AKTYWNY POMIAR WYD U ENIA I ODKSZTA CENIA P ASZCZYZN W PROCESIE SZLIFOWANIA OBWODOWEGO

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 2 Archiwum Technologii Maszyn i Automatyzacji 2009 RYSZARD WÓJCIK AKTYWNY POMIAR WYD U ENIA I ODKSZTA CENIA P ASZCZYZN W PROCESIE SZLIFOWANIA OBWODOWEGO W artykule zaprezentowano badania aktywnego pomiaru wyd u enia i odkszta cenia powierzchni p askich podczas procesu szlifowania. Zaprezentowano konstrukcj przyrz du wykonanego do bada. Szlifowanie stali o yskowych i kompozytów prowadzono z u yciem ciernic z ziarnem z elektrokorundu chromowego oraz ciernic modyfikowanych. Ciecz obróbkow by a mg a olejowa (MQL). S owa kluczowe: szlifowanie, smarowanie minimaln ilo ci oleju 1. WST P Istotnym elementem procesu szlifowania jest dobór w a ciwego ch odzenia. Ciecz obróbkowa (CO) jest doprowadzana przez odpowiednio ukszta towane dysze w pobli e strefy kontaktu ciernicy z przedmiotem obrabianym [4 6]. Niezale nie od rodzaju materia u i stosowanej cieczy obróbkowej, w zakresie ma ych pr dko ci przedmiotu wyst puj odkszta cenia (ugi cia) i wyd u enia, które s trwa ym skutkiem procesu szlifowania. Zachodz ce zmiany obj to ciowe s informacj dla technologów i projektantów przyrz dów mocuj cych lub ustalaj cych przedmiot w procesie szlifowania. Wzrost odkszta cenia powoduje zwi kszenie si y dzia aj cej na elementy mocuj ce lub formuj ce, np. w formach wtryskowych. W zwi zku z tym zaprojektowano, wykonano i badano przyrz d do aktywnej kontroli odkszta ce (ugi cia) i wyd u e spowodowanych procesem szlifowania oraz okre lenia trwa ych zmian, jakie zasz y w materiale po szlifowaniu. 2. BADANIA DO WIADCZALNE W badaniach zastosowano mg olejow (MQL) podawan prostopadle do obwodu ciernicy. Ich celem by o okre lenie zmian przedmiotu, g ównie od- Dr hab. in. Instytut Obrabiarek i Technologii Budowy Maszyn Politechniki ódzkiej.

2 74 R. Wójcik kszta ce i wyd u enia materia ów stopowych oraz kompozytów na bazie stali szybkotn cych, zachodz cych podczas procesu szlifowania. Na rysunku 1 przedstawiono schemat stanowiska badawczego. Badania prowadzono na szlifierce do p aszczyzn ze sto em magnetycznym SPD-30 produkcji polskiej. Na stole szlifierki ustawiono przyrz d do mocowania próbek. Warto ci odkszta ce (ugi cia) i wyd u enia mierzono czujnikami firmy Hommel z cyfrowym wy wietlaczem i dok adno ci pomiaru 0,001 mm. Dane z czujników by y przekazywane za pomoc przewodów do inerfejsu BOX-27, który przetwarza dane, a nast pnie przesy a je do komputera. Do zbierania danych wykorzystano program Pomiar, który zapisywa dane w postaci pliku tekstowego (rys. 1). Rys. 1. Stanowisko pomiarowe z torem pomiarowym Fig. 1. Experimental stand block diagram of measuring circuit Rys. 2. Uchwyt z czujnikami pomiarowymi Fig. 2. Clamping part with measuring sensors Szlifowanie prowadzono w zakresie ma ych pr dko ci przedmiotu (do v w = 0,1 m/s) i du ych g boko ci szlifowania (a e = 0,05 mm), poniewa przy tych parametrach szlifowana warstwa wierzchnia przedmiotu jest bardzo obci ona cieplnie. Na rysunku 2 zaprezentowano przyrz d z czujnikami do aktywnej kontroli wyd u enia i odkszta cenia (ugi cia) próbek oraz zmodyfikowan ciernic. Do obróbki wybrano dwa materia y: stal HS obrobion ciepl-

3 Aktywny pomiar wyd u enia i odkszta cenia nie do twardo ci 60 HRC oraz kompozyt na bazie stali szybkotn cej ASP 60 o twardo ci 75 HRC. Grubo próbki H = 2,8 mm, d ugo L = 100 mm, kszta t próbek by prostok tny. Ciecz obróbkow (MQL) w postaci mg y olejowej z minimalnym wydatkiem wytwarzano za pomoc urz dzenia firmy MicroJet. Na zestaw ciernic z elektrokorundu chromowego ( ciernica 25A 80G 12 VB) sk ada y si trzy ciernice grubo ci 15 mm oddzielone przek adkami (szeroko zestawu ciernic wynosi a 48 mm). Dwie ciernice by y inaczej modyfikowane, ró ny by podzia rowków na ich obwodzie (podzia na 24 i 36). Trzecia ciernica nie by a modyfikowana, oznaczono j jako BM. ciernica modyfikowana, 24 naci cia ciernica pe na niemodyfikowana (BM) ciernica modyfikowana, 36 naci Rys. 3. Zestaw ciernic osadzonych na wrzecionie Fig. 3. The set of grinding wheels with modified and standard active surface mounted on the spindel; modified grinding wheel 24 grooves, non modified grinding wheel, modified grinding wheel 36 grooves Do podawania CO do strefy szlifowania u yto dysz o rednicy otworu 1 mm, warto ci nienia wynosi a 0,6 MPa. Kierunki strumienia spr onego powietrza i oleju oznaczono K1 z przodu ciernicy, K2 z boku ciernicy (pod k tem 45 do kierunku przesuwu przedmiotu). W ciernicach niemodyfikowanych do doprowadzania CO wykorzystywano tylko kierunek K1, natomiast w modyfikowanych kierunek K2, przy czym dysza by a ustawiona pod k tem 45 do czo- a ciernicy, oraz K1. v w Rys. 4. Kierunki podawania spr onego powietrza i MQL Fig. 4. The supplying directions of compressed air and MQL aerosol applied on active surface of grinding wheel K2 45 K1

4 76 R. Wójcik 3. WYNIKI BADA Badania pozwoli y okre li zjawiska wyd u enia i ugi cia zachodz ce w procesie szlifowania materia ów o odmiennych strukturach, odmiennym przewodzeniu ciep a i odmiennej twardo ci. Zmiany zachodz ce podczas szlifowania kompozytu przedstawiono na rys. 5. Wyd u enie W próbki z kompozytu przy badanych kierunkach podawania mg y olejowej podczas szlifowania ciernicami modyfikowanymi i bez modyfikacji by o na poziomie warto ci mikrometrycznych. Najwi ksze ugi cie U = 0,08 mm zanotowano dla ciernicy bez modyfikacji, oznaczonej jako BM, gdy mg a olejowa by a podawana z kierunku K1 (rys. 5c). Gdy mg olejow podawano z kierunków K1 i K2, ugi cie ciernicy modyfikowanej z 36 rowkami wynosi o 0,018 mm (rys. 5b), a ciernicy modyfikowanej z 24 rowkami 0,021 mm (rys. 5a). a) b) c) Rys. 5. Wp yw modyfikacji ciernicy i kierunku podawania mg y olejowej na ugi cie i wyd u enie podczas szlifowania wg bnego p aszczyzn próbek z kompozytu ciernic (25A 80G 12 VB): a) z 24 rowkami, b) z 36 rowkami, c) BM Fig. 5. Influence of grinding wheel modification and direction of oil mist supply on deflection and elongation of the composite workpiece during the plunge surface grinding process (by grinding wheel 25A 80G 12 VB): a) with 24 grooves, b) with 36 grooves, c) BM Natomiast podczas szlifowania stali HS ciernic bez modyfikacji z kierunkiem podawania mg y olejowej K1 wyd u enie W wynosi o 0,003 mm, a ugi cie U = 0,1 mm (rys. 6a). Gdy t sam stal szlifowano ciernic modyfikowan z 36 rowkami z jednoczesnym podawaniem oleju z kierunków K1 i K2, ugi cie U wynosi o 0,018 mm, a wyd u enie W = 0,003 mm (rys. 6b). W przypadku ciernicy modyfikowanej z 24 rowkami wyd u enie W = 0,008 mm, a ugi cie U = 0,028 mm (rys. 6c).

5 Aktywny pomiar wyd u enia i odkszta cenia Najwi ksze odkszta cenie próbki stwierdzono podczas szlifowania ciernic niemodyfikowan (kierunek K1 podawania MQL) oko o 0,033 mm (rys. 6c). Do dziwny przebieg odkszta cenia odnotowano podczas szlifowania ciernic oznaczon (24). W pocz tkowej fazie próbka odkszta ci a si w kierunku ujemnym, a po zako czonym szlifowaniu zmieni si znak odkszta cenia na przeciwny nast pi o odkszta cenie w kierunku dodatnim. Równocze nie wyst pi y zmiany strukturalne w warstwie wierzchniej. a) b) c) b) Rys. 6. Wp yw modyfikacji ciernicy i kierunku podawania mg y olejowej na ugi cie i wyd u enie podczas szlifowania wg bnego p aszczyzn próbek ze stali HS ciernic (25A 80G 12 VB): a) BM, b) 36, c) 24 Fig. 5. Influence of grinding wheel modification and direction of oil mist supply on deflection and elongation of the steel HS workpiece during the plunge surface grinding process (by grinding wheel 25A 80G 12 VB): a) BM, b) 36, c) WNIOSKI Badania szlifowania stali szybkotn cej i kompozytu na bazie tej stali wykaza- y mniejsz podatno na ugi cie i wyd u enie kompozytu. Wi ksz stabilno stwierdzono w przypadku przedmiotów o ma ej grubo ci (2 mm) szlifowanych z ma ymi pr dko ciami przedmiotu i du ymi g boko ciami szlifowania (0,05 mm), zw aszcza z udzia em mg y olejowej. Natomiast stal szybkotn ca szlifowana z zachowaniem takich samych warunków jest bardziej podatna na zmiany. Odkszta cenia by y tak du e, e po zako czeniu obróbki materia nie powraca do stanu sprzed obróbki. U yte w badaniach ciernice modyfikowane i kierunki podawania mg y olejowej do strefy szlifowania (po obwodzie ciernicy) potwierdzi y zalety modyfikacji czynnej powierzchni ciernicy i MQL. Badania wykonane na zaprojektowanym stanowisku potwierdzi y jego przydatno do aktywnej kontroli odkszta ce.

6 78 R. Wójcik LITERATURA [1] Eisenblatter G., Minimum Quantity Lubrication, w: Proc. First Int. Work-shop on High Prefomance Cutting, Paris 2002, s [2] Kruszy ski B., Pazgier J., Temperatures and forces in grinding of magnetics composites, w: III rd International Scientific Conference Development of Metal Cutting, Koszyce 2000, s [3] Kruszy ski B., Wójcik R., Residual Stress in Grinding, Journal of Materials Processing Technology, 2002, s [4] Oczo K. E., Doskonalenie strategii ch odzenia i smarowania w procesach obróbkowych, Mechanik, 2004, 10, s [5] Wójcik R., Kruszy ski B., Szlifowanie powierzchni p askich z zastosowaniem minimalnego smarowania (minimum quantity lubrcation-mql), w: XXVII Naukowa Szko a Obróbki ciernej, Kraków 2003, s [6] Wójcik R., Utwardzanie powierzchni p askich w procesie szlifowania, w: XXVII Naukowa Szko a Obróbki ciernej, Kraków 2003, s [7] [8] [9] Praca wp yn a do Redakcji Recenzent: dr hab. in. Jaros aw Plichta ACTIVE MEASURMENT OF SURFACE DEFLECTION AND ELONGATION OF THE WORKPIECE IN THE SURFACE GRINDING PROCESS S u m m a r y The article presents the test results of active measurements of flat surfaces elongation and deflection during surface grinding process. Presentation of measuring tool construction was given. Grinding process was conducted with the use of chromium precious aloxite grinding wheel as well as modified grinding wheels, bearing steels and composite materials. Machining liquid used for the tests was oil mist (MQL). Key words: grinding, minimal quantity lubrication