Experimental investigation of temperature in the cutting zone in microgrinding

Abstract

Южно-Уральский государственный университет, г. ЧелябинскВ статье описана методика и результаты проведения экспериментальных ис-следований процесса микромеханической обработки -микрошлифования. Глав-ной целью проведенных экспериментов является апробация разработанной тепло-физической модели микрошлифования. Данная модель позволит избежать прове-дения большого количества экспериментов при изменяющихся материалах, технических требований и условий производства.В качестве обрабатываемого материала выбрано стекло марки К-8, которое яв-ляется наиболее популярным материалом для изготовления оптических и меди-цинских приборов, таких как линзы, призмы, лучеделители, кюветы для гемогло-бинометров 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 ис-пользовалась 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 при-вязать температуру к расстоянию благодаря известному значению размеров пик-селя.В ходе проведения экспериментов получены зависимости температуры от ве-личины подачи, времени обработки. Выявлено, что увеличение подачи приводит к увеличению температуры, однако характер зависимости не является линейным. Кроме того, определено время приработки режущего инструмента, характери-зующееся стабилизацией температуры. Также выявлен характер распределения тепла в обрабатываемой детали. Собранные данные позволяют апробировать раз-работанную теплофизическую модель и произвести калибровку вычислительного программного комплекса.Ключевые слова: микромеханическая обработка, микрошлифование, теплофи-зическая модель.Введение. В современном мире высокий темп развития техники и электроники создает спрос в области создания и совершенствования технологий [1, 2]. В частности, для изготовления мик-роизделий для электроники и медицины разрабатываются новые методы, основанные на микро-механической обработке [3][4][5].Микрошлифование является прогрессивным способом получения особо точных деталей или компонентов из практически любого материала, поддающегося механической обработке [6][7][8][9][10].Изучение публикаций по данному вопросу показало, что большинство исследований носит эмпирический характер. Цель работ заключается в определении оптимальных режимов резания, подборе или изготовлении режущего инструмента для обработки конкретных материалов. Одна-ко такой подход исключает возможность применения технологии микрошлифования в условиях современного производства.Например в работах Pil Ho Lee и Hyang Won Park. Pil Ho Lee, Sang Won Lee рассмотрены теп-лофизические особенности процесса микрошлифования при обработке нержавеющей стали STS 304 и инструментальной стали SK-41C шлифовальным кругом из кубического нитрида бора [11][12][13].