13. Основные научные положения теории шлифования.

Шлифование - технологический метод обработки при помощи абразивных инструментов, режущими элементами которых явля­ются твердые зерна абразивных материалов. Шлифование является процессом массового скоростного резания с образованием очень мелких стру­жек. Шлифование чаще всего выполняется на окончательной стадии обработки (на чистовых и отделочных операциях), выполняемой после лезвийных операций резания (точения, фрезерования, строга­ния и др.), т.к. позволяет обеспечивать 6…7 квалитеты точности раз­меров при малой шероховатости поверхностей (Rа = 0,08...0,32 мкм).

Особенности процесса шлифования: 1. шлифование протекает на больших скоростях резания ( до 80 м/с) и сопровождается снятием большого количества стружки (до нескольких миллионов в секунду) малой толщины (несколько микрометров); 2. процесс снятия стружки происходит за очень маленький промежуток времени (0,00001-0,00005 с); 3. в процессе резания участвует одновременно большое число зерен; 4. повы­шенное трение и нагрев детали, т.к. зерна на поверхности инструмента ориентированы по раз­ному (хаотично), поэтому часть из них не режут, а упруго деформируют обрабатываемую поверхность; 5. необходимо непрерывное обильное охлаждение (СОЖ) зоны резания. 6. Абразивные зерна представляют собой многогранники не­правильной формы с округленными вершинами и отрицательными передними углами.7. В связи с большими скоростями и углами резания шпифование сопровождается высокими температурами резания (1000 1500-С). 8. При управлении процессом шлифования можно изменять режимы резания, но невозможно регулировать геометрию зерна. 9. Абразивный инструмент имеет свойство самозатачиваться. По мере затупления режущих зерен происходит их разрушение и образование новых режущих кромок или же выкрашивание, в результате чего в работу вступают новые острые зерна.

Инструментом при шлифовании могут быть: абразивные круги, головки, бруски, сегменты, листы, ленты, пасты и свободные зерна. Наибольшее применение из них имеют шлифовальные круги.

Число абразивных зерен, расположенных на периферии шлифовального круга, очень велико, оно измеряется на кругах средних размеров десятками и сотнями тысяч штук. Поэтому при шлифовании стружка снимается огромным числом беспорядочно расположенных режущих зерен, к тому же неправильной формы, что приводит к очень сильному размельчению стружки и вызывает большой расход энергии. Затрата энергии на единицу веса снимаемого металла при шлифовании в 4—5 раз больше, чем при фрезеровании, и в 12—13 раз больше, чем при точении.

Абразивные зерна, как правило, имеют отрицательные углы резания. Работу каждого отдельно взятого абразивного зерна можно сравнивать с работой резца, имеющего отрицательный передний угол. Так, если при работе другими инструментами их режущей части можно придать наивыгоднейшую геометрию, то с зернами шлифовального круга этого сделать нельзя.

Шлифовальный круг имеет прерывистую, режущую кромку. Высокие скорости резания, трение связки шлифовального круга об обрабатываемую поверхность, произвольная геометрия абразивных зерен, сильное размельчение стружки приводят к тому, что в зоне шлифования выделяется большое количество тепла. Высокая температура поверхностных слоев шлифуемой детали, достигающая 1000° и больше, вызывает изменение структуры и физических свойств металла.

Снимаемая стружка в большей своей части похожа на стружку, снимаемую другими инструментами. Часть стружки отлетает от шлифуемой детали, а некоторая часть ее размещается в порах шлифовального круга и вымывается из них охлаждающей жидкостью. Небольшая часть ее сгорает. По мере притупления шлифовальные зерна врезаются в металл все с большим и большим усилием. В тот момент, когда усилие по величине превзойдет прочность зерна или удерживающей его связки, зерно разрушится или полностью выкрошится.

Для осуществления процесса шлифования необходимо, чтобы деталь и абразивный инструмент имели соответствующие относительные движения. В машиностроении наиболее часто применяются следующие виды шлифования: круглое наружное (шлифование с продольной подачей; шлифование врезанием; бесцентровое шлифование с продольной подачей; бесцентровое шлифование врезанием), круглое внутреннее(те же разновидности) и плоское (шлифование периферией круга и шлифование торцом круга).

Шлифование широко используется как окончательный способ механической  обработки при изготовлении деталей с повышенными требованиями к точности и шероховатости поверхности. По сравнению с другими способами механической обработки, такими как точение и фрезерование, процесс шлифования требует высоких затрат энергии на единицу объема снятия материала. Фактически, вся энергия шлифования преобразовывается в тепло в зоне обработки, что может привести к повышению температуры заготовки и, как следствие, возможному ее тепловому повреждению. Тепловое воздействие, возникающее при шлифовании заготовки, может пагубно  сказаться на ее прочностных свойствах.

В настоящее время общепризнано, что при резании металлов, в частности, при шлифовании значительная часть механической энергии превращается в тепло. Также установлено, что основная масса тепла, развивающегося в месте контакта режущего круга с изделием, расходуется на нагревание изделия, значительно повышая температуру его поверхностных слоев.

Таким образом, можно сделать важные для практики выводы:

1. Шлифование следует рассматривать не только в качестве механического процесса, но и в качестве термического.

2. Изменение микроструктуры поверхностных слоев закаленных стальных изделий влечет за собой изменение их физико-механических свойств, что во многих случаях понижает долговечность и качество выпускаемой продукции.

3. Для повышения долговечности и качества изделий, обрабатываемых на шлифовальных станках, величина снимаемого за один проход припуска должна быть, в первую очередь, обусловлена тепловыми явлениями, возникающими при шлифовании.