Технологічне забезпечення якості обробки зубчастих коліс приводів шахтних конвеєрів на операціях зубошліфування

Abstract

У роботі аналітично описані основні параметри теплового процесу при зубошліфуванні й визначені оптимальні режими різання з урахуванням обмеження по температурі шліфування. Розрахунково-експериментальним шляхом доведено, що при шліфуванні неможливо зменшити глибину проникнення тепла в поверхневий шар оброблюваної деталі до значення глибини шліфування й видалити на наступному проході порушений поверхневий шар оброблюваної деталі. Тому основною умовою підвищення якості обробки матеріалів, схильних до утворення температурних дефектів, є зменшення температури шліфування. Теоретично визначені нові умови підвищення точності обробки при зубошліфуванні, які складаються у встановленні кількості проходів круга залежно від величини уточнення, що реалізується при шліфуванні. Аналітично описані закономірності знімання припуску й формування шорсткості поверхні при шліфуванні з урахуванням імовірнісного характеру участі зерен у різанні й умов руйнування вершин мікронерівностей обробленої поверхні, на цій основі проведена класифікація структур шорсткуватого шару поверхонь і обґрунтована ефективність застосування кругів із двостороннім конічним профілем при зубошліфуванні. Теоретичні рішення підтверджені експериментально, розбіжність розрахункових і експериментальних даних в межах 15 %. Установлено, що застосування оптимальних режимів шліфування й характеристик кругів дозволяє до 2-х разів збільшити продуктивність обробки й виключити утворення припікань та мікротріщин на оброблюваних поверхнях. Це дозволило розробити й впровадити у виробництво ефективні операції зубошліфування, які забезпечують високоякісну бездефектну обробку зубчастих коліс приводів шахтних конвеєрів.

Диссертация посвящена разработке эффективных операций зубошлифования зубчатых колес приводов шахтных конвейеров на основе научно обоснованного выбора оптимальных режимов шлифования и характеристик абразивных кругов. В работе теоретически доказано, что добиться существенного повышения качества обработки при шлифовании на основе одновременного уменьшения температуры шлифования и глубины проникновения тепла в поверхностный слой обрабатываемой детали можно исключительно за счет уменьшения энергоемкости обработки путем снижения интенсивности трения в зоне резания и повышения режущей способности круга. Теоретически установлено, что при условии равенства основного и вспомогательного времени обработки имеет место экстремум (минимум) штучного времени в зависимости от количества проходов круга для заданной температуры шлифования. Это позволило произвести расчет оптимальных параметров обработки при многопроходном шлифовании, включая количество проходов круга, глубину шлифования и скорость детали. Теоретически определены новые условия повышения точности обработки при зубошлифовании, состоящие в установлении количества проходов круга в зависимости от величины уточнения, реализуемого при шлифовании. В работе получила дальнейшее развитие математическая модель определения шероховатости поверхности при абразивной обработке, основанная на сравнении достигаемого и необходимого для формирования заданной шероховатости поверхности количества зерен с учетом их вероятностного характера участия в резании и условий разрушения вершин микронеровностей обработанной поверхности от контакта с режущими зернами и связкой инструмента. Это позволило произвести классификацию структур шероховатого слоя поверхностей, формируемых при абразивной обработке, и научно обоснованно подойти к выбору оптимальных условий обработки с учетом ограничения по шероховатости поверхности. С этих позиций аналитически описаны закономерности съема припуска и формирования шероховатости поверхности при шлифовании кругом с двухсторонним коническим профилем и обоснована эффективность применения данного круга на операции зубошлифования. Проведены экспериментальные исследования параметров качества и производительности обработки, позволившие проверить и уточнить полученные теоретические решения. Экспериментально установлено, что применение кругов с повышенной режущей способностью при зубошлифовании стали 18ХГН2МФБ твердостью HRC 57…63 позволяет съем заданного припуска 0,4 мм осуществить за 4 прохода и увеличить скорость круга с 30 до 40 м/с. Это хорошо согласуется с полученными теоретическими решениями и обеспечивает увеличение производительности обработки до 2-х раз при гарантированном исключении образования прижогов и микротрещин на обрабатываемых поверхностях. Установлено, что расхождение расчетных и экспериментальных данных находится в пределах 15%. Расчетно-экспериментальным путем доказано, что в реальных условиях шлифования фактически невозможно уменьшить глубину проникновения тепла в поверхностный слой обрабатываемой детали до значения глубины шлифования и удалить на последующем проходе нарушенный (в результате теплового воздействия на предыдущем проходе) поверхностный слой обрабатываемой детали. Поэтому основным условием повышения качества обработки материалов, склонных к образованию температурных дефектов, является уменьшение температуры шлифования. Показано, что применение современной координатно-измерительной машины GLOBAL Perfomance 122210 (Италия) существенно снижает время и повышает точность измерения параметров зубчатого колеса. Это позволяет производить качественную наладку зубошлифовального станка при окончательном шлифовании и выхаживании, обеспечивая таким образом требуемую точность и шероховатость поверхности ( <0,6 мкм) и снижая общее количество проходов и трудоемкость обработки до 2 раз. На основе полученных результатов исследований разработаны и внедрены в производство эффективные операции зубошлифования, обеспечивающие высококачественную бездефектную обработку зубчатых колес приводов шахтных конвейеров и позволяющие повысить ресурс их работы до уровня мировых производителей аналогичной продукции.

The main parameters of the thermal process at gear grinding are described and the optimum cutting conditions, taking into account restrictions in temperature grinding are determined in this work. It is proved by experimentally calculated way that the grinding is virtually impossible to reduce the depth of penetration of heat into the surface layer of the workpiece to the value of grinding depth and remove in the subsequent pass of the damaged surface layer of the workpiece. Therefore, the main condition for increasing the quality of treatment of materials ,disposed to the formation of thermal defects, is to reduce the temperature of grinding. New conditions for increasing the accuracy of treatment at gear grinding theoretically are defined which consisting in setting the terms of the number of passes depending on the specification, implemented during grinding. Rules of removal allowance and the formation of surface roughness in grinding are described analytically taking into account the probabilistic nature of the participation of grains in the cutting and conditions of the destruction of the vertices of the treated surface asperities, on this basis, a classification of the structures of the rough surface layer is done and the efficiency of application of circles with two-sided conical profile for gear grinding is proved. It is established that the application of optimal regimes of grinding and characteristics of circles allows up to 2 times to increase in the efficiency of treatment and avoid the formation of burns and microcracks on the treated surfaces.