5.5.2. Виды шлифования. Элементы режима резания при круглом наружном шлифовании

Наиболее распространенными видами шлифования являются круглое (наружное и внутреннее), плоское, бесцентровое (наружное и внутреннее), фасонное, зубошлифование и резьбошлифование. Процесс шлифования обычно осуществляется при помощи трех движений: вращения шлифовального круга, вращения или возвратно-поступательного движения обрабатываемой детали и движения подачи, осуществляемого кругом или обрабатываемой деталью.

Скоростью резания при шлифовании является скорость вращения шлифовального круга V_к

V_к = Dn_д /1000 · 60, м/с,

где D – диаметр круга, мм;

n – число оборотов круга в мин.

Скорость вращения обрабатываемой детали

V = Dn_д /1000, м/мин,

где D – диаметр обрабатываемой детали, мм;

п_д – число оборотов детали в мин.

Существуют три способа наружного круглого шлифования: шлифование продольной подачей; шлифование за один проход – глубинное; шлифование методом врезания (рис. 134).

а б в

Рис. 134. Схемы круглого наружного шлифования: а – с продольной подачей; б – глубинное; в – методом врезания

Шлифование с продольной подачей (рис. 134, а) применяют при обработке относительно длинных (нежестких) деталей. Глубина реза­ния, равная поперечной подаче, измеряется за время двойного про­дольного хода детали. При черновом шлифовании стали S = = 0,01…0,07 мм/дв. ход; при чистовом S = 0,005…0,02 мм/дв. ход. Вели­чина продольной подачи выбирается в зависимости от ширины круга В. Для чернового шлифования S = (0,3…0,85)В, для чистового S = (02…0,3)В, мм/об.

Шлифование глубинное применяется при обработке жестких относительно коротких деталей. Припуск в данном случае снимается за один проход. Подача S = 1...6 мм/об. Чем больше диаметр обработки, тем больше подача.

Шлифование методом врезания применяется при обработке дета­лей относительно малой длины, особенно при шлифовании фасонных поверхностей. Поперечную подачу S принимают 0,02…0,07 мм/об.

Внутреннее шлифование. При внутреннем шлифовании (рис. 135) круг и деталь вращаются в разные стороны.

Рис. 135. Схема внутреннего шлифования

Скорость резания определяется так же, как скорость вращения круга, хотя действительная скорость резания больше скорости круга на величину V_д вращения детали. Учитывая, что скорость вращения детали во много раз меньше скорости круга, ее в расчет не принимают.

Плоское шлифование. Плоское шлифование (рис. 136) осуществляется периферией круга и тор­цом. Применяется при обработке нежестких и массивных деталей.

а б

Рис. 136. Схема плоского шлифования: а – периферией круга; б – торцом круга

Для плоского шлифования t выбирается в зависимости от тол­щины обрабатываемой детали в пределах 0,05…0,1 мм.

5.5.3. Физическая сущность процесса шлифования, особенности образования поверхностного слоя

При шлифовании толщина среза измеряется сотыми и тысячными долями миллиметра. Процесс стружкообразования при снятии тонких стружек в значительной мере определяется отношением K = а/, где а – толщина среза;  – радиус округления лезвия.

Чем больше K, тем в более благоприятных условиях протекает процесс стружкообразования и становится сходным с процессом стружкообразования при снятии толстых стружек.

Процесс стружкообразования при обработке пластичных метал­лов со снятием тонких стружек можно представить следующим обра­зом (рис. 137). На округленном участке лезвия действуют нормальные силы Р₁, Р₂, Р₃, ..., Р_n. Составляющие этих сил Р_с1, Р_с2, …, Р_сп обеспечивают скалывание элементов стружки.

В точке 1 толщина среза а = 0, также равна нулю сила Р₁, а пе­редний угол в этой точке ₁ = 90°. С увеличением толщины среза при

Рис. 137. Процесс стружкообразования при шлифовании

а₁ < а₂ < ... < а_n уменьшается отрицательный передний угол ₁ < ₂ < < … < _п и увеличиваются силы скалывания Р_с1 < Р_с2 < ...<Р_сп. При малых значениях силы, вызывающей скалывание элемента стружки, т.е. при малой величине K, срезания материала не произой­дет. На этом участке слой материала, подлежащий удалению, будет сминаться, подвергаясь деформации. При этом возникают высокие удельные давления, измеряемые тысячами и десятками тысяч Н/мм². Рассмотренную схему срезания тонкой стружки можно при­менять к процессу резания абразивным зерном. При шлифовании возникают мгновенные высокие температуры, вследствие чего обра­батываемый материал в зоне резания становится более пластичным. Это создает возможность срезания стружки округлым лезвием при довольно больших отрицательных передних углах, например при  = –50°, где K = 0,5…0,6. При K = 1 процесс срезания стружки ста­новится стабильным для всех условий.

К примеру, электрокорунд зернистостью 16 имеет среднее значе­ние  = 13·10^–3 мм; у синтетического алмаза зернистостью 12  = 2,2·10^–3 мм; у естественного алмаза  = 3,3·10^–3 мм.

Таким образом, зерна алмаза являются более острыми, чем абра­зивные зерна. Это позволяет при использовании алмазного круга снимать более тонкие стружки.

К

Рис. 138. Схема определения максимальной толщины среза

роме того, чем острее лезвие, тем меньше нагрузка на зерно и ниже температура резания. Все это приводит к повышению точно­сти и чистоты обрабатываемой поверхности.

Наибольшее влияние на процесс шлифования оказывает толщина среза, так как она в значительной мере определяет удельную силовую нагрузку на абразивное зерно и износ круга. В связи с тем, что зерна в круге расположены хаотично, то, как бы близко они ни находились, работа двух соседних зерен происходит в разных плоскостях. В этом случае стружка имеет форму чечевицы (рис. 138).

Максимальная толщина среза определяется по формуле

а_mах = t ~ х ± у, мм,

где t – глубина резания;

х – величина упругого отжатая шлифовального шпинделя и обрабатываемой детали в сторону уменьшения толщины стружки;

у – некоторая часть выступа (+) или впадины (–), оставшейся неснятой при предыдущем проходе. Абразивные зерна выступают на поверхности круга на разную величину. Поэтому чем больше t, тем большее количество зерен участвуют в работе и большее число царапин возникают в единицу времени. С увеличением же числа царапин в единицу времени повышается чистота обработанной поверхности.

Большое влияние на процесс шлифования оказывает мгновенная температура в местах контакта абразивных зерен с обрабатываемым материалом. При высоких температурах возможны изменения меха­нических свойств и микроструктуры поверхностного слоя обрабаты­ваемой детали, а также возникновение на отдельных участках обра­ботанной поверхности напряжений, превосходящих предел прочно­сти, что приводит к образованию трещин. В связи с этим необходимо стремиться, чтобы  при шлифовании была минимальной.

Исследованиями профессора Д.А. Маталина установлено, что са­мая большая температура концентрируется в тонком поверхностном слое. Снижение  шлифования достигается применением СОТС и вы­бором оптимальной характеристики шлифовального круга. При рабо­те алмазным кругом мгновенная температура ниже, чем при шлифо­вании абразивным кругом. Это объясняется тем, что алмазное зерно острее абразивного, а поэтому, естественно, прилагаются меньшие усилия резания. Кроме того, алмаз обладает хорошей тепло­проводно­стью, что способствует быстрому отводу тепла из зоны резания.