Intermittent Grinding Temperature Modeling for Grinding System State Monitoring

Abstract

A dry and wet intermittent grinding temperature mathematical model for the thermal macro- or micro-cycle was developed and studied. The heating stage corresponds to the wheel cutting segment passage time through the every contact zone point. The cooling stage corresponds to the passage time of the grinding wheel groove (or pore) through the point mentioned. The dry intermittent grinding temperature field is formed by temperature field superposition during the indicated both heating and cooling cycle stages under the action of heat flux on each point of the surface being ground. While during wet intermittent grinding with grinding fluid through the grooves (or pores) of the intermittent grinding wheel, the temperature field formed at the heating stage is the initial condition for determining the temperature field at the forced cooling stage. Based on the obtained model of the intermittent grinding temperature field the geometrical parameters of the discontinuous (slotted, segmented, high porous) grinding wheel are found and determined for the grinding with intermittent grinding wheel as follows: the number of cutting sections on the wheel and the duty factor of the period of heat flux pulses. The wet intermittent grinding temperature field is also formed by summing (stitching) the temperature fields. However, the heat exchange of the surface being ground with the cooling medium, which periodically acts on this surface during the cooling stage, is taken into account in each macro- or micro-cycle of heat flux in intermittent grinding. The presented article is the result of current work carried out as part of the scientific school of Professor A.V. Yakimov who was the founder of intermittent grinding technology and automation of grinding operations.

Розроблено та досліджено математичну модель для визначення температури переривчастого шліфування насухо і з примусовим охолодженням на інтервалах часу теплового макро- і мікроциклів. Стадія нагріву відповідає часу проходження ріжучого сегмента шліфувального круга через кожну точку зони контакту. Стадія охолодження відповідає часу проходження канавки (або пори) шліфувального круга через зазначену точку. Температурне поле переривчастого сухого шліфування формується накладенням температурного поля на зазначених стадіях циклу нагріву і охолодження від впливу теплового потоку в кожній точці поверхні, що шліфується. У той же час при переривчастому шліфуванні зі шліфувальної рідиною через канавки (або пори) переривчастого шліфувального круга температурне поле, сформоване на стадії нагріву, є початковою умовою для визначення температурного поля на стадії примусового охолодження. На основі отриманої моделі температурного поля при переривчастому шліфуванні, такі геометричні параметри переривчастого (щілинного, сегментованого і високопористого) шліфувального круга знайдені і визначені: кількість ріжучих сегментів на крузі і коефіцієнт заповнення періоду теплових імпульсів, що дорівнює відношенню довжини ріжучого виступу до суми довжин ріжучого виступу і западини. Температурне поле переривчастого шліфування з примусовим охолодженням сформовано методом припасування (зшивання) полів температури на ділянках нагріву і охолодження. При цьому теплообмін поверхні, що шліфується з охолоджуючим середовищем, яка періодично діє на цю поверхню під час стадії охолодження, враховується в кожному макро- і мікроциклі дії теплового потоку при переривчастому шліфуванні, що дозволяє додатково знизити температуру в зоні шліфування. Представлена стаття є результатом поточної роботи, виконаної в рамках наукової школи професора О.В. Якимова - основоположника технології переривчастого шліфування і автоматизації шліфувальних операцій.

Разработана и исследована математическая модель для определения температуры прерывистого шлифования всухую и с принудительным охлаждением на интервалах времени теплового макро- и микроциклов. Стадия нагрева соответствует времени прохождения режущего сегмента шлифовального круга через каждую точку зоны контакта. Стадия охлаждения соответствует времени прохождения канавки (или поры) шлифовального круга через указанную точку. Температурное поле прерывистого сухого шлифования формируется наложением температурного поля на указанных стадиях цикла нагрева и охлаждения от воздействия теплового потока в каждой точке шлифуемой поверхности. В то же время при прерывистом шлифовании со шлифовальной жидкостью через канавки (или поры) прерывистого шлифовального круга температурное поле, сформированное на стадии нагрева, является начальным условием для определения температурного поля на стадии принудительного охлаждения. На основе полученной модели температурного поля при прерывистом шлифовании, следующие геометрические параметры прерывистого (щелевого, сегментированного и высокопористого) шлифовального круга найдены и определены: количество режущих сегментов на круге и коэффициент заполнения периода тепловых импульсов, равный отношению длины режущего выступа к сумме длин режущего выступа и впадины. Температурное поле прерывистого шлифования с принудительным охлаждением сформировано методом припасовывания (сшивания) полей температуры на участках нагрева и охлаждения. При этом теплообмен шлифуемой поверхности с охлаждающей средой, которая периодически действует на эту поверхность во время стадии охлаждения, учитывается в каждом макро- и микроцикле действия теплового потока при прерывистом шлифовании, что позволяет дополнительно снизить температуру в зоне шлифования. Представленная статья является результатом текущей работы, выполненной в рамках научной школы профессора А.В. Якимова – основоположника технологии прерывистого шлифования и автоматизации шлифовальных операций.