Simulation of the relationship between input factors and output indicators of the internal grinding process, considering the mutual vibrations of the tool and the workpiece

Cover Page

Cite item

Abstract

Introduction. In real production conditions, the technological modes recommended in the scientific literature do not reflect the declared qualities, due to the fact that it does not take into account many factors inherent in the process of finishing grinding, for example, its stochastic nature, changes in its dynamic properties, an increase in mutual vibrations of the tool and the workpiece that appear due to changes in the state of the technological system, for example, an increase in vibrations machine tool due to uneven tool wear, etc. All previously developed models have a limited scope of application, it does not take into account the fact that the appearance of vibrations leads to fluctuations in the depth of grinding, with accidental contact of grains with the material being processed, where one group of grains cuts off the material, the other gets into the trace of scratches left by previous grains, etc. This leads to changes in the values of material removal, surface roughness and other parameters of the technological system, which directly affects the accuracy of processing and the quality of the machined surfaces. The purpose of the work is to develop mathematical models that establish the relationship between the processing modes and the current parameters of the contact zone during the fine grinding of pinholes, taking into account the mutual vibrations of the tool and the workpiece. The research methods are mathematical simulation using the basic provisions of the theory of abrasive-diamond processing. Results and discussion. The interrelations between the cutting modes and the current input parameters of the contact zone when grinding pinholes are established, taking into account the mutual vibrations of the tool and the workpiece, which make it possible to determine the parameters of the system at the output to avoid cost losses, including reducing the number of defective products and time costs. Non-stationary mathematical dependences are constructed that allow determining the cutting modes during the implementation of the grinding cycle, taking into account the magnitude of relative vibrations and the initial phase. It is established that instead of a steady process, harmonic oscillations are observed caused by deviations in the shape of the circle, the intensity of tool wear and other factors, all of the above has a significant impact on the quality of the machined surface. The obtained models are universal for various characteristics of the tool, however, for a more adequate description of the process, mathematical dependencies are needed that take into account the wear of the tool on various binders, which is the task of further research.

About the authors

S. M. Bratan

Email: serg.bratan@gmail.com
D.Sc. (Engineering), Professor, Sevastopol State University, 33 Universitetskaya str., Sevastopol, 299053, Russian Federation, serg.bratan@gmail.com

A. S. Chasovitina

Email: nastya.chasovitina@mail.ru
Sevastopol State University, 33 Universitetskaya str., Sevastopol, 299053, Russian Federation, nastya.chasovitina@mail.ru

References

  1. Kassen G., Werner G. Kinematische Kenngrößen des Schleifvorganges // Industrie-Anzeiger. – 1969. – N 87. – P. 91–95.
  2. Malkin S., Guo C. Grinding technology: theory and applications of machining with abrasives. – New York: Industrial Press, 2008. – 372 р. – ISBN 978-0-8311-3247-7.
  3. Hou Z.B., Komanduri R. On the mechanics of the grinding process. Pt. 1. Stochastic nature of the grinding process // International Journal of Machine Tools and Manufacture. – 2003. – Vol. 43. – P. 1579–1593. – doi: 10.1016/S0890-6955(03)00186-X.
  4. Lajmert P., Sikora V., Ostrowski D. A dynamic model of cylindrical plunge grinding process for chatter phenomena investigation // MATEC Web of Conferences. – 2018. – Vol. 148. – P. 09004–09008. – doi: 10.1051/matecconf/20181480900.
  5. A time-domain surface grinding model for dynamic simulation / M. Leonesio, P. Parenti, A. Cassinari, G. Bianchi, M. Monn // Procedia CIRP. – 2012. – Vol. 4. – P. 166–171. – doi: 10.1016/j.procir.2012.10.030.
  6. Zhang N., Kirpitchenko I., Liu D.K. Dynamic model of the grinding process // Journal of Sound and Vibration. – 2005. – Vol. 280. – P. 425–432. – doi: 10.1016/j.jsv.2003.12.006.
  7. Estimation of dynamic grinding wheel wear in plunge grinding / M. Ahrens, J. Damm, M. Dagen, B. Denkena, T. Ortmaier // Procedia CIRP. – 2017. – Vol. 58. – P. 422–427. – doi: 10.1016/j.procir.2017.03.247.
  8. Garitaonandia I., Fernandes M.H., Albizuri J. Dynamic model of a centerless grinding machine based on an updated FE model // International Journal of Machine Tools and Manufacture. – 2008. – Vol. 48. – P. 832–840. – doi: 10.1016/j.ijmachtools.2007.12.001.
  9. Tawakolia T., Reinecke H., Vesali A. An experimental study on the dynamic behavior of grinding wheels in high efficiency deep grinding // Procedia CIRP. – 2012. – Vol. 1. – P. 382–387. – doi: 10.1016/j.procir.2012.04.068.
  10. Dynamic modeling and simulation of a nonlinear, non-autonomous grinding system considering spatially periodic waviness on workpiece surface / J. Jung, P. Kim, H. Kim, J. Seok // Simulation Modeling Practice and Theory. – 2015. – Vol. 57. – P. 88–99. – doi: 10.1016/j.simpat.2015.06.005.
  11. Yu H., Wang J., Lu Y. Modeling and analysis of dynamic cutting points density of the grinding wheel with an abrasive phyllotactic pattern // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2016. – Vol. 86. – P. 1933–1943. – doi: 10.1007/s00170-015-8262-0.
  12. Guo J. Surface roughness prediction by combining static and dynamic features in cylindrical traverse grinding // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2014. – Vol. 75. – P. 1245–1252. – doi: 10.1007/s00170-014-6189-5.
  13. Брозголь И.М. Влияние микрогеометрии поверхности и метода окончательной обработки дорожек качения колец на долговечность шариковых подшипников // Технология подшипникостроения: научнно-технический бюллетень ЭНИИПП. – М., 1958. – № 17. – С. 118–125.
  14. Королев А.В. Исследование процессов образования поверхностей инструмента и детали при абразивной обработке. – Саратов: Саратов. ун-т, 1975. – 202 с.
  15. Маслов Е.Н. Теория шлифования материалов. – М.: Машиностроение, 1974. – 320 с.
  16. Новоселов Ю.К. Динамика формообразования поверхностей при абразивной обработке. – Севастополь: СевНТУ, 2012. – 304 с. – ISBN 978-617-612-051-3.
  17. Носенко В.А., Носенко С.В. Технология шлифования металлов. – 2-е изд., стер. – Старый Оскол: Тонкие наукоемкие технологии, 2019. – 616 с.
  18. Витенберг Ю.Р. Применение корреляционной теории для оценки шлифованной поверхности // Вестник машиностроения. – 1969. – Вып. 1. – С. 55–57.
  19. Линник Ю.В., Хусу А.П. Математико-статическое описание неровностей профиля поверхности при шлифовании // Инженерный сборник. – 1954. – Т. 20. – С. 154–159.
  20. Попов С.А., Малевский Н.П., Терещенко Л.М. Алмазно-абразивная обработка металлов и твердых сплавов. – М.: Машиностроение, 1977. – 264 с.
  21. Щеголев В.А., Уланова М.Е. Эластичные абразивные и алмазные инструменты. – Л.: Машиностроение, 1977. – 148 с.
  22. Хусу А.П., Витенберг Ю.Р., Пальмов В.А. Шероховатость поверхностей: теоретико-вероятностный подход. – М.: Наука, 1975. – 344 с.
  23. Okamura K., Nakajima T. Elastic properties of grinding weel // Memories of the Faculty of Engineering, Kyoto University. – 1969. – Vol. 31, pt. 4. – P. 490–517.
  24. Стадник Т.В. Повышение эффективности обработки длинномерных цилиндрических заготовок из алюминиевых и титановых сплавов на операциях ленточного ротационного шлифования: дис. … канд. техн. наук. – Севастополь, 2022. – 198 с.
  25. Братан С.М., Часовитина А.С. Моделирование влияния относительных вибраций инструмента и заготовки на съем материала при внутреннем шлифовании // Наукоемкие технологии в машиностроении. – 2022. – № 9 (135). – С. 3–9. – doi: 10.30987/2223-4608-2022-9-3-9.
  26. Влияние на вероятность удаления материала относительных вибраций абразивного инструмента и заготовки при чистовом шлифовании / С.М. Братан, С.И. Рощупкин, А.С. Часовитина, К. Гупта // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2022. – Т. 24, № 1. – С. 33–47. – doi: 10.17212/1994-6309-2022-24.1-33-47.
  27. Bratan S., Roshchupkin S., Chasovitina A. The correlation of movements in the technological system during grinding precise holes // Materials Science Forum. – 2021. – Vol. 1037. – P. 384–389. – doi: 10.4028/ href='www.scientific.net/MSF.1037.384' target='_blank'>www.scientific.net/MSF.1037.384.
  28. Kharchenko A., Chasovitina A., Bratan S. Modeling of regularities of change in profile sizes and wear areas of abrasive wheel grains during grinding // Materials Today: Proceedings. – 2021. – Vol. 38, pt. 4. – P. 2088–2091. – doi: 10.1016/j.matpr.2020.10.154.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».