ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ГЕРМЕТИЧНОСТИ. Решение по поддержанию эксплуатационной надёжности забивных свай строительного объекта на территории набережной
 Скачать 7.95 Mb.
|
|
DOI: 10.21869/2223-1560-2018-22-1-94-100 Ссылка для цитирования Носенко СВ, Носенко В.А., Кременецкий Л.Л. Исследование влияния скорости глубинного шлифования и характеристики абразивного инструмента на качество поверхности титанового сплава // Известия Юго-Западного государственного университета. 2018. Т. 22, № 1(76). С. 94-100. Глубинное шлифование относится к числу наиболее наукоемких и высокопроизводительных процессов абразивной обработки [1-3]. Несмотря на достаточно широкое распространение в машиностроении, наиболее проблемным процессом считается глубинное шлифование сплавов на основе титана. Основной причиной плохой обрабатываемости титановых сплавов является высокая адгезионная активность титана к абразивному материалу [4-6]. В результате обрабатываемый металл налипает на вершины зерен, продукты износа абразивного инструмента переносятся на обработанную поверхность [7]. В качестве мер обеспечения эффективности процесса рассматривают применение высокопо- ристого абразивного инструмента [2, 8], непрерывную правку [9-11], использование СОТС [12, 13]; выбор направления Исследование влияния скорости глубинного шлифования и характеристики абразивного инструмента. ISSN 2223-1560. Известия Юго-Западного государственного университета. 2018. Т. 22, № подачи заготовки, режимов шлифования и правки [14-17]. Из титановых сплавов изготавливают особо ответственные детали, к качеству поверхности которых предъявляют высокие требования. В связи с этим, повышение эффективности глубинного шлифования титановых сплавов относится к приоритетным задачам абразивной обработки. Цель работы исследование влияния характеристики абразивного инструмента и скорости глубинного шлифования на качество обработанной поверхности заготовок из титанового сплава. Методика исследования Методом врезного встречного шлифования на профилешлифовальном станке-автомате модели SLS434 с ЧПУ обрабатывали заготовки из титанового сплава Ti6Al4V длиной 40 мм. В качестве абразивного инструмента использовали высокопори- стые шлифовальные круги 1 500×16×203 характеристики производства ОАО Волжский абразивный завод. Режимы обработки скорость шлифования v: 20 мс, 25 мс и 30 мс скорость подачи стола мм/мин, глубина шлифования 1 мм подача правящего ролика 0,6 мкм/об. Смазочно-охлаждающую жидкость Castrol Syntilo 81 E под давлением 12 бар подавали с двух сторон круга в зону правки и на гидроочистку круга. Расход жидкости – 200 л/мин. Морфологию и химический состав шлифованной поверхности исследовали на двухлучевом электронном микроскопе Versa 3D. Шероховатость поверхности измеряли про- филографом-профилометром Mitutoyo Surftest SJ-410. Химический состав и шероховатость обработанной поверхности определяли в 10 сечениях, равномерно распределенных по длине заготовки. Результаты исследований При глубинном шлифовании, в отличие от маятникового, необходимо учитывать особенности формообразования на различных этапах процесса [18]. Удаление материала начинается на этапе врезания. Обработанная поверхность формируется на этапе постоянной длины дуги контакта (ПДДК) и этапе выхода. На этапе врезания глубина шлифования возрастает практически от нуля до максимального значения, соответствующего заданной глубине обработки. На этапе ПДДК глубина шлифованияне изменяется, на этапе выхода – снижается до нуля. Состояние рельефа обработанной поверхности титанового сплава свидетельствует об интенсивном адгезионно- когезионном взаимодействии обрабатываемого материала с абразивным инструментом. В результате адгезионного взаимодействия с абразивным материалом титановый сплав налипает на вершины зерен и наследующем обороте круга, в результате когезионного взаимодействия, переносится на обрабатываемую поверхность. На этапе ПДДК морфология поверхности приблизительно одинакова, при l>22,3 мм начинается этап выхода. Фактическая глубина резания зерен и длина дуги контакта инструмента с обрабатываемым материалом снижаются. В результате уменьшаются интенсивность налипания металла на вершины зерен шлифовального круга, и, соответственно, перенос этого металла на обработанную поверхность СВ. Носенко, В.А. Носенко, Л.Л. Кременецкий ISSN 2223-1560. Известия Юго-Западного государственного университета. 2018. Та б Рис. 1. Морфология обработанной поверхности при шлифовании кругом 64CF80H12V, l=26,2 мм, 131×: v=20 мс (а, v=30 мс (б) С увеличением скорости шлифования возрастает количество вершин, проходящих в единицу времени через рассматриваемое сечение обрабатываемой поверхности. Соответственно, увеличивается частота переноса металла на единицу площади обработанной поверхности рис. 1). Поверхность, полученная на v=25 мс, по состоянию рельефа занимает промежуточное положение между скоростями мс и v=30 мс. При шлифовании кругом более высокой твердости 64CF100I12V существенных отличий в морфологии шлифованной поверхности не установлено. Изменение условий взаимодействия по длине заготовки отражается на шероховатости обработанной поверхности рис. 2). Параметр Ra при шлифовании кругом 64CF80H12V на этапе ПДДК в среднем на 30-40 % больше, чем на этапе выхода. Подобная закономерность наблюдается и при шлифовании в других условиях [19]. При шлифовании кругом 64CF100I12V различие в Ra снижается до 15-30 %. а б Рис. 2. Среднее значение параметра шероховатости Ra обработанной поверхности на различных скоростях и этапах шлифования кругами 64CF100I12V аи (б □ – по всей длине заготовки ■ – этап ПДДК; ▨ – этап выхода 0,7 1,1 1,5 1,9 20 25 30 R a , мкм, мс 1,1 1,5 1,9 20 25 30 R a , мкм, мс Исследование влияния скорости глубинного шлифования и характеристики абразивного инструмента. ISSN 2223-1560. Известия Юго-Западного государственного университета. 2018. Т. 22, № Скорость шлифования не оказывает значимого влияния на изменение среднего значения Ra на всей обработанной поверхности и на этапе ПДДК. На этапе выхода при шлифовании кругом 64CF100I12V с увеличением скорости шлифования Ra возрастает значимо. Результатом адгезионного-когезион- ного взаимодействия является не только перенос металла на вершину зерна и, далее, на обработанную поверхность, но и перенос на обработанную поверхность продуктов износа шлифовального круга, в том числе кристаллов карбида кремния. Наличие кристалла подтверждено методом локального микрорентгеноспек- трального анализа [19]. Рис. 3. Влияние v на концентрацию кремния C m (Si): □ – круг 64CF80H12V; ■ – круг 64CF100I12V Для оценки общего количества переносимого абразивного материала осуществляли сканирование обработанной поверхности по площади (рис. 3). С увеличением скорости шлифования в 1,5 раза концентрация кремния на поверхности титанового сплава возрастает в 1,6-1,8 раза. Значимого влияния характеристики шлифовального круга на C m (Si) не установлено. Основные выводы Состояние рельефа обработанной поверхности титанового сплава свидетельствует об интенсивном адгезионно-когезионном взаимодействии обрабатываемого материала с абразивным инструментом. Характеристика круга не оказывает существенного влияния на общий характер формирования морфологии. Среднее арифметическое отклонение профиля обработанной поверхности на этапе постоянной длины дуги контакта на 15-40 % больше, чем на этапе выхода. С увеличением скорости шлифования в 1,5 раза средняя концентрация кремния на поверхности титанового сплава возрастает в 1,6-1,8 раза, значимое увеличение среднего значения параметра по длине обработанной поверхности установлено только на этапе выхода. Список литературы 1. Интенсификация технологических процессов механообработки труднообрабатываемых материалов / В.Ф. Макаров, Д.И. Токарев, АХ. Половинкин, А.В. Ви- ноградов, А.А. Кириллова // Известия Орловского государственного технического университета. Серия Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. 2007. №2. С. 23-27. 2. Старков В.К. Шлифование высо- копористыми кругами. М Машиностроение с. 3. Полетаев В.А., Волков Д.И. Глубинное шлифование лопаток турбин. М Машиностроение, 2009. 272 с. 4. Худобин Л.В., Унянин АН. Минимизация засаливания шлифовальных кругов. Ульяновск Ульяновский государственный технический университет, 2007. 299 см асс, мс СВ. Носенко, В.А. Носенко, Л.Л. Кременецкий ISSN 2223-1560. Известия Юго-Западного государственного университета. 2018. Т. 22, № 1(76) 98 5. Xipeng Xu, Yiqing Yu. Mechanisms of abrasive wear in the grinding of titanium (TC4) and nickel (K417) alloys // Wear. 2003. Vol. 255(7). P. 1421-1426. 6. Curtis D.T., Soo S.L., Aspinwall D.K., Mantle A.L. Evaluation of workpiece surface integrity following point grinding of advanced titanium and nickel based alloys // Procedia CIRP. 2016. Vol. 45. P. 47-50. 7. Исследование химического состава поверхностного слоя титанового сплава при шлифовании его кругом из карбида кремния без использования СОТС / СВ. Носенко, В.А. Носенко, А.А. Крути- кова, Л.Л. Кременецкий // СТИН. 2015. №1. С. 26-29. 8. Nadolny K. A review on single-pass grinding processes // Journal of Central South University. 2013. Vol. 20(6). P. 1502- 1509. 9. Носенко СВ, Носенко В.А., Кре- менецкий Л.Л. Влияние правки абразивного инструмента на состояние рельефа обработанной поверхности титанового сплава при встречном глубинном шлифовании Вестник машиностроения. 2014. №7. С. 64-68. 10. Soo S.L., Hood R., Lannette M., Aspinwall D.K., Voice W. Creep feed grind- ing of burn-resistant titanium (BuRTi) using superabrasive wheels // International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2011. Vol. 53(9-12). P. 1019-1026. 11. Klocke F., Soo S.L., Karpuschewski B., Webster J.A., Novovic D., Elfizy A. Abrasive machining of advanced aerospace alloys and composites // CIRP Annals- Manufacturing Technology. 2015. Vol. 64(2). P. 581-604. 12. Профильное глубинное шлифование деталей из титановых сплавов / В.А. Поклад, АН. Шутов, В.К. Старков, С.А. Рябцев // Технология машиностроения. С. 14-22. 13. Arnab Kundu, Manish Mukhopadh- yay, Sirsendu Mahata, Ayan Banerjee, Bijoy Mandal, Santanu Das. Grinding Titanium grade 1 alloy with an alumina wheelusing soap water // Procedia Manufacturing. 2018. Vol. 20. P. 338-343. 14. Реченко Д.С. Обработка титановых и жаропрочных сплавов высокоскоростным шлифованием // Омский научный вестник. 2008. №4. С. 59-61. 15. Носенко В.А., Носенко СВ. Попутное и встречное глубинное шлифование титанового сплава с периодической правкой круга // Вестник машиностроения. С. 66-71. 16. Носенко СВ, Носенко В.А., Бай- рамов А.А. Влияние правки абразивного инструмента и направления движения стола на шероховатость обработанной поверхности при глубинном шлифовании заготовок из титановых сплавов // СТИН. 2015. №1. С. 21-26. 17. Hood R., Lechner F., Aspinwall D.K., Voice W. Creep feed grinding of gamma titanium aluminide and burn re- sistant titanium alloys using SiC abrasive // International Journal of Machine Tools and Manufacture. 2007. Vol. 47(9). P. 1486- 1492. 18. Носенко В.А., Носенко СВ. Математические модели наработки и режущей способности для различных этапов плоского глубинного шлифования горизонтальных поверхностей кругом прямого профиля // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2010. №4. С. 92-98. 19. Nosenko S.V., Nosenko V.A., Kre- menetskii L.L. The condition of machined surface of titanium alloy in dry grinding // Procedia Engineering. 2017. Vol. 206. P. 115-120. Поступила в редакцию 17.01.18 Исследование влияния скорости глубинного шлифования и характеристики абразивного инструмента. ISSN 2223-1560. Известия Юго-Западного государственного университета. 2018. Т. 22, № 1(76) 99 UDC 621.923:669-1 S.V. Nosenko, Candidate of Engineering Sciences, Associate Professor, Volzhsky Polytechnical Institute (Branch), Volgograd State Technical University (Volzhsky, Russia) (e-mail: s.v.nosenko@gmail.com) V.A. Nosenko, Doctor of Engineering Science, Professor, Volzhsky Polytechnical Institute (Branch), Volgograd State Technical University (Volzhsky, Russia) (e-mail: nosenko@volpi.ru) L.L. Kremenetskii, Post-Graduate Student, Volgograd State Technical University (Volgograd, Russia) (e-mail: kreleonid@yandex.ru) INVESTIGATION OF THE INFLUENCE OF CREEP FEED GRINDING SPEED AND ABRASIVE TOOLS CHARACTERISTICS ON THE QUALITY OF TITANIUM ALLOY SURFACE CONDITION The process of creep feed grinding of titanium alloy Ti6Al4V with high porosity circles of silicon carbide of 64CF80H12V and 64CF100I12V characteristics produced by JSC "Volzhsky Abrasive Plant" is considered. The morphology and chemical composition of the surfaces obtained at a grinding speed of 20-30 m / s were examined with a double-beam electron microscope. Surface roughness control was performed using a modern profilograph, profilometer. The chemical composition and roughness of the machined surface were determined in 10 sections, uniformly distributed along the length of the workpiece. It was found out that abrasive tool characteristic does not influence the general character of the formation of the morphology of the titanium alloy surface. It was proved that, as a result of adhesion-cohesive interaction, concentration of silicon on the machined surface of the titanium alloy increases with increasing grinding speed The increase of the grinding speed by 1.5 ensures the increase in the average silicon concentration by 1.6-1.8 times. The change in the hardness of the grinding wheel does not significantly affect the transfer of the abrasive material to the titanium alloy. The influence of the grinding speed and tool hardness on the values of the arithmetic mean deviation of the profile Ra on the entire length of the workpiece, the stages of the constant length of the arc of the contact and the output was considered. It was found out that the values of Ra parameter at the stage of constant contact arc length are greater than at the output stage by 30-40% when machined with a wheel of 64CF80H12V and by 15-30%, respectively, when machined with a wheel of 64CF100I12V. The increase of the grinding speed from 20 m / s to 30 m / s has a significant effect on the roughness of the machined surface only at the output stage. Key words: titanium alloy, creep feed grinding, wheel characteristics, grinding speed, morphology, roughness, silicon carbide. DOI: 10.21869/2223-1560-2018-22-1-94-100 For citation: Nosenko S.V., Nosenko V.A., Kremenetskii L.L. Investigation of the Influence of Creep Feed Grinding Speed and Abrasive Tools Characteristics on the Quality of Titanium Alloy Surface Condition. Proceedings of the Southwest State University, 2018, vol. 22, no. 1(76), pp. 94-100 (in Russ.). *** Reference 1. Makarov V.F., Tokarev D.I., Polov- inkin A.H., Vinogradov A.V., Kirillova A.A. Intensifikatsiya tehnologicheskih processov mehanoobrabotki trudnoobrabatyvaemyh materialov. Izvestiya Orlovskogo gosudar- stvennogo tehnicheskogo universiteta. Seri- ya: Fundamentalnye i prikladnye problemy tehniki i tehnologii, 2007, no.2, pp. 23-27. 2. Starkov V.K. Shlafovanie vysokop- istymi krugami. Moscow, Mashinostroenie Publ., 2007, 688 p. 3. Poletaev V.A., Volkov D.I. Glu- binnoe shlifovanie lopatok turbin. Moscow, Mashinostroenie Publ., 2009, 272 p. 4. Hudobin L.V., Unyanin A.N. Mini- mizatsiya zasalivaniya shlifovalnyh krugov. Ulyanovsk, 2007, 299 p. 5. Xipeng Xu, Yiqing Yu. Mechanisms of abrasive wear in the grinding of titanium (TC4) and nickel (K417) alloys. Wear. 2003, vol. 255(7), pp. 1421-1426. СВ. Носенко, В.А. Носенко, Л.Л. Кременецкий ISSN 2223-1560. Известия Юго-Западного государственного университета. 2018. Т. 22, № 1(76) 100 6. Curtis D.T., Soo S.L., Aspinwall D.K., Mantle A.L. Evaluation of workpiece surface integrity following point grinding of advanced titanium and nickel based alloys. Procedia CIRP, 2016, vol. 45, pp. 47-50. 7. Nosenko S.V., Nosenko V.A., Kruti- kova A.A., Kremeneckij L.L. Issledovanie himicheskogo sostava poverhnostnogo sloja titanovogo splava pri shlifovanii ego krugom iz karbida kremnija bez ispol'zovanija SOTS. STIN, 2015, no.1, pp. 26-29. 8. Nadolny K. A review on single-pass grinding processes. Journal of Central South University, 2013, vol. 20(6), pp. 1502-1509. 9. Nosenko S.V., Nosenko V.A., Kre- meneckij L.L. Vlijanie pravki abrazivnogo instrumenta na sostojanie rel'efa obrabotan- noj poverhnosti titanovogo splava pri vstrechnom glubinnom shlifovanii. Vestnik mashinostroenija, 2014, no. 7, pp. 64-68. 10. Soo S.L., Hood R., Lannette M., Aspinwall D.K., Voice W. Creep feed grind- ing of burn-resistant titanium (BuRTi) using superabrasive wheels. International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2011, vol. 53(9-12), pp. 1019-1026. 11. Klocke F., Soo S.L., Karpuschewski B., Webster J.A., Novovic D., Elfizy A. Abrasive machining of advanced aerospace alloys and composites. CIRP Annals- Manufacturing Technology, 2015, vol. 64(2), pp. 581-604. 12. Poklad V.A., Shutov A.N., Starkov V.K., Ryabtsev S.A. Profilnoe glubinnoe shlifovanie detalei iz titanovyh splavov. Tehnologiya mashinostroeniya, 2002, no.3. pp. 14-22. 13. Arnab Kundu, Manish Mukhopadh- yay, Sirsendu Mahata, Ayan Banerjee, Bijoy Mandal, Santanu Das. Grinding Titanium grade 1 alloy with an alumina wheelusing soap water. Procedia Manufacturing, 2018, vol. 20, pp. 338-343. 14. Rechenko D.S. Obrabotka titanovyh i zharoprochnyh splavov vysokoskorostnym shlifovaniem. Omskii naychnyi vestnik, 2008, no.4, pp. 59-61. 15. Nosenko V.A. Unidirectional and opposing deep grinding of titanium alloy with periodic wheel adjustment. Russian Engineering Research, 2010, vol. 34(10), pp. 1016-1021. 16. Nosenko S.V., Nosenko V.A., Baj- ramov A.A. Vlijanie pravki abrazivnogo in- strumenta i napravlenija dvizhenija stola na sherohovatost' obrabotannoj poverhnosti pri glubinnom shlifovanii zagotovok iz titano- vyh splavov. STIN, 2015, no.1, pp. 21-26. 17. Hood R., Lechner F., Aspinwall D.K., Voice W. Creep feed grinding of gamma titanium aluminide and burn re- sistant titanium alloys using SiC abrasive. International Journal of Machine Tools and Manufacture, 2007, vol. 47(9), pp. 1486- 1492. 18. Nosenko V.A., Nosenko S.V. Math- ematical models of operating time and cut- ting capacity for various stages of flat creep feed grinding of horizontal surface by circle of direct profile. Journal of Machinery Man- ufacture and Reliability, 2010, vol. 39(4), pp. 380-385. 19. Nosenko S.V., Nosenko V.A., Kre- menetskii L.L. The condition of machined surface of titanium alloy in dry grinding. Procedia Engineering, 2017, vol. 206, pp. 115-120. ISSN 2223-1560. Известия Юго-Западного государственного университета. 2018. Т. 22, № 1(76) 101 УДК 004.942 |