ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ КАЧЕСТВА ПОВЕРХНОСТИ ПРИ ВНУТРЕННЕМ ШЛИФОВАНИИ

 

Яшков В.А., Силин Л.В. (МИ ВлГУ, г. Муром, РФ)

 

Mathematical model hydradynamic processes of the current lubricating coolling liquids under internal grinding hole

 

Производительность традиционных процессов внутреннего шлифования чаще всего лимитируются образованием тепловых дефектов в поверхностном слое деталей.

Была поставлена задача – повысить производительность процесса при обеспечении требуемого качества поверхности путем управления потоками СОЖ. Для её решения требовалось провести исследования по установлению зависимостей подачи СОЖ к обрабатываемой поверхности от конструктивных параметров инструмента и режимов шлифования. В качестве инструмента использовали "сборный абразивный круг с радиально подвижными сегментами", который как показали предыдущие исследования [1] обладает неоспоримыми достоинствами.

При исследовании решалась задача по построению математической модели течения СОЖ в зоне обработки, а также разрабатывалась методика выбора геометрических параметров сборного абразивного круга и режимов резания обеспечивающих безприжоговое шлифование внутренних цилиндрических поверхностей деталей машин.

После анализа критериев лежащих в основе математической модели уравнение гидродинамики в критериальной форме для теплообмена будет

Nu=f(Re,Pr)

Конкретный вид данной функциональной зависимости после приближенных эмпирических расчетов и случая когда шлифуемая поверхность омывается турбулентным потоком, будет [3]:

Если учесть, что турбулентный поток СОЖ может характеризоваться числом Re в пределах от 10⁴ до 4·10⁶, а число Pr для водных растворов при температуре до 100 ^оС близко к 1.75, то предыдущая зависимость упрощается до

Nu=0,043Re^0,8 .

С учетом того, что для воды при 100 ^оС =0,683 Вт/(м·К), =1,69·10^-7 м²/с, =2,95·10^-7 м²/с вычисление коэффициента теплообмена между обрабатываемой поверхностью и СОЖ можно производить по формуле

α=6·10⁴V^0.8 Вт/(м²·К),    

где V – скорость потока СОЖ в м/с.

Анализируя выражения 1 и 2 можно сделать вывод, что количество теплоты отдаваемой обрабатываемой поверхностью в СОЖ зависит от времени охлаждения и скорости омывания обрабатываемой поверхности турбулентным потоком, что позволяет предотвратить нагрев обработанной поверхности.

Исходя из сказанного, можно считать, что скорость течения СОЖ по обрабатываемой поверхности является показателем оценки эффективности охлаждения при внутреннем шлифовании.

Математическая модель потоков несжимаемой СОЖ должна учитывать еще гравитационное ускорение; тепловые потоки; пористость элементов проточной части; влияние частиц износа на динамику потока СОЖ; влияние вращения системы координат; начальные и граничные условия и т.д. При выполнении всех этих условий подобие процесса внутреннего шлифования на “натуре” и “модели” может считаться относительно “полным” и к нему может быть в полной мере применимо математическое моделирование физических процессов, базирующееся на последних достижениях вычислительной гидродинамики CosmosFloWorks.

Для проверки полученной математической модели был проведен ряд экспериментальных исследований поведения СОЖ в зоне шлифования.

Задача по выявлению зависимости давления СОЖ в зоне обработки от режимов шлифования и конструктивных параметров сборного абразивного круга с радиально подвижными сегментами решалась на новой основе с использованием индуктивной измерительной аппаратуры ВИ6 – 5МА[6]. Схема лабораторной установки представлена на рис 1.

Рисунок 1- Схема лабораторной установки:

1 – абразивный сегмент, 2 – корпус круга, 3 – обрабатываемая заготовка, 4 – датчик давления ДД – 6, 5 – измерительный комплекс ВИ6 – 5МА, 6 – запоминающий осциллограф С8 – 13, 7 – образцовый манометр

 

При проведении лабораторных исследований были использованы пластиковые сегменты 1 прямоугольной и треугольной формы со скосом на передней поверхности.

Результаты, полученные при реальном процессе шлифования и после компьютерной обработки математической модели (рис.2) показали подобие осциллограмм.

Разработанная теоретическая модель процесса внутреннего шлифования адекватно отображает гидродинамические процессы, протекающие в зоне обработки.