5.6. Обрабатываемость шлифованием (шлифуемость).

Шлифуемость оценивают:

• производительностью шлифования - отношением масс сошлифованного металла (q_мет) и израсходованного абразива (q_абр): q_мет/q_абр. Это абсолютный показатель. Часто используют относительный показатель «К». К = q_i/q_эт , где индекс «i» относится к исследуемой стали, а индекс «эт» - к эталонной. Для БРС в качестве эталона принята шлифуемость стали Р18;

• склонностью к изменению структуры шлифованного слоя – склонностью к прижогам. При шлифовании и особенно заточке, часто выполняемой без охлаждения, в зоне резания возникают высокие температуры. Такой нагрев может вызвать окисление поверхностных слоев, они меняют цвет – становятся черными или темно-синими (отсюда название - прижог). Слой окислов очень тонок – несколько мкм. Глубже располагается закаленный слой (светлый в поле зрения микроскопа), в структуре которого присутствует аустенит. Твердость этого слоя выше, чем твердость основного металла. Под закаленным располагается отпущенный слой, температура этого слоя в процессе обработки была ниже температуры закалки, но выше температуры отпуска. Он имеет структуру троостита или троосто-мартенсита (в поле зрения микроскопа слой темный) и твердость более низкую, чем у основного металла.

Производительность шлифования.

Обработка инструментальных сталей не вызывает затруднений, они шлифуются значительно лучше, чем БРС. Ниже рассматривается шлифуемость БРС.

Шлифуемость БРС зависит главным образом от наличия в структуре карбидов ванадия – VC. Их количество тем больше, чем выше содержание ванадия. в стали.

Твердость этого карбида высокая – 2000 – 2200 НV, она такая же или выше твердости корунда (Al₂O₃), режущей фракции шлифовальных кругов – 1900 – 2000 HV.

Наличие в структуре твердых карбидов ванадия приводит к затуплению (засаливанию) шлифовального круга., т.е. к потере его режущей способности и, таким образом, к снижению производительности обработки. Кроме того, засаливание круга приводит к повышению сил трения и возрастанию температуры в зоне шлифования.

При низком (до 1,5%) и высоком (свыше 3%) содержании ванадия шлифуемость БРС зависит только от содержания ванадия в стали. При содержании ванадия в пределах 1,9 – 2,5% шлифуемость БРС определяется также содержанием в них вольфрама и молибдена. Таким образом, БРС можно разделить на три характерные группы.

Стали, содержащие до 1,5% ванадия шлифуются хорошо, независимо от содержания вольфрама и молибдена. Это стали Р18 (1,2%) и стали, входящие в стандарт США - М1 (8% Мо, 1,5% W, 1,1%V), M6 (5 % Мо, 4 % W, 1,5%V). Значения показателя шлифуемости «К» этих сталей – 0,95 – 1,0.

Стали, содержащие свыше 3% ванадия шлифуются плохо. Так, шлифуемость сталей Р14Ф4, Р9Ф5 составляет 0.3 – 0.4.

Для сталей с содержанием ванадия 1,9 – 2,5 (3)% зависимость «К – (W + 1,5Mo)%» имеет экстремум. Лучшей шлифуемостью обладают стали, у которых (W + 1,5Mo)%=12 – 14. При этом часть ванадия растворяется в карбиде Ме₆С, не образуя собственного карбида. Увеличение или уменьшение вольфрама и молибдена сверх оптимального приводит к увеличению количества карбида ванадия.

При меньшем количестве вольфрама и молибдена невелико количество карбида Ме₆С, в котором может раствориться ванадий. При увеличении вольфрама и молибдена сверх оптимального возрастает их концентрация в карбиде Ме₆С, растворимость ванадия в нем, соответственно, уменьшается. И в том, и в другом случае увеличивается количество собственного карбида ванадия.

Увеличение содержания ванадия до 1,7 и 1,9% (по сравнению со сталями первой группы) в сталях Р12 и Р6М5 с оптимальным содержанием вольфрама и молибдена, мало изменяет шлифуемость относительно стали Р18 (значения К – 0.8 и 1,0, соответственно).

При содержании вольфрама и молибдена больше оптимального шлифуемость снижается сильнее – показатель «К» стали Р18Ф2К5 – 0,6.

Увеличение содержания ванадия заметнее снижает шлифуемость сталей, содержание вольфрама и молибдена в которых меньше оптимального. Так, значения «К» сталей Р12Ф3 (оптимальное содержание вольфрама), Р9 и А11Р3М3Ф2 составляют 0,5, 0,4 и 0,3, соответственно.

Кобальт не оказывает влияния на шлифуемость БРС. Она одинакова у сталей Р6М5 и Р6М5К5 (К=0,8), а также у сталей Р9, Р9К5 и Р9К10 (К=0,4).

Влияние прижога на стойкость инструментов. Склонность к прижогам.

Прижоги заметно снижают стойкость инструментов. После того, как износится тонкий вторично закаленный слой, обладающий высокой твердостью, на поверхность инструмента выступает отпущенный слой с низкой твердостью. Это приводит к ускоренному износу инструмента. Более того, при грубом шлифовании и заточке на поверхность может выходить не закаленный, а отпущенный слой, тогда стойкость инструмента снижается катастрофически.

Глубина прижога, т.е. слоя с измененной структурой зависит от изнашивающей способности обрабатываемых сталей и от их теплостойкости.

Глубина прижога инструментальных сталей, не обладающие теплостойкостью, значительно больше, чем у БРС – до 1 – 2 и до 0,15 – 0,3 мм, соответственно.

Среди БРС большая склонность к прижогам характерна для сталей с повышенным содержанием ванадия. Плохая шлифуемость этих сталей ограничивает содержание ванадия в БРС – не более 3,5% (сталь Р12Ф4К5).

Глубина прижога в первую очередь определяется величиной съема за проход при шлифовании и заточке. Чем больше съем, тем больше глубина дефектного слоя. Рекомендуются следующие величины съема: 0,02 – 0,04 для инструментальных сталей; не более 0,1 мм для БРС с повышенным содержанием ванадия и не более 0,2 для прочих БРС.

Глубина прижога БРС хорошо корелируется с количеством аустенита во вторично закаленном слое. Этим можно пользоваться при отработке режимов шлифования и заточки.

Приведенные данные относятся к шлифованию инструментальных и быстрорежущих сталей абразивными кругами (наиболее применимы корундовые). При использовании шлифовальных и заточных кругов на основе СТМ (нитрид бора - BN) прижогов практически не наблюдается. Производительность шлифования мало зависит от состава стали. Это связано с тем, что твердость плотной модификации нитрида бора значительно выше твердости карбида ванадия. По твердостиBNуступает только алмазу (7000 и 10000HV, соответственно). Абразивные круги из СТМ целесообразно применять для доводки режущего инструмента, это позволяет снизить на 1 – 2 класса шероховатость поверхности, на поверхности создаются напряжения сжатия. Оба эти фактора позволяют повысить стойкость инструмента.