Силовой анализ процесса резания единичным зерном сферокорунда при шлифовании древесины. С. 140–154

УДК

621.941

DOI:

10.37482/0536-1036-2023-3-140-154

Аннотация

Использование абразивных кругов из сферокорунда позволяет повысить производительность процесса шлифования древесины, а также расширить область применения жесткого абразивного инструмента за счет снижения его засаливания и ликвидации прижогов обработанной поверхности. Проведенные исследования выявили следующие преимущества перед шлифовальной шкуркой использования для шлифования древесины абразивных кругов: высокую точность обработки, получение требуемого качества обработанной поверхности, высокую стойкость инструмента и его низкую стоимость. Произведен силовой анализ процесса микрорезания зерном сферокорунда в зависимости от степени его износа. Показано, что снятие стружки зерном сферокорунда возможно только при его определенном состоянии – обнажении режущих стенок. Также получены теоретические зависимости сил при микрорезании от всех основных условий процесса шлифования древесины и древесных материалов: характеристик круга, режимных показателей обрабатываемого материала и связанных с ним факторов. Проанализированы особенности процесса стружкообразования, условия самозатачивания кругов из сферокорунда. Установлено, что наибольшее влияние на толщину стружки, срезаемую одним зерном сферокорунда, оказывает зернистость, влияние других характеристик внутреннего объемного строения инструмента: содержания зерна и связки – менее значительное. В зависимости от обрабатываемого материала необходимо применять абразивный инструмент соответствующих характеристик: зернистости, твердости, структуры; при этом использовать сферокорунд, имеющий оптимальные физико-механические свойства, в частности толщину стенки зерна, которая во многом определяет его разрушающую нагрузку. Глубина шлифования и скорость подачи оказывают решающее влияние на показатели процесса шлифования древесины и древесных материалов абразивными кругами из сферокорунда. Увеличение глубины шлифования и скорости подачи приводит к росту сил резания, шероховатости шлифованной поверхности, к снижению длины шлифования за период стойкости круга и коэффициента шлифования. При фиксированных глубине шлифования и скорости подачи для улучшения показателей процесса шлифования древесины и древесных материалов необходимо увеличивать скорость резания.

Сведения об авторах

А.В. Сергеевичев¹, д-р техн. наук, проф.; ResearcherID: ABC-2274-2020, ORCID: https://orcid.org/0000-0003-3655-207X
В.А. Соколова², канд. техн. наук, доц.; ResearcherID: AAK-6062-2020, ORCID: https://orcid.org/0000-0001-6880-445X
А.Е. Михайлова¹, канд. техн. наук, доц.; ResearcherID: ABC-1987-2020, ORCID:https://orcid.org/0000-0003-0280-7409
Е.О. Овчарова¹, аспирант; ResearcherID: ABH-3339-2020, ORCID: https://orcid.org/0000-0003-1081-7551
С.А. Войнаш^3*, вед. инж.; ResearcherID: AAK-2987-2020, ORCID: https://orcid.org/0000-0001-5239-9883
¹Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет им. С.М. Кирова, Институтский пер., д. 5, Санкт-Петербург, Россия, 194021; 910sav@gmail.com,
mikhailovaae@ya.ru, evgenya.ov4arova@yandex.ru
²Санкт-Петербургский государственный университет промышленных технологий и дизайна, ул. Большая Морская, д. 18, Санкт-Петербург, Россия, 191186;
sokolova_vika@inbox.ru
³Казанский федеральный университет, ул. Кремлевская, д. 18, г. Казань, Россия, 420008; sergey_voi@mail.ru*

Ключевые слова

силовой анализ, сферокорунд, абразивные круги из сферокорунда, единичное зерно сферокорунда, шлифование, шлифование древесины, шлифование древесных материалов

Для цитирования

Сергеевичев А.В., Соколова В.А., Михайлова А.Е., Овчарова Е.О., Войнаш С.А. Силовой анализ процесса резания единичным зерном сферокорунда при шлифовании древесины // Изв. вузов. Лесн. журн. 2023. № 3. С. 140–154.
https://doi.org/10.37482/0536-1036-2023-3-140-154

Литература

1. Виноградов В.Н., Сорокин Г.М., Колокольников М.Г. Абразивное изнашивание. М.: Машиностроение, 1990. 221 с. 

2. Каменев Б.Б., Сергеевичев А.В. Дереворежущие инструменты. СПб.: СПбГЛТУ, 2013. 332 с. 

3. Кремень З.И., Буторин Г.И., Коломазин В.М. и др. Технология обработки абразивным и алмазным инструментом / под общ. ред. З.И. Кремня. Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1989. 206 с. 

4. Любимов В.Г. Шлифование слоистых пластмасс кругами с абразивными зернами из стекла // Резание и инструмент: междунар. науч.-техн. сб. Харьков, 2002. Вып. 10. С. 73–77. 

5. Маслов Е.Н. Теория шлифования материалов. М.: Машиностроение, 1974. 320 с. 

6. Островский В.И. Теоретические основы процесса шлифования. Л.: ЛГУ, 1981. 144 с. 

7. Рыбин Б.М., Санаев В.Г., Кириллов Д.В. К вопросу выбора параметров шероховатости для оценки неровностей древесины // Вестн. МГУЛ – Лесной вестн. 2012. № 4. С. 68–71. 

8. Санев В.И., Каменев Б.Б., Сергеевичев А.В. Резание древесины и древесных материалов. СПб.: Лань, 2018. 456 с. 

9. Demir H., Gullu A., Ciftci I., Seker U. An Investigation into the Influences of Grain Size and Grinding Parameters on Surface Roughness and Grinding Forces When Grinding. Strojniski vestnik = Journal of Mechanical Engineering, 2010, vol. 56, iss. 7/8, pp. 447–454.

10. Ichida Y. Formation Mechanism of Grain Cutting Edges in Micro Dressing of Polycrystalline CBN Grinding Wheels. Key Engineering Materials, 2012, vol. 523–524, pp. 137–142. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.523-524.137

11. Kivimaa E. Cutting Force in Woodworking. The Stat. Inst. for Tech. Res., Helsinki, 2000, no. 18, pp. 78–91.

12. Korolev A.V., Vasin A.N., Nazar’eva V.A., Reshetnikova O.P. Cutting Geometry of Abrasive Grains. Russian Engineering Research, 2014, vol. 34, no. 10, pp. 655–659. https://doi.org/10.3103/S1068798X14100086

13. Kryukov S.A., Kryukova A.S. Determining the Parameters of Grinding Wheels Working Surface Profile. Procedia Engineering, 2017, vol. 206, pp. 204–209. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2017.10.461

14. Leonov S.L., Markov A.M., Belov A.B., Sczygol N. Generalized Mathematical Model Predicting the Mechanical Processing Topography. IOP Conference Series: Materials, Science and Engineering. Proceedings of the 7th International Scientific and Practical Conference on Innovations in Mechanical Engineering, ISPCIME 2015, September 23–25, 2015, Kemerovo, Russia. England, Bristol, IOP Publishing Ltd Publ., 2016, pp. 1–8. https://doi.org/10.1088/1757-899X/126/1/012009

15. Malkin S. Grinding Technology. Theory and Applications of Machining with Abrasives. New York, Industrial Press Publ., 2008. 372 р.

16. Marinescu I.D., Rowe W.B., Dimitrov B., Inasaki I. Tribology of Abrasive Machining Processes. Brent Beckley Inc. Cover Art Publ., 2004. 764 р. https://doi.org/10.1016/B978-081551490-9.50003-7

17. Narayanaperumal A., Lakshmanan V. Evaluation of the Working Surface of the Grinding Wheel Using Speckle Image Analysis. Proceedings of the ASME 2015 International Conference on Manufacturing Science and Engineering (MSEC2015), 2015. American Society of Mechanical Engineers Publ., 2015, Vol. 1: Processing, pp. 1–7. https://doi.org/10.1115/MSEC2015-9416

18. Nguyen A.T., Butler D.L. Correlation of Grinding Wheel Topography and Grinding Performance: A Study from a Viewpoint of Three-Dimensional Surface Characterization. Journal of Materials Processing Technology, 2008, vol. 208, iss. 1-3, pp. 14–23. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2007.12.128

19. NovoselovYu., Bratan S., Bogutsky V.Analysis of Relation Between Grinding Wheel Wear and Abrasive Grains Wear. Procedia Engineering, 2016, vol. 150, pp. 809–814. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2016.07.116

20. Sergeevichev A., Belonogova N., Sergeevichev V., Byzov V., Mikhailova A. Investigation of the Influence of Certain Factors on the Quality of Processing During Hard Grinding. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. Proceedings of the 5th Pan-Russian Scientific Technical Conference on Forests of Russia: Policy, Industry, Science and Education. England, Bristol, IOP Publishing Ltd. Publ., 2020, vol. 574(1), pp. 1–9. https://doi.org/10.1088/1755-1315/574/1/012072