книги из ГПНТБ / Лебедев, В. Г. Шлифование зубчатых колес абразивными, алмазными и эльборовыми кругами

связкой можно выразить отношением 20/t, т. е. в связку отводится всего 5% выделившегося тепла. В настоящее время в литературе нет достаточно проверенных данных, по которым можно было бы оценить соотношение между площадью трущейся связки и площадью трущихся зерен. Если это соотношение равно 1, т. е. трущиеся площади связ­ ки и зерен одинаковы, то тепловая активность контактируемой поверхности круга, равная при трении только ал­ мазных зерен (связка в процессе трения не участвует)

15,8 ■ ІО3, снижается до 8,2 • 10® —« я ѵГ- '

Теплораспределение между кругом и металлом в этом слу­ чае выражается отношением 3/в, т. е. тепловой поток, на­ правленный в деталь, возрастает вдвое, что должно при­ вести к повышению температуры. Так как в процессе трения связки также выделяется тепло, повышение тем­ пературы будет еще большим. При небольших глубинах ре­ зания влияние связки ограничено, но по мере увеличения глубины резания оно становится все более значительным.

Экспериментальным путем получена формула для рас­ чета температуры поверхности в зависимости от свойств шлифуемого металла, характеристик круга и ре­ жимов обработки при шлифовании закаленных зубчатых колес алмазными кругами:

Для связки КБ коэффициент = 1, а для связки Б1 — 1,3. При зернистости 40—32 коэффициент к2 — 1, при зер­ нистости 25—16 к2 = 1,18, а при зернистости 10—8 кг =

= 1,3.

Остальные обозначения, входящие в формулу (6), рас­ шифрованы выше.

Если при одинаковых параметрах режима сравнить формулу (2) и (6) для кругов ЭБ40МЗК и АСП40КБ 100%, в процессе обработки которыми наблюдается минималь­

20

ная температура поверхности, то в диапазоне глубин ре­ зания до 0,035 мм включительно температура поверхности при алмазном зубошлифовании в 2,2—1,16 раза ниже, чем при абразивном. При глубине 0,04 мм температуры по­ верхности при алмазном и абразивном зубошлифовании примерно равны, а при глубине шлифования выше 0,04 мм температура поверхности при алмазном зубошлифовании выше, чем при абразивном. Это объясняется различием зависимостей температуры от глубины шлифования при алмазном и абразивном зубошлифовании.

Величина прижогов при шлифовании закаленных зубчатых колес алмазными кругами зависит от тех же фак­ торов, что и при абразивной обработке, т. е. от температу­ ры поверхности и от времени воздействия источника теп­ ла на шлифуемую поверхность. В диапазоне малых глу­ бин резания (до 0,03 мм) температура поверхности обычно ниже критических точек для шлифуемых материалов, по­ этому прижоги поверхности отсутствуют. Глубина прижога в зависимости от температуры поверхности и от вре­ мени теплового воздействия на металл может быть рас­

верхностном слое обрабатываемого зуба в основном та­ кой же, как и при абразивной обработке. Если режимы та­ ковы, что температура поверхности значительно ниже, чем при абразивном шлифовании, и если при данных температурах отсутствуют прижоги, то величина остаточ­ ных напряжений при алмазном шлифовании на 35—40% ниже, чем при абразивном, хотя знак их сохраняется. Зависимость величины остаточных напряжений от темпе­ ратуры поверхности представлена в виде табл. 2.

Шероховатость поверхности при шлифовании кругами на связках КБ и Б1 примерно одинакова. Так, при

21

шлифовании кругами на связке Б1 шероховатость поверх­ ности в ряде случаев выше, чем шероховатость при шлифо­ вании кругами на связке КБ на 0,2—0,3 мк, что не выхо­ дит за пределы одного разряда.

При увеличении зернистости алмазного круга шерохо­ ватость поверхности повышается, хотя и незначительно.

Так, при увеличении зернис­ тости алмазного круга с 8 до 16—25 шероховатость поверх­ ности повышается на один раз­

ряд.

При увеличении Кд проис­ ходит некоторое повышение шероховатости поверхности. Причина этого такая же, как

ся примерно на один класс (рис. 8).

Величина подачи и глубина резания, так же как и в случае абразивного шлифования, существенного влияния на шероховатость поверхности не оказывают.

Из сопоставления результатов обработки алмазными и абразивными кругами следует, что при шлифовании зака­ ленных зубчатых колес алмазными кругами шероховатость поверхности может быть снижена на 1—2 класса и со­ ответствовать 9в классу чистоты.

Из-за высокой стоимости алмазных кругов по сравне­ нию с обычными абразивыми кругами удельный износ

22

этих кругов имеет большое значение при выборе наиболее экономически целесообразных характеристик круга и режимов обработки.

Удельный износ кругов на карболитовой связке во всех случаях оказался выше, чем износ кругов на связке Б1. Связка Б1 более прочна, чем связка КБ, поэтому она лучше удер­ живает алмазные зерна в процессе работы.

При увеличении зернистости кру­ га, подачи, скорости вращения удель­

Ввиду резкого повышения температуры обрабатывае­ мой поверхности при увеличении глубины резания свыше 0,035 мм и увеличения износа круга снимать большие при­ пуски в процессе алмазной обработки закаленных

23

зубчатых колес нецелесообразно. Алмазное шлифование ре­ комендуется применять как чистовую операцию, при которой снимают припуск не более 0,03 мм за один проход.

На основании вышеизложенного для шлифования за­ каленных зубчатых колес алмазными кругами можно ре­ комендовать следующие параметры режима: нкр = 15 4- 4- 18 місек-, s 100 4- 120 мм/мин; ѵя — 10 4- 15 мімин, t 0,03 мм.

ШЛИФОВАНИЕ ЗАКАЛЕННЫХ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС КРУГАМИ ИЗ ЭЛЬБОРА

Эльборовые круги сравнительно недавно начали при­ меняться в промышленности, но получили уже довольно широкое распространение при переточке режущего ин­ струмента, шлифовании чугуна и обработке жаростойких и труднообрабатываемых сплавов.

Эльбор (кубический нитрид бора) — вещество, не встре­ чающееся в природе. По ряду своих свойств эльбор бли­ зок к алмазу. Твердость эльбора несколько меньше, чем твердость алмаза, однако она выше твердости всех осталь­ ных материалов; радиус закругления вершины режущего зерна у эльбора несколько больше, чем у алмаза, однако он значительно меньше, чем у прочих абразивных мате­ риалов. Эльборовые зерна обладают высокой жесткостью, низкими коэффициентами трения о металл, высокой теп­ лопроводностью и высокой теплостойкостью. Графитизация алмазных зерен начинается при температуре 600— 800° С, а эльбор выдерживает без разрушения температу­ ру 1800—2000° С, что дает возможность повышать режимы обработки.

Шлифование закаленных зубчатых колес эльборовыми кругами применяется ограниченно. Причина такого мед­ ленного внедрения использования эльборовых кругов

24

заключается в том, что тепловые явления при эльборовом зубошлифовании не достаточно изучены и рекомендации по выбору кругов и режимов обработки еще не разрабо­ таны.

Повышение температуры поверхности металла во вре­ мя обработки эльборовыми кругами является следствием взаимодействия металла шлифуемого изделия, эльборовых зерен и связки круга.

Влияние металла шестерни ограничивается практиче­ ски влиянием теплофизических характеристик металла (тепловой активности) и геометрических размеров шес­ терен. Подобно тому, как это имело место при абразивном и алмазном шлифовании, рост тепловой активности метал­ ла и увеличение числа зубьев уменьшают температуру поверхности. Увеличение модуля зуба способствует возрас­ танию температуры. Закономерности и причины этих яв­ лений, не отличающиеся от случая абразивной обработки, рассмотрены и объяснены выше.

При изменении характеристик кругов температура по­ верхности может изменяться в значительных пределах, причем причиной этих изменений является различная спо­ собность кругов к самозатачиванию и изменение числа режущих зерен в 1 мм2 круга. При возрастании зернистос­ ти круга уменьшается число режущих зерен в 1 мм2, что приводит к ослаблению теплового импульса, несмотря на то, что напряженность теплового потока от отдельного абразивного зерна несколько увеличивается. Увеличивая зернистость круга с 8 до 25—40, можно снизить темпера­ туру поверхности на 15—20%. Снижение температуры при эльборовом шлифовании несколько меньше, чем при алмазном шлифовании. Это объясняется тем, что радиус закругления эльборовых зерен больше, они не имеют раз­ витой поверхности резания, что приводит к тому, что при увеличении зернистости тепловой импульс от отдельного эльборового зерна возрастает на большую величину, чем от алмазного зерна.

25

Из сравнения температуры по­ верхности, которая возникает при шлифовании кругами на связке Б1 и КБ, видно, что во втором случае температура поверхности ниже на 20—25%. Как указывалось выше, связка КБ менее прочна, чем связка

вании, но выше, чем при алмазном.

Прижоги поверхности при эльборовом шлифовании, вероятность появления которых зависит от температуры поверхности и времени воздействия источника тепла на металл, при глубинах шлифования до 20 мк практически

2в

не встречаются. Для эльборовых кругов можно рекомен­ довать граничные параметры режима, при которых еще не наблюдаются прижоги: t = 0,02 мм; ккр = 15-4- 4- 18 м/сек; Кд = 10 4- 15 м/мин; s = 90 мм/мин.

Температура поверхности при эльборовом шлифова­ нии закаленных зубчатых колес может быть рассчитана по формуле (6), если заменить в

Режимы шлифования также оказывают влияние на шероховатость поверхности (рис. 11). При увеличении от­ носительной скорости детали шероховатость возрастает из-за увеличения сечения стружки, снимаемой каждым зерном. Увеличение скорости вращения шлифовального круга способствует снижению шероховатости поверх­ ности. При увеличении скорости вращения эльборового

а

круга c 15 до 35 місек шероховатость поверхности снижает­ ся на один класс. Величина круговой подачи и величи­ на глубины резания существенного влияния на шерохо­ ватость поверхности не оказывают.

Шероховатость поверхности, которая может быть до­

Меньший износ эльборовых кругов по сравнению с ал­ мазными можно объяснить тем, что зерна эльбора ввиду своей более высокой теплостойкости (2000° С) лучше вы­ держивают температуру 500—600° С, которая возникает при обработке, чем алмазные зерна, теплостойкость ко­ торых составляет 600—800° С.

28

На основании изложенного можно рекомендовать сле­

СНИЖЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ПРИ ШЛИФОВАНИИ ЗАКАЛЕННЫХ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС

И ИНТЕНСИФИКАЦИЯ РЕЖИМОВ ОБРАБОТКИ

Снижение температуры обрабатываемой поверхности — один из путей повышения ее качества. Охлаждение поли­ вом при шлифовании закаленных зубчатых колес не при­ водит к положительным результатам [28]. Температура обрабатываемой поверхности при этом практически не снижается, уменьшается только общий разогрев детали.

Основой охлаждающих жидкостей является вода. При шлифовании температура поверхности металла значи­ тельно превышает температуру кипения воды, поэтому, попадая на поверхность нагретого металла, она мгновенно закипает. Существует два различных вида кипения — пузырьковое и пленочное.

При пузырьковом кипении жидкость, обтекающая те­ ло, омывает поверхность нагрева, причем ее пограничный слой непрерывно разрушается образовывающимися пу­ зырьками, покидающими его. Кроме того, пузырьки во­ влекают в основной поток присоединенные частицы жид­ кости пограничного слоя. При этом обеспечивается ин­ тенсивный теплообмен между обтекаемой поверхностью, пограничным слоем и основным потоком жидкости.

При пленочном кипении жидкость отделена от поверх­ ности нагрева слоем пара — паровой пленкой. Вследствие малой теплопроводности парового слоя интенсивность теплоотдачи при режиме пленочного кипения значитель­ но ниже, чем при пузырьковом кипении. Пленочное ки­ пение наблюдается при плотностях теплового потока по­ рядка 700 квтім2 • град [10, 12].

29