Экспериментальное исследование температуры в зоне резания при микрошлифовании

Александр Анатольевич Дьяконов, Анастасия Евгеньевна Городкова

Аннотация


В статье описана методика и результаты проведения экспериментальных исследований процесса микромеханической обработки – микрошлифования. Главной целью проведенных экспериментов является апробация разработанной теплофизической модели микрошлифования. Данная модель позволит избежать проведения большого количества экспериментов при изменяющихся материалах, технических требований и условий производства.

В качестве обрабатываемого материала выбрано стекло марки К-8, которое является наиболее популярным материалом для изготовления оптических и медицинских приборов, таких как линзы, призмы, лучеделители, кюветы для гемоглобинометров и т. д. Материал режущей части микрошлифовального инструмента – поликристаллический алмаз. Для сбора данных по силам резания использовался динамометр Kistler. Для исследования и сбора данных по температуре резания использовалась уникальная методика, заключающаяся в применении тепловизора и последующей обработке изображений по пикселям. Данная методика позволяет фиксировать значения температуры в любой момент времени, а также четко привязать температуру к расстоянию благодаря известному значению размеров пикселя.

В ходе проведения экспериментов получены зависимости температуры от величины подачи, времени обработки. Выявлено, что увеличение подачи приводит к увеличению температуры, однако характер зависимости не является линейным. Кроме того, определено время приработки режущего инструмента, характеризующееся стабилизацией температуры. Также выявлен характер распределения тепла в обрабатываемой детали. Собранные данные позволяют апробировать разработанную теплофизическую модель и произвести калибровку вычислительного программного комплекса. 


Ключевые слова


микромеханическая обработка; микрошлифование; теплофизическая модель

Полный текст:

PDF

Литература


Liow J.L. Mechanical Micromachining: a Sustainable Micro-Device Manufacturing Approach. Journal of Cleaner Production, 2009, no. 17, pp. 662–667. DOI: 10.1016/j.jclepro.2008.11.012.

Altintas Y., Jin X., Mechanics of Micro-Milling with Round Edge Tools. CIRP Annals Manufacturing, 2011, no. 60, pp. 77–80. DOI: 10.1016/j.cirp.2011.03.084

Patra K., Anand R.S., Steiner M., Biermann D. Experimental Analysis of Cutting Forces in Microdrilling of Austenitic Stainless Steel (X5CrNi18-10). Materials and Manufacturing Processes, 2015, no. 30 (2), pp. 248–255. DOI: 10.1080/10426914.2014.941867

Pratap T., Patra K., Dyakonov A.A. Modeling Cutting Force in Micro-Milling of Ti-6Al-4V Titanium Alloy. Procedia Engineering, 2015, vol. 129, pp. 134–139. DOI: 10.1016/j.proeng.2015.12.021

Anand R.S., Patra K., Steiner M., Biermann D. Mechanistic Modeling of Micro-Drilling Cutting Forces. International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2017, no. 88 (1–4), pp. 241–254. DOI: 10.1007/s00170-016-8632-2

Pratap A., Patra K., Dyakonov A.A. Manufacturing Miniature Products by Micro-Grinding: A Review. Procedia Engineering, 2016, no. 150, pp. 969–974. DOI:10.1016/j.proeng.2016.07.072

Sopeltzev A.V., Dyakonov A.A., Patra K. Dynamic Model of Material Deforming under Microgrinding. Procedia Engineering, 2015, no. 129, pp. 127–133. DOI: 10.1016/j.proeng.2015.12.020

Zhang Q., To S., Zhao Q., Guo B., Recrystallization of Amorphized Si During Micro-Grinding of RB-SiC/Si Composites. Materials Letters, 2016, vol. 172, pp. 48–51. DOI: 10.1016/j.matlet.2016.02.027

Zhang Q., To S., Zhao Q., Guo B., Zhang G. Impact of Material Microstructure and Diamond Grit Wear on Surface Finish in Micro-Grinding of RB-SiC/Si and WC/Co Carbides. Int. Journal of Refractory Metals and Hard Materials, 2015, no. 51, pp. 258–263. DOI: 10.1016/j.ijrmhm.2015.04.026

Zhang Q., To S., Zhao Q., Guo B. Amorphization and C Segregation Based Surface Generation of Reaction-Bonded SiC/Si Composites under Micro-Grinding. International Journal of Machine Tools & Manufacture, 2015, no. 95, pp. 78–81. DOI: 10.1016/j.ijmachtools.2015.05.007

Lee P-H., Lee S.W., Lim S-W. Lee S-H., Ko H.S., Shin S-W. A Study on Thermal Characteristics of Micro-Scale Grinding Process Using Nanofluid Minimum Quantity Lubrication (MQL). International Journal of Precision Engineering and Manufacturing, 2015, vol. 16, no. 9, pp. 1899–1909. DOI: 10.1007/s12541-015-0247-2

Lee P-H., Nam J.S., Li C., Lee S.W. An Experimental Study on Micro-Grinding Process with Nanofluid Minimum Quantity Lubrication (MQL). International Journal of Precision Engineering and Manufacturing, 2012, vol. 13, no. 3, pp. 331–338. DOI: 10.1007/s12541-012-0042-2

Lee P-H., Lee S.W. Experimental Characterization of Micro-Grinding Process Using Compressed Chilly Air. International Journal of Machine Tools & Manufacture, 2011, no. 51, pp. 201–209. DOI: 10.1016/j.ijmachtools.2010.11.010

Park H.W., Liang S.Y. Force Modeling of Microscale Grinding Process Incorporating Thermal Effects. International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2008, no. 44 (5), pp. 476–486. DOI: 10.1007/s00170-008-1852-3

Park H.W., Liang S.Y., Chen R. Microgrinding Force Predictive Modelling Based on Microscale Single Grain Interaction Analysis. International Journal of Manufacturing Technology and Mana¬gement, 2007, no. 12 (1), pp. 25–38. DOI: 10.1504/IJMTM.2007.014141

Park H.W. Micro Grinding Mechanics and Machine Tools: Research on the Methodologies to Predict Micro-Grinding and Design Meso-Machine Tools. VDM Verlag, 2009. 188 p.

Denkena B., Friemuth T., Reichstein M. Potentials of Different Process Kinematics in Micro Grinding. Annals of the CIRP, 2003, no. 52 (1), pp. 463–466.

Feng J., Chen P., Ni J. Prediction of Grinding Force in Microgrinding of Ceramic Materials by Cohesive Zone-Based Finite Element Method. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2013, vol. 68, iss. 5, pp. 1039–1053. DOI: 10.1007/s00170-013-4895-z

Feng J., Chen P., Ni J. Prediction of Surface Generation in Microgrinding of Ceramic Materials by Coupled Trajectory and Finite Element Analysis. Finite Elements in Analysis and Design, 2012, no. 57, pp. 67–80. DOI: 10.1016/j.finel.2012.03.002

Дьяконов А.А., Геренштейн А.В., Городкова А.Е. Теплофизическое моделирование процесса микрошлифования. СТИН. 2017. № 1. С. 33–37. [Dyakonov A.A., Gerenshtejn A.V., Gorodkova A.E. [Thermophysical modeling of the microgrinding process]. STIN, 2017, no. 1, pp. 33–37. (in Russ.)]


Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.