Comparison of Measured Surface Layer Quality Parameters with Simulated Results

Abstract

The grinding temperature is one of the factors limiting the throughput performance of the profile gear grinding operation. There are two main methods for determining the grinding temperature: an analytical method with the aid of analytical models and a simulation one based on both the analytical and geometrical models. In the paper, at the first stage the profile gear grinding temperature field is investigated with the aid of finite element method (FEM) simulation as an example of information technology which helps to predict the surface layer quality physical parameters. The results obtained are compared with similar calculations for the analytical models and the tooth surface area is found to determine the temperature according with the analytical models. At the second stage, a series of experimental studies on the CNC machine Höfler Rapid 1250 is carried out on a real gear by means of a successive increase in the depth of profile gear grinding. From the gear machined the special samples were cut out on the electro-erosive machine mod. MV 2400S ADVANCE Type 2 (MITSUBISHI ELECTRIC Company) for additional investigation of these samples. The teeth surface layer quality experimental study and the structural-phase state of the surface layer metallographic analysis have been performed using modern measuring equipment and instruments, e.g. microscope Altami MET-5. It is established that, in other equal conditions, the highest grinding temperature occurs in the upper part of the tooth which is grinding. It is identified areas of the tooth profile, on which the grinding temperature can be calculated by the famous analytical dependencies. It is established that as the parameters characterizing the grinding intensity and the volume of material removal per unit of the grinding wheel width increase, the grinding burn arises and its thickness increases. The regularity of the change in the thickness of the burn along the height of the tooth is established, which makes it possible to evaluate the reliability of the corresponding theoretical studies.

Температура шліфування є одним з факторів, що обмежує продуктивність профільного шліфування зубчастого колеса. Існує два основних методи визначення температури шліфування: аналітичний метод за допомогою аналітичних моделей і імітаційний, заснований як на аналітичних, так і на геометричних моделях. У статті на першому етапі досліджують температурне поле профільного зубошліфування за допомогою методу кінцевих елементів (FEM) як приклад інформаційної технології, що допомагає прогнозувати фізичні параметри якості поверхневого шару. Отримані результати порівнюють з аналогічними розрахунками для аналітичних моделей, і знаходять ділянки поверхні зуба для визначення температури відповідно до аналітичних моделей. На другому етапі проведено серія експериментальних досліджень на верстаті з ЧПК Höfler Rapid 1250 при шліфуванні реального зубчастого колеса при послідовному збільшенні гли- бини профільного шліфування. З обробленого зубчастого колеса вирізали спеціальні зразки на електроерозійному верстаті мод. MV 2400S ADVANCE Type 2 (MITSUBISHI ELECTRIC Company) для додаткового дослідження цих зразків. Експериментальне дослідження якості поверхневого шару зубів і структурно-фазового стану поверхневого шару проведено з використанням сучасного вимірювального встаткування й приладів, наприклад, мікроскопа Altami MET-5. Встановлено, що за інших рівних умов більш висока температура шліфування має місце у верхній частині зуба при шліфуванні. Виявлено ділянки профілю зуба, по яких можна розрахувати температуру шліфування за відомими аналітичними залежностями. Встановлено, що при збільшенні параметрів, що характеризують інтенсивність шліфування і обсяг знімання матеріалу на одиницю ширини шліфувального круга, шліфувальний припік виникає і його товщина збільшується. Встановлена закономірність зміни товщини припіку по висоті зуба, що дозволяє оцінити вірогідність відповідних теоретичних досліджень за інформаційними моделями.

Температура шлифования является одним из факторов, ограничивающих производительность профильного шлифования зубчатого колеса. Существует два основных метода определения температуры шлифования: аналитический метод с помощью аналитических моделей, и имитационный, основанный как на аналитических, так и на геометрических моделях. В статье на первом этапе исследуется температурное поле профильного зубошлифования с помощью метода конечных элементов (FEM) в качестве примера информационной технологии, которая помогает прогнозировать физические параметры качества поверхностного слоя. Полученные результаты сравниваются с аналогичными расчётами для аналитических моделей, и определяются участки поверхности зуба для определения температуры в соответствии с аналитическими моделями. На втором этапе проводится серия экспериментальных исследований на станке с ЧПУ Höfler Rapid 1250 при зубошлифовании реального зубчатого колеса при последовательном увеличении глубины профильного шлифования. Из обработанного шлифованием зубчатого колеса вырезали специальные образцы на электроэрозионном станке мод. MV 2400S ADVANCE Type 2 (MITSUBISHI ELECTRIC Company) для дополнительного исследования этих образцов. Экспериментальное исследование качества поверхностного слоя зубьев и структурно-фазового состояния поверхностного слоя проводилось с использованием современного измерительного оборудования и приборов, например, микроскопа Altami MET-5. Установлено, что при прочих равных условиях более высокая температура шлифования имеет место в верхней части шлифованного зуба. Выявлены участки профиля зуба, по которым можно рассчитать температуру шлифования по известным аналитическим зависимостям. Установлено, что при увеличении параметров, характеризующих интенсивность шлифования и объем съема материала на единицу ширины шлифовального круга, шлифовальный прижог возникает и его толщина увеличивается. Установлена закономерность изменения толщины прижога по высоте зуба, что позволяет оценить достоверность соответствующих теоретических исследований по информационным моделям.