ISSN 1995-2732 (Print), 2412-9003 (Online)
УДК 621.92
DOI: 10.18503/1995-2732-2022-20-4-110-119
Аннотация
В настоящее время повышается требование к точности изготавливаемых изделий, что приводит к увеличению финишных операций. Для закаленных поверхностей деталей одним из популярных методов является шлифование. В связи с высокой конкуренцией необходимо, чтобы повышение качества не сказывалось на себе-стоимости выпускаемой продукции, поэтому на производстве активно внедряются технологии по повышению эффективности. Один из таких методов – это циклы обработки. Чаще всего проектирование циклов аналитиче-ским методом производится за счет учета ряда ограничений, например по мощности, жесткости технологической системы, допускам на размер и отсутствие температурных дефектов. Технологической особенностью процесса шлифования является его высокая теплонапряжённость, вследствие чего температура в зоне обработки может достигать температуры плавления стали. Это приводит к возникновению необратимых дефектов на поверхности готовой детали, а следовательно, к браку и издержкам производства. Из этого можно сделать вывод, что ограничение по температуре является ключевым при проектировании циклов обработки. В рамках данной статьи проводилась проверка разработанной ранее температурной модели круглого врезного шлифования. Проверка осуществлялась с помощью сравнения распределения температуры в заготовке при моделировании процесса обработки методом конечно-элементного моделирования в программной среде Ansys и данными расчетов проверяемой модели. В результате апробации установлено, что погрешность между максимальными температурами в зоне обработки не превышает 7%, что позволяет признать разработанную модель адекватной. Кроме того, в дальнейшем планируется провести ряд экспериментов, проверяющих работу температурной модели при проектировании цикла обработки.
Ключевые слова
температура при шлифовании, бесприжоговость, цикл обработки, метод конечных элементов
Для цитирования
Дегтярева-Кашутина А.С., Болдырев И.С. Апробация температурной модели круглого врезного шлифова-ния с использованием метода конечных элементов // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2022. Т. 20. №4. С. 110-119. https://doi.org/10.18503/1995-2732-2022-20-4-110-119
1. Общемашиностроительные нормативы времени и режимов резания для нормирования работ, выпол-няемых на универсальных и многоцелевых стан-ках с числовым программным управлением: спра-вочник / Переверзев П.П. [и др.]. М.: Экономика, 1990. 394 с.
2. Вереина Л.И., Краснов М.М., Фрадкин Е.И. Абра-зивная обработка: справочник. М.: ИНФРА-М, 2017. 304 с.
3. Fanuc Series 30i-Model B. Fanuc Series 31i-Model B. Fanuc Series 32i-Model B. Для систем многоце-левого станка. Руководство по эксплуатации. 2012. 474 с.
4. Studer. Grinding software [Электронный ресурс]: офиц. сайт. 2022. URL: https://www.studer.com/en/ cylindrical-grinding-machines/software-options/ grinding-software/ (дата обращения 06.09.2022).
5. Лурье Г.Б. Прогрессивные методы круглого наруж¬ного шлифования. Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1984. 103 с.
6. Акинцева А.В., Переверзев П.П. Основные этапы создания единой методологии комплексной струк-турно-параметрической оптимизации циклов круг¬лого шлифования с ЧПУ // Вестник Южно-Уральс¬кого государственного университета. Серия: Ма¬шиностроение. 2021. Т. 21. № 4. С. 37-48. DOI: 10.14529/engin210404.
7. Analytical basics of digital twin for CNC round grinding process / A.V. Akintseva, P.P. Pereverzev, B. Reshetnikov, A.V. Irshin // Materials Today: Proceedings, 2020, pp. 1740-1744. DOI: 10.1016/ j.matpr.2020.08.244
8. Влияние условий обработки на эффективность шлифования микропористого покрытия / Н.С. Алек¬сеев, А.В. Шашок, В.А. Капорин, С.В. Иванов // Вестник Башкирского государственного аграрного университета. 2019. № 2(50). С. 89-94. DOI: 10.31563/1684-7628-2019-50-2-89-94.
9. Обработка шлифованием высоколегированных кор¬розионно-стойких сталей на примере 12Х18Н10Т / А.М. Романенко, Д.Б. Шатько, А.А. Непогожев, Я.С. Караваев // Вестник Концерна ВКО «Алмаз – Антей». 2021. № 3(38). С. 98-106. DOI: 10.38013/ 2542-0542-2021-3-98-106.
10. Guzeev V.I., Nurkenov A.K. Researching the CNC-Machine Stiffness Impact on the Grinding Cycle Design // Procedia Engineering, 2016, vol. 150, pp. 815-820. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2016.07.118.
11. Shipulin L.V., Nurkenov A.Kh, Mazein P.G. Implementation of the design concept of a high-speed processing cycle for CNC machines in the form of a software module CAM-system // IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 2018. Vol. 450, iss. 3. Number 032028. doi.org/10.1088/1757-899X/450/3/032028
12. Malkin S. Grinding Cycle Optimization // CIRP Annals, 1981, vol. 30, Iss. 1, pp. 223-226, https://doi.org/ 10.1016/S0007-8506(07)60930-5.
13. Alvarez J., Barrenetxea D., Marquinez J.I. et al. Continuous variable feed rate: a novel method for improving infeed grinding processes. // Int J Adv Manuf Technol, 2014, vol. 73, pp. 53-61. https://doi.org/ 10.1007/s00170-014-5771-1
14. Barrenetxea D., Alvarez J., Marquinez J.I., Sanchez J.A. Grinding with controlled kinematics and chip removal // CIRP Annals, 2016, vol. 65, Iss. 1, pp. 341-344, https://doi.org/10.1016/j.cirp.2016.04.097.
15. Modelling and monitoring of abrasive finishing processes using artificial intelligence techniques: A review/ V. Pandiyan, S. Shevchik, K. Wasmer, S. Castagne, T. Tjahjowidodo // Journal of Manufacturing Processes, 2020, vol. 57, pp. 114-135. https://doi.org/ 10.1016/j.jmapro.2020.06.013.
16. Nametala C.A.L., Souza A.M., Júnior B.R.P, da Silva E.J. A simulator based on artificial neural networks and NSGA-II for prediction and optimization of the grinding process of superalloys with high performance grinding wheels/ C.A.L. Nametala, A.M. Souza, B.R.P Júnior, E.J. da Silva // CIRP Journal of Manufacturing Science and Technology, 2020, Volume 30, Pages 157-173. https://doi.org/10.1016/ j.cirpj.2020.05.004.
17. Li G.F., Wang L.S., Yang L.B. Multi-parameter optimization and control of the cylindrical grinding process // Journal of Materials Processing Technology, 2002, vol. 129, Iss. 1-3, pp. 232-236, https://doi.org/ 10.1016/S0924-0136(02)00607-6.
18. Дегтярева-Кашутина А.С., Болдырев И.С. Матема¬тическая модель определения температуры в зоне контакта при круглом врезном шлифовании // Вестник Магнитогорского государственного техни¬ческого университета им. Г.И. Носова. 2022. Т. 20. №3. С. 94-102. https://doi.org/10.18503/1995-2732-2022-20-3-94-102
19. Евсеев Д.Г. Формирование свойств поверхност-ных слоев при абразивной обработке. Саратов: Изд-во Саратовского университета, 1975. 127 c.
20. Калинин Е.П. Теория и практика управления производительностью шлифования без прижогов с учетом затупления инструмента. СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2009. 358 с.
21. Kadivar M., Azarhoushang B. Cutting temperature and energy partitioning in grinding // Tribology and Fundamentals of Abrasive Machining Processes (Third Edition), William Andrew Publishing, 2022, pp. 469-505, https://doi.org/10.1016/B978-0-12-823777-9.00002-1.
22. Temperature measurement of surface grinding using a fluid supplying system from inside of grinding wheel / Z. Li, Y. Yao, K. Nakae, H. Sasahara // Emerg. Technol. Precis. Eng. Xiv, 2012, vol. 523-524, pp. 125-130. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/ KEM.523-524.125
23. Yi J., Sheng X.M., Feng C.B. Temperature measurement and simulation in stainless steel high-speed grinding // Applied Mechanics and Materials. 2012. Т. 184. С. 684-687. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMM. 184-185.684
24. Li H.N., Axinte D. On a stochastically grain-discretised model for 2D/3D temperature mapping prediction in grinding // International Journal of Machine Tools and Manufacture. 2017. Т. 116. С. 60-76.
25. Liu D. et al. An in-situ infrared temperature-measurement method with back focusing on surface for creep-feed grinding // Measurement. 2016. Т. 94. С. 645-652.
26. Dai S.J., Li X.Q., Zhang H.B. Research on temperature field of non-uniform heat source model in surface grinding by cup wheel //Advances in Manufacturing. 2019. Т. 7. № 3. С. 326-342.
27. Han J. et al. In situ measurement of cutting edge temperature in turning using a near-infrared fiber-optic two-color pyrometer // Measurement. 2020. Т. 156. С. 107595.
28. Metallographic method for temperature measurement: Reconstruction of grinding temperature field based on critical austenitizing depth and cyclic feedback algorithm / Y. Hong, S. Xiu, C. Sun, Y. Zhao, X. Zhang // Journal of Materials Processing Technology. 2022. Vol. 310. No. 117770, https://doi.org/10.1016/ j.jmatprotec.2022.117770.
29. Numerical Modeling of Transient Temperature and Stress in WC-10Co4Cr Coating During High-Speed Grinding / J. Yi, Z.H. Deng, W. Zhou, S.J. Li // International Journal of Precision Engineering and Manufacturing. 2020. Т. 21. № 4. С. 585-598.
30. Miao Q., Li H.N., Ding W.F. On the temperature field in the creep feed grinding of turbine blade root: Simulation and experiments // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2020. Т. 147. С. 118957.
31. Finite element modelling of temperature in cylindrical grinding for future integration in a digital twin / A. Heininen, R. Prod'Hon, H. Mokhtarian, E. Coatanéa, K. Koskinen // Procedia CIRP, 2021, vol. 104, pp. 875-880, https://doi.org/10.1016/j.procir.2021.11.147.
32. Grinding temperature field prediction by meshless finite block method with double infinite element / Z.Wang, T. Yu, X. Wang, T. Zhang, Ji Zhao, P.H. Wen // International Journal of Mechanical Sciences, 2019, vol. 153-154, pp. 131-142, https://doi.org/10.1016/ j.ijmecsci.2019.01.037.
33. Zhang J. et al. Temperature field model and experimental verification on cryogenic air nanofluid minimum quantity lubrication grinding // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2018. Т. 97. № 1. С. 209-228.
34. Chen H. et al. Simulation of 3D grinding temperature field by using an improved finite difference method // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2020. Т. 108. № 11. С. 3871-3884.
35. Островский В.И. Теоретические основы процесса шлифования. Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1981. 144 с.