CZYSZCZ CE ODDZIA YWANIE MG Y OLEJOWEJ NA CZYNN POWIERZCHNI CIERNICY

Transkrypt

1 K O M I S J A B U D O W Y M A S Z Y N P A N O D D Z I A W P O Z N A N I U Vol. 29 nr 4 Archiwum Technologii Maszyn i Automatyzacji 2009 RYSZARD WÓJCIK CZYSZCZ CE ODDZIA YWANIE MG Y OLEJOWEJ NA CZYNN POWIERZCHNI CIERNICY W artykule przedstawiono fragment bada dotycz cych czyszcz cego oddzia ywania mg y olejowej na ciernice z elektrokorundu szlachetnego w procesie konwencjonalnego szlifowania powierzchni p askich. W badaniach korzystano z metody PIV laserowego o wietlania strefy szlifowania z rejestracj obrazów za pomoc kamery. S owa kluczowe: szlifowanie, ch odzenie mg olejow 1. WST P W badaniach korzystano z metody PIV laserowego o wietlania strefy szlifowania i rejestracji obrazów za pomoc kamery [12]. Podczas procesu szlifowania zaobserwowano wiele zjawisk maj cych istotne znaczenie dla samego procesu. Mg a olejowa w procesie szlifowania nie tylko zmniejsza tarcie pomi dzy ciernic a przedmiotem obrabianym, ale równie wp ywa korzystnie na czyszczenie czynnej powierzchni ciernicy. Ten istotny element nie zawsze jest dostrzegany w procesie szlifowania [3, 8, 9]. Prowadzi si badania w kierunku jeszcze wi kszego ograniczenia wydatku cieczy obróbkowej (CO) podawanej dyszami rozpylaj cymi. Uzyskana w ten sposób mg a olejowa jest wykorzystywana do zminimalizowanego smarowania. Zalet tego rozwi zania [4, 5, 12] jest zmniejszenie obci enia cieplnego, wzrost trwa o ci ciernicy i jako ci szlifowanego przedmiotu w porównaniu z klasycznym ch odzeniem. Podczas bada zaobserwowano, e przy ró nych k tach ustawienia dyszy zmniejsza si zu ycie i wzrasta aktywno ciernicy. Analizowano zjawiska zachodz ce w tym procesie i badano ilo ciowo usuwane zanieczyszczenia. Dr hab. in. Instytut Obrabiarek i Technologii Budowy Maszyn Politechniki ódzkiej.

2 160 R. Wójcik 2. WARUNKI BADA Do bada zbudowano stanowisko, które mia o u atwi obserwacje przep ywaj cych mikrocz stek oleju w obszarze szlifowania oraz ograniczy tzw. rozrzucanie zanieczyszcze poza stref szlifowania (na boki). Zestaw do obserwacji zjawisk obejmowa (rys. 1a): dwa przezroczyste kr ki o rednicy 390 mm i grubo ci 5 mm, ciernic o rednicy 345 mm i szeroko ci 45 mm, próbk o szeroko ci 44 mm, wysoko ci 50 mm i d ugo ci 100 mm. Zestaw badawczy ustawiono wzgl dem próbki tak, aby mo na by o obserwowa zjawiska zachodz ce mi dzy ciernic a przedmiotem (rys. 1a i b) podczas bada metod PIV [1, 2, 6]. Istotnym zagadnieniem by o ustawienie samej dyszy z mg olejow wzgl dem ciernicy. St d odrzucanie zanieczyszcze badano przy nieruchomym przedmiocie. Starano si dobra optymalne warunki ustawienia dyszy z mg olejow, by wykorzysta czyszcz ce dzia anie strumienia mg y olejowej. Jednocze nie obserwowano zachowanie wyrzucanych zanieczyszcze z powierzchni czynnej ciernicy wraz z drobinami oleju. Prostopad e ustawienie dyszy wzgl dem ciernicy wzmocni o si od rodkow spowodowan przez obracaj c si ciernic, a to zwi kszy o skuteczno czyszczenia powierzchni czynnej ciernicy. W tablicy 1 podano parametry ustawienia dyszy wzgl dem ciernicy (na rys. 1 oznaczonej liter D). Kolejno post powania by a nast puj ca: prowadzono proces szlifowania wg bnego, podczas którego wykonano 30 przej ca szeroko ci ciernicy z udzia em MQL. Po szlifowaniu odsuwano ciernic od powierzchni szlifowanej przedmiotu na ró n odleg o. Po 4 minutach obracania na biegu ja owym i podawania pod ró nymi k tami na powierzchni czynn mg y olejowej pod ci nieniem 0,6 MPa zbierano osad zanieczyszcze, który powstawa na powierzchni próbki pomi dzy przezroczystymi tarczami. Zebrane zanieczyszczenia wa ono na wadze laboratoryjnej z dok adno ci pomiaru 0,2 mg. Uzyskane warto ci masowe podano w tablicy 1. Badania prowadzono z u yciem ciernic elektrokorundowych do szlifowania konwencjonalnego o charakterystyce technicznej 38A 60K 8 VBE (38A 60K). Podczas bada korzystano z kilkunastu rodzajów stali. Jako przyk ad do opisu wybrano stal X210Cr12 obrobion cieplnie: temperatura hartowania 1030 C, czynnik ch odz cy olej, temperatura odpuszczania 220 C, ch odzenie w powietrzu, twardo 58 2 HRC. Próbki szlifowano metod wg bn na szlifierce SPD-30 z pr dko ci przedmiotu v w = 0,3 m/s i g boko ci szlifowania a e = 0,05 mm.

3 Czyszcz ce oddzia ywanie mg y olejowej na czynn powierzchni ciernicy 161 a) ciernica 38A 46J 8V Wrzeciono szlifierki Przezroczyste p yty Nak adki 20 mm Przedmiot szlifowany Stó szlifierki b) b) L K K D M Rys. 1. Stanowisko do obserwacji czyszcz cego oddzia ywania mg y olejowej na czynn powierzchni ciernicy: a) ustawienie ciernicy wzgl dem przedmiotu, b) widok od czo a 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

4 162 R. Wójcik 3. WYNIKI BADA Na rysunku 2 zaprezentowano ca kowity wektorowy rozk ad pr dko ci cz stek strumienia mg y olejowej w procesie szlifowania p aszczyzn. Wraz ze zmniejszaniem odleg o ci pomi dzy ciernic a przedmiotem zanika y wektory. Rys. 2. Rozk ad wektorowy pr dko ci cz stek mg y olejowej podczas szlifowania wspó bie nego powierzchni p askich metod 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 pr dko ci ciernicy v s = 20,5 34 m/s. Pr dko ciernicy zmieniano za pomoc falownika firmy Hitachi. W artykule przedstawiono masowe warto ci tylko dla v s = 25,5 m/s. Odleg o ciernicy od przedmiotu oznaczono L. Obszar szlifowania, jak ju wcze niej wspomniano, by zabudowany przezroczystymi p ytami (rys. 1). Strumie mg y olejowej by skierowany na ciernic pod k tem rednica otworu dyszy wynosi a 1 mm. Odleg o dyszy od powierzchni czynnej podano w tablicy 1. W przypadku ma ych odleg o ci na powierzchni pozostawa- y tylko mikrodrobiny zeszlifowanego metalu wychwycone przez namagnesowan powierzchni przedmiotu (w tablicy 1 takie przypadki oznaczono gwiazdk *). Na rysunku 3 pokazano osadzone na powierzchni przedmiotu zanieczyszczenia, wyrzucone z czynnej powierzchni ciernicy przez spr one powietrze zawieraj ce cz stki oleju. W zale no ci od odleg o ci dyszy od ciernicy uzyskiwano ró n konfiguracj rozk adu zanieczyszcze. Na powierzchni przedmiotu wida asymetri zanieczyszcze spowodowan przesuni ciem dyszy wzgl dem ciernicy, obj to ciowo mniejsz ilo i niesymetryczny rozk ad zanieczyszcze

5 Czyszcz ce oddzia ywanie mg y olejowej na czynn powierzchni ciernicy 163 (rys. 3). Wysoko nagromadzonego osadu, w którym przewa a y cz steczki metalu, wynosi a 3 5 mm. Poz. Parametry ustawienia dyszy wzgl dem ciernicy dla v s = 25,5 m/s Setting parameters of nozzle with respect to the grinding wheel, v s = 25.5 m/s Parametry ustawienia dyszy wzgl dem ciernicy uzyskane wyniki L M K W Z S S S * S S * * * S S Tablica 1 Oznaczenia: L odleg o ciernicy od przedmiotu [mm], M odleg o dyszy od ciernicy [mm], K k t pochylenia dyszy wzgl dem ciernicy [ ], W masa zanieczyszcze [mg], v s pr dko ciernicy [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 równie dla ciernic modyfikowanych. Na ich obwodzie wykonano rowki w kszta cie trapezu o g boko ci h = 12 mm i szeroko ci 10 mm. Podczas badania sprawdzono wp yw nieci g o ci czynnej powierzchni ciernicy na czyszcz ce oddzia ywanie mg y olejowej. W artykule te wyniki nie s prezentowane. Wykorzystanie w badaniach metody PIV pozwoli o opracowa model (symulacyjny) osadzania zanieczyszcze oraz zachowania i przep ywu mikrodrobin

6 164 R. Wójcik oleju pomi dzy ciernic a przedmiotem obrabianym (rys. 4). Prezentowany przyk ad to nieruchomy przedmiot i ciernica obracaj ca si z pr dko ci v s = 25,5 m/s (kierunek obrotu ciernicy oznaczono na rysunku). Zaobserwowano wci ganie mikrodrobin i wyrzucanie ich si od rodkow w kierunku powierzchni przedmiotu. Rys. 4. Zanieczyszczenia osadzone na powierzchni próbki wyrzucone si od rodkow (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 bada wynika, e najefektywniejsze czyszcz ce oddzia ywanie uzyskuje si przy prostopad ym kierunku podawania mg y olejowej na czynn powierzchni ciernic z zachowaniem odpowiedniej odleg o ci dyszy dostarczaj cej mg olejow na czynn powierzchni ciernicy. Niesymetryczne ustawienie dyszy przy ma ej odleg o ci powoduje niesymetryczny rozk ad zanieczyszcze. Nie zauwa ono zjawiska odk adania zanieczyszcze w przypadku stycznego podawania mg y olejowej do powierzchni czynnej ciernicy, jak równie w przypadku stosowania ciernic modyfikowanych (rowki na obwodzie ciernicy o opisanym wymiarze). W pierwszym przypadku zachodzi zjawisko wydmuchiwania zanieczyszcze z obszaru szlifowania. W drugim przypadku brak ci g o ci obwodu ciernicy powoduje zawirowania, które skutecznie wp ywaj na usuwanie zanieczyszcze. Przeprowadzone badania wskazuj na korzystny wp yw mg y olejowej na proces szlifowania oraz na kierunki modyfikowania ciernic.

7 Czyszcz ce oddzia ywanie mg y olejowej na czynn powierzchni ciernicy 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 [2] FlowMap 3D-PIV System installation and user guide. Dantec Measurement Technology, [3] Karpi ski T., Sieniawski J., Badania efektywno ci metody ch odzenia strefowego w szlifowaniu p aszczyzn, Archiwum Technologii Maszyn i Automatyzacji, 2005, vol. 25, nr 2, s [4] Kruszy ski B., Midera S., Wójcik R., Górecki G., Wp yw kierunku podawania cieczy obróbkowej z minimalnym wydatkiem na si y szlifowania, w: XXVIII Naukowa Szko a Obróbki ciernej, Warszawa 2005, s [5] Kruszy ski B., Wójcik R., Residual Stress in Grinding, Journal of Materials Processing Technology, [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 [7] Oczo K. E., Charakterystyka trendów rozwojowych szlifowania ciernego, w: Materia y XXII Naukowej Szko y Obróbki ciernej, Rzeszów [8] Oczo K. E., Doskonalenie strategii ch odzenia i smarowania w procesach obróbkowych, Mechanik, 2004, nr 10, s [9] Oczo K. E., Doskonalenie technik szlifowania. Cz. 1, Mechanik, 2005, nr 8 9, s [10] Oczo K. E., Rozwój innowacyjnych technologii ubytkowego kszta towania materia ów. Cz. 2. Szlifowanie, Mechanik, 2002, 10, s [11] Wójcik R., Utwardzanie powierzchni p askich w procesie szlifowania, w: XXVII Naukowa Szko a Obróbki ciernej, Kraków 2003, s [12] Wójcik R., Kruszy ski B., Szlifowanie powierzchni p askich z zastosowaniem minimalnego smarowania (minimum quantity lubication-mql), w: XXVII Naukowa Szko a Obróbki ciernej, Kraków 2003, s Praca wp yn a do Redakcji: Recenzent: dr hab. in. Jaros aw 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