прогнозирование тепловыделения в контактной зоне заготовки и круга с учетом его изнашивания

Вестник Брянского государственного технического университета. 2007. № 2(14) ТЕХНОЛОГИЯ, ИНСТРУМЕНТЫ И ОБОРУДОВАНИЕ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ ПРОИЗВОДСТВ УДК 621.923 С.Г. Бишутин, Н.В. Тюльпинова ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ТЕПЛОВЫДЕЛЕНИЯ В КОНТАКТНОЙ ЗОНЕ ЗАГОТОВКИ И ШЛИФОВАЛЬНОГО КРУГА С УЧЕТОМ ЕГО ИЗНАШИВАНИЯ Представлена оригинальная методика прогнозирования тепловыделения при шлифовании конструкционных материалов с учетом изменения состояния рабочей поверхности абразивного инструмента в процессе его эксплуатации. Качество поверхностных слоев деталей, подвергаемых шлифованию, в значительной степени определяется температурным фактором абразивной обработки. Рассматриваемому вопросу посвящено большое количество исследований российских и зарубежных ученых, анализ которых выявил следующие недостатки: − известные математические модели тепловыделения при абразивной обработке не позволяют учитывать изменения числа и интенсивности температурных импульсов от вершин зерен шлифовального круга в процессе его эксплуатации; − не учитывается влияние изменения формы рабочей поверхности абразивного инструмента вследствие изнашивания на распределение температур в поверхностном слое заготовки; − остается невыясненным влияние на тепловыделение динамики съема металла при многократном взаимодействии абразивного инструмента с рассматриваемым участком обрабатываемой поверхности заготовки; − применение в моделях прогнозирования тепловыделения силы резания, расчет точного значения которой в течение всего периода стойкости инструмента представляет известные трудности, приводит к значительному снижению эффективности таких моделей. В этой связи приведенные ниже результаты исследований являются актуальными и представляют интерес как с научной, так и с практической точки зрения. В основу построения температурного поля поверхностного слоя заготовки может быть положена зависимость [4] z ρ 2 2zaz z ρ 2 τ q a ρ e 4a t t e 4a t t T dt , (1) 2λ π z 0 t t t t где q – мощность (интенсивность) теплового источника; λ, а – соответственно теплопроводность и температуропроводность обрабатываемого материала; ρ – радиус вершины зерна; az – глубина внедрения зерна в металл; τ – время действия теплового источника; z – координата точки, в которой нужно определить температуру; t – время; t' – переменная интегрирования. Время действия теплового источника определяется следующим образом: a ρ arccos 1 z ρ τ , 2 Vк Vз Vs2 где Vк – скорость вращения круга; Vз – скорость вращения заготовки; Vs – скорость продольной подачи; знак «+» принимается при встречном шлифовании, когда векторы скоро- 4 Вестник Брянского государственного технического университета. 2007. № 2(14) стей заготовки и шлифовального круга направлены в противоположные стороны, знак «–» – при попутном шлифовании, когда направления этих векторов совпадают. Для успешного применения зависимости (1) необходимо решить две задачи: вопервых, определить интенсивность тепловых источников от вершин зерен круга q; вовторых, определить количество тепловых импульсов (зерен круга) i, действующих в пределах контактной зоны абразивного инструмента и заготовки за время их контакта. При решении первой задачи следует принять во внимание, что источником теплоты при шлифовании является пластическая деформация обрабатываемого материала и трение вершин зерен о заготовку. Поэтому интенсивность теплового источника (абразивного зерна) можно определить путем анализа работы деформирования и трения в срезаемом слое. Интенсивно