Оборудование и приборы для контроля качества абразивного инструмента

Зарубежными фирмами качество абразивного инструмента контролируется по следующим основным параметрам: испытание на прочность; проверка посадочных отверстий; проверка наличия трещин; определение твердости; определение уравновешенности; геометрические параметры;

параметры внешнего вида, не поддающиеся количественной оценке, такие как равномерный цвет круга, отсутствие «мушек», незначительные по величине выкрашивания.

Для определения прочностных свойств используют контрольно-испытательное оборудование с широким применением автоматизированных установок.

Краткая сравнительная техническая характеристика импортного и отечественного станочного оборудования.

Примечание. Р_шп — частота инструмента, Р_ст — стола, Р — изделия.

По мнению зарубежных фирм, безопасность эксплуатации кругов является важнейшим показателем, в связи с чем готовый инструмент подвергается жесткому контролю на прочность. Прочностным испытаниям подвергаются (за редким исключением) 100% кругов диаметром 150 мм и более.

Отличительной особенностью испытательных установок зарубежных фирм (тестеров скорости) является вертикальная компоновка шпиндельных узлов повышенной жесткости, что достигается применением прецизионных подшипниковых узлов с передачей крутящего момента шпинделю на участке между опорами. Основные органы установок утапливаются в шахту. В качестве приводов используются гидродвигатели необходимой мощности.

Повышение жесткости шпиндельных узлов и плавность их разгона при применении гидромоторов являются положительным фактором при испытаниях хорошо отбалансированных шлифовальных кругов. При наличии дисбаланса центробежные силы от неуравновешенности шлифовальных кругов передаются на подшипниковые опоры жестких шпиндельных узлов непосредственно, и так как возрастают в квадратной зависимости от частоты вращения, то являются мошным источником динамических нагрузок на опоры.

Следует отметить, что скоростные испытательные установки (тестеры скорости), по мнению зарубежных фирм, должны проходить тарированные проверки через определенное время — один раз в 3 мес, но не реже одного раза в год. Допустимые отклонения не должны превышать 0—5% для установок производственного назначения.

Фирмой «Джи энд Би» рекламируется 900-миллиметровая скоростная испытательная установка, специально предназначенная для испытания скоростных шлифовальных кругов больших размеров и высот, со следующей технической характеристикой:

максимальный диаметр круга — 900 мм; максимальная высота круга — 600 мм; максимальная масса круга — 350 кг; диапазон размера посадочных отверстий — 51—305 мм; управляемый диапазон частот вращения — от 0 до 6000 об/мин; масса испытательной установки с блоками питания и электрической частью — 9200 кг;

производительность (на кругах 600×600 * 305) — 12 шт./ч.

Методы измерения твердости по рекомендациям зарубежных фирм включают следующие испытания: испытание ударом; испытание по методу Роквелла; пескоструйное испытание; акустическое испытание; контроль плотности.

По мнению отдельных фирм, испытание ударом является лучшим методом для определения твердости шлифовальных кругов, так как имитирует свойства самозатачивания шлифкруга при эксплуатации. Другое преимущество системы испытания ударом зарубежные специалисты видят в ее логической взаимосвязи с системой буквенных степеней твердости, включающих 18 букв от С до Т и разделенных на 17 равных степеней по геометрической прогрессии с показателем глубины проникновения при испытании ударом удваивается через каждые пять степеней шагов (т. е. 1,15).

Кроме того, сила удара, используемая при измерении буквенных степеней от С до У должна удваиваться при измерении степеней с К до Т, что достигается удвоением высоты падения ударного инструмента. Система имеет и свои недостатки, связанные с отсутствием стандартных испытательных машин и научно обоснованной методики измерения.

Канадские фирмы, используя ударный метод, изготавливают собственные испытательные машины и продают их потребителям.

В отечественной практике метод испытания кругов на удар не используется в связи с отсутствием испытательных машин такого класса.

Метод Роквелла зарубежные фирмы применяют к инструменту с зернистостью до 150, при этом инструмент не должен быть тверже Р. Метод Роквелла используют также для контроля хонинговальных брусков зернистостью 150 и мельче.

Испытания на твердость пескоструйным методом зарубежными фирмами не применяются. Это обусловлено главным образом тем, что для системы буквенных степеней твердости результаты пескоструйных испытаний не совпадают с результатами ударных испытаний. По мнению зарубежных фирм, пескоструйные испытания дают хорошие результаты при проверке неоднородности кругов.

Акустический метод, по мнению зарубежных фирм, является наилучшим сравнительным методом контроля, обеспечивающим оценку модуля упругости Е и отличающимся точностью, чувствительностью и оперативностью измерений.

Отрицательной стороной этого метода является невозможность определения неоднородности инструмента. Однако считается, что если результаты акустических испытаний больших партий кругов укладываются в пределы некоторого допуска, то это свидетельствует (с определенной вероятностью) о стабильности технологического процесса.

Приборы Grindo Sonic (Бельгия) и «Звук» (Россия), используемые при акустическом испытании, работают на принципе ударного возбуждения колебаний в изделии с последующим измерением частоты колебаний.

В приборах «Звук» регистрируется строго определенная форма колебаний. Разработанный в США компанией «Сатурн» прибор для акустических испытаний работает по принципу возбуждения колебаний в изделии от генератора и плавного изменения частоты колебаний генератора от момента наступления резонанса. Результаты измерений приборами Grindo Sonic, «Звук» и «Сатурн» дают однозначные выводы. Однако, по мнению фирмы «Сатурн», приборы «Звук» и Grindo Sonic являются более простыми и надежными и поэтому пригодны для практического использования.

Фирмой «Джи энд Би» для определения модуля упругости шлифовальных кругов используется исключительно прибор Grindo Sonic. Встроенный в него компьютер устанавливает соотношение между размерами круга и частотой колебаний и вычисляет модуль упругости.

Дисбаланс в шлифовальных кругах определяется главным образом неоднородным распределением материала, а также погрешностями геометрической формы круга.

Неуравновешенность шлифовальных кругов является источником многих проблем при эксплуатации инструмента, так как вызывает интенсивную вибрацию шлифовального оборудования, износ опор шпиндельных узлов, прижоги и волнообразования на обработанной поверхности деталей, снижает стойкость шлифовальных кругов, уменьшает предельные частоты вращения и прочностные свойства работающего инструмента.

Для проверки неуравновешенности зарубежные фирмы используют балансировочное оборудование трех типов:

для статической балансировки в статическом режиме (параллели, диски и др.);

для статической балансировки в динамическом режиме;

для динамической балансировки (коррекция в двух плоскостях), работающие в динамическом режиме.

Эти три типа устройств служат трем различным целям.

Оборудование для статической балансировки в статическом режиме, аналогом которого в России являются балансировочные параллели, как правило, оснащено электронными системами для определения значения и положения неуравновешенной массы. На отечественных параллелях такие системы отсутствуют.

Статическое балансировочное оборудование имеет встроенные микропроцессоры, осуществляющие автоматическое определение корректирующей массы и места ее добавления для уравновешенности. Место расположения неуравновешенной массы воспроизводится на круговом дисплее, разбитом на 60 секторов.

Оборудование этого типа имеет регулируемые пределы чувствительности, перенастраиваемые в зависимости от массы кругов с предельным значением 400 кг. Производительность оборудования — до 12 шт./мин.

Балансировочное оборудование с динамическим режимом работы подразделяется:

на оборудование для определения статической неуравновешенности шлифовальных кругов (в одной плоскости);

на оборудование для определения динамической неуравновешенности шлифовальных кругов (в двух плоскостях).

Большая часть используемого в настоящее время балансировочного оборудования фирмы ‘‘Джи энд Би" измеряет статическую неуравновешенность.

Оборудование для статической балансировки содержит вращающийся шпиндель прецизионного исполнения, расположенный вертикально или горизонтально. Чаще используется вертикальная компоновка. Колебания шпинделя, вызванные неуравновешенными массами, регистрируются датчиком и передаются в электронно-измерительную систему с компьютерным устройством.

Высокие круги (Н/Д > 0,5) подвергаются динамической балансировке, при которой неуравновешенные массы определяются в двух плоскостях и создают при вращении момент пары сил. Динамическое балансировочное оборудование фирмы позволяет измерять как динамический, так и статический дисбаланс шлифкругов.

Применительно к шлифовальным кругам в отечественной практике отсутствует балансировочное оборудование с динамическим режимом работы, за исключением экспериментального станка модели СБИЛ-350 для совмещенного контроля статической неуравновешенности и испытания на механическую прочность невысоких шлифкругов диаметром 150—350 мм.

Балансировочное оборудование отечественного производства позволяет определять только статическую неуравновешенность и не предназначено для балансировки кругов большой высоты; оборудование очень несовершенно, малопроизводительно, с большой погрешностью определения дисбаланса.

Контроль плотности является, по мнению фирмы «Джи энд Би», одним из наиболее важных, так как отклонения при ударном измерении твердости являются следствием локальных изменений плотности. Так, при оценке абразивного круга степенью твердости К изменение плотности на 0,06 г/см³ изменяет ударную степень на единицу твердости, а, например, добавка связки в количестве 1% от общей массы также вызывает изменение степени твердости на единицу.

Таким образом, если допустима погрешность ±1% на 10 единиц плотности для массы связки, то содержание связки должно быть взвешено с погрешностью ±1% на 3 единицы изменения плотности, а плотность должна контролироваться с погрешностью 1%, т. е. в пределах ±0,02 г/см³. Хотя эта задача является весьма сложной, она должна решаться с применением безусадочной технологии изготовления кругов всех размеров и форм.

Для определения плотности кругов фирма «Джи энд Би» применяет гидростатическую систему измерений, в соответствии с которой изделие взвешивается, затем покрывается парафином и вновь взвешивается, далее изделие помещают в воду, и взвешивается масса вытесненной воды при условии полного погружения в воду. Плотность определяется делением массы изделия на массу вытесненной воды.

Большая часть парафина находится в порах. Если часть парафина находится вне пор, то это приводит к появлению ошибки, которая тем меньше, чем больше размер изделия. Однако этот метод непригоден для точного измерения плотности кругов небольшой высоты.