitated on the surface of ground sample
Badania wykonano równieĪ dla Ğciernic modyfikowanych. Na ich obwodzie
wykonano rowki w ksztaácie trapezu o gáĊbokoĞci h = 12 mm i szerokoĞci 10 mm.
Podczas badania sprawdzono wpáyw nieciągáoĞci czynnej powierzchni Ğciernicy
na czyszczące oddziaáywanie mgáy olejowej. W artykule te wyniki nie są prezentowane.
Wykorzystanie w badaniach metody PIV pozwoliáo opracowaü model (symulacyjny) osadzania zanieczyszczeĔ oraz zachowania i przepáywu mikrodrobin
164
R. Wójcik
oleju pomiĊdzy Ğciernicą a przedmiotem obrabianym (rys. 4). Prezentowany przykáad to nieruchomy przedmiot i Ğciernica obracająca siĊ z prĊdkoĞcią vs = 25,5 m/s
(kierunek obrotu Ğciernicy oznaczono na rysunku). Zaobserwowano wciąganie
mikrodrobin i wyrzucanie ich siáą odĞrodkową w kierunku powierzchni przedmiotu.
Rys. 4. Zanieczyszczenia osadzone na powierzchni próbki wyrzucone siáą odĞrodkową (obraz
uzyskany z symulacji komputerowej)
Fig. 4. Impurities throw out by centrifugal force, precipitated on the ground surface of the sample
(computer simulation)
4. WNIOSKI
Z badaĔ wynika, Īe najefektywniejsze czyszczące oddziaáywanie uzyskuje
siĊ przy prostopadáym kierunku podawania mgáy olejowej na czynną powierzchniĊ Ğciernic z zachowaniem odpowiedniej odlegáoĞci dyszy dostarczającej mgáĊ
olejową na czynną powierzchniĊ Ğciernicy. Niesymetryczne ustawienie dyszy
przy maáej odlegáoĞci powoduje niesymetryczny rozkáad zanieczyszczeĔ. Nie
zauwaĪono zjawiska odkáadania zanieczyszczeĔ w przypadku stycznego podawania mgáy olejowej do powierzchni czynnej Ğciernicy, jak równieĪ w przypadku stosowania Ğciernic modyfikowanych (rowki na obwodzie Ğciernicy o opisanym wymiarze). W pierwszym przypadku zachodzi zjawisko wydmuchiwania
zanieczyszczeĔ z obszaru szlifowania. W drugim przypadku brak ciągáoĞci obwodu Ğciernicy powoduje zawirowania, które skutecznie wpáywają na usuwanie
zanieczyszczeĔ. Przeprowadzone badania wskazują na korzystny wpáyw mgáy
olejowej na proces szlifowania oraz na kierunki modyfikowania Ğciernic.
Czyszczące oddziaáywanie mgáy olejowej na czynną powierzchniĊ Ğciernicy
165
LITERATURA
[1] Aubin J., Sauze N. le, Bertrand J., Fletcher D. F., Xuereb C., PIV measurements of flow
in an aerated tank stirred by a down- and up-pumping axial flow impeller, Experimental
Thermal and Fluid Science, 2004, 28, s. 447 – 456.
[2] FlowMap® 3D-PIV System installation and user guide. Dantec Measurement Technology, 2000.
[3] KarpiĔski T., Sieniawski J., Badania efektywnoĞci metody cháodzenia strefowego w szlifowaniu páaszczyzn, Archiwum Technologii Maszyn i Automatyzacji, 2005, vol. 25, nr 2, s. 21 – 29.
[4] KruszyĔski B., Midera S., Wójcik R., Górecki G., Wpáyw kierunku podawania cieczy obróbkowej z minimalnym wydatkiem na siáy szlifowania, w: XXVIII Naukowa Szkoáa Obróbki ĝciernej, Warszawa 2005, s. 152 – 155.
[5] KruszyĔski B., Wójcik R., Residual Stress in Grinding, Journal of Materials Processing
Technology, 2002.
[6] Lim H. C., Lee S. J., PIV measurements of near wake behind a U-grooved cylinder, Journal
of Fluids and Structur, 2003, 18, s. 119 – 130.
[7] OczoĞ K. E., Charakterystyka trendów rozwojowych szlifowania Ğciernego, w: Materiaáy
XXII Naukowej Szkoáy Obróbki ĝciernej, Rzeszów 2000.
[8] OczoĞ K. E., Doskonalenie strategii cháodzenia i smarowania w procesach obróbkowych,
Mechanik, 2004, nr 10, s. 597 – 649.
[9] OczoĞ K. E., Doskonalenie technik szlifowania. Cz. 1, Mechanik, 2005, nr 8 – 9, s. 643 – 656.
[10] OczoĞ K. E., Rozwój innowacyjnych technologii ubytkowego ksztaátowania materiaáów.
Cz. 2. Szlifowanie, Mechanik, 2002, 10, s. 456 – 464.
[11] Wójcik R., Utwardzanie powierzchni páaskich w procesie szlifowania, w: XXVII Naukowa
Szkoáa Obróbki ĝciernej, Kraków 2003, s. 212 – 215.
[12] Wójcik R., KruszyĔski B., Szlifowanie powierzchni páaskich z zastosowaniem minimalnego smarowania (minimum quantity lubication-mql), w: XXVII Naukowa Szkoáa Obróbki
ĝciernej, Kraków 2003, s. 178 – 181.
Praca wpáynĊáa do Redakcji: 10.03.2009
Recenzent: dr hab. inĪ. Jarosáaw Plichta
CLEANING INFLUENCE OF OIL MIST ON GRINDING WHELL ACTIVE FACE
S u m m a r y
The article presents part of tests regarding cleaning influence of oil mist on precious aloxite
grinding wheels in conventional process of flat surfaces grinding. During the tests method PIVlaser illumination of grinding area with video recording was used.
Key words: grinding, oil mist cooling