книги из ГПНТБ / Эльянов, В. Д. Прижоги при шлифовании обзор

прочность рабочих поверхностей деталей, подвергнутых травлению. В связи с этим исследователи ведут поиск более совершенных, не­ разрушающих способов контроля прижогов, один из которых был разработан в Ростовском институте сельскохозяйственного маши­ ностроения (РИСХМ) [50]. Метод основан на измерении удельного сопротивления металла, которое возрастает при появлении прижо­ гов вторичной закалки и уменьшается при появлении прижогов вто­ ричного отпуска. На основании теоретических и экспериментальных исследований был разработан автоматический быстродействующий электромагнитный дефектоскоп модели АСКО-Р-01 для контроля качества поверхности роликов, прошедший испытание на 10 ГПЗ.

Подавляющее большинство прижогов и дефектов 'поверхности (похожих на прижог), которые появляются на сером фоне травле­ ной поверхности, могут быть в виде одиночных точек и рисок; свет­ лых и темных пятен с размытыми границами; одиночных штрихов; штрихов но краю обработанной поверхности; штрихов по всей по­ верхности; вибрационных штрихов и пятен; поперечных (по отноше­ нию к направлению вращения шлифовального круга) темных полос или полос, состоящих из штрихов; пятен и штрихов на отдельных участках; продольных полосовых натиров.

Возможны также и варианты, например, штрихи и поперечные полосы, одиночные точки и штрихи по краю обрабатываемой по­ верхности и т. п.

Появление характерного вида прижога обычно связано с откло­ нением одного или нескольких факторов, влияющих на температуру шлифования. При этом внешний вид прижога может служить до­ статочно надежным «компасом» в установлении истинной причины нарушений технологического процесса или условий обработки.

Ниже рассматриваются характерные виды прижогов и причины, вызывающие их появление. Приведенные примеры в основном взяты из производственной практики.

дефектами метального и травильного происхождения. Эти прижоги похожи на круглые и продолговатые чернильные «кляксы» или риски неправильной формы. Крупные пятна имеют светло-серый цвет. Несмотря на существенное внешнее отличие этих точек и пя­ тен от штриховых шлифовальных прижогов, в производственных условиях часто возникает спор об их природе. Комплексная брига­ да сотрудников I ГПЗ и ВНИППа изучала природу возникнове­ ния часто наблюдаемых дефектов в виде так называемых «черных точек» [16]. Результаты исследования показали, что на рабочих поверхностях колец подшипников при травлении могут быть выяв­

лены:

единичные точки площадью 0,2—0,6 мм2 и глубиной от 1 до 20 мк, представляющие собой газовые пузырьки и микротрещины (точки метального происхождения);

30

точки травильного происхождения, небольшие по площади, но глубокие и значительно "более многочисленные, чем точки первого типа, образующиеся за счет растравления стали вокруг неметалли­ ческих включений. Следует отметить, что газовые пузыри и неме­ таллические включения в определенных количествах допускаются ГОСТ 801—60. Следовательно, возможность появления дефектов

'подобного рода не исключается полностью и их природа не связана

снарушением процесса шлифования.

обычной стали ШХ15, глубина залегания «черных точек» в три-че­ тыре раза больше, чем у колец, изготовленных из стали электрошлакового переплава.

Другие довольно часто встречающиеся дефекты стали — мягкие трооститные пятна и обезуглероженные места. Эти дефекты являются прямым следствием нарушения рекомендуемых режимов закалки [17]. Мягкие пятна образуются из-за малого прогрева или недостаточно интенсивного охлаждения заготовок при закалке, что затрудняет образование мартенсита. Иногда мягкие пятна появ­ ляются из-за неоднородностей структуры, например, скоплений феррита. В этих местах при нагреве до температуры закалки может сохраниться феррит или получиться аустенит с недостаточной кон­ центрацией углерода. Естественно, что в этих местах даже при пра­ вильно проведенной закалке твердость снижена. Обезуглерожива­ ние поверхности часто происходит в пламенных или электрических печах с неконтролируемой, атмосферой.

Появление на поверхности точек и пятен связано иногда с нару­ шением процесса холодного травления. Например, на плохо обез­ жиренных поверхностях появляются светлые точки и риски, пред­ ставляющие собой зоны непротравленного металла. Кроме этого, при одновременном травлении нескольких деталей возможно слипа­ ние их поверхностей. В этом случае в местах контакта появляются светлые пятна.

Од ино ч ные ш т р и х о в ы е п р и ж о г и являются дефекта­ ми шлифовального происхождения. Штрихи более темны по фону, чем точки; появление их связано с повышенным затуплением отдельных зерен абразивного инструмента и загрязнением СОЖПопадание шлама в зону резания приводит к возникновению мел­ ких и светлых штрихов. Одиночные штрихи могут быть результа­ том наличия металлических включений в абразивном инструменте или повышенной твердости какого-то участка круга, образованного блоком зерен со связкой. Возможно также налипание частиц метал­ ла на отдельные абразивные зерна из-за повышенного их затупле­ ния. Такой прижог может появиться в различных местах обрабо­ танной поверхности и не на всех деталях.

31

Шт р и х и по к ра ю о б р а б о т а н н о й п о в е р х н о с т и в основном связаны с повышенными отклонениями в точности посту­ пающей заготовки, неисправностью оборудования и нарушением параметров рабочего цикла.

В работе {44] приводится пример появления прижога такого ха­ рактера. Из-за разности радиусов точения и смещения оси профиля желоба относительно базируемого торца может образовываться клиновая форма припуска (рис. 22, а). Если путь рабочего хода /рх

ке Б из-за неправильной установки хода.осцилляции

будет меньше местного максимального припуска Пт, то круг при быстром подводе к припуску врезается в край желоба, осыпается, создавая полосовой прижог. В зависимости от величины врезания и снимаемого припуска на крае шлифуемой поверхности может сохраниться прижог различной интенсивности. Обнаружить вреза­ ние круга во время подскока можно по густому пучку искр, появив­ шемуся в момент подвода круга к изделию, или резкому повыше­ нию мощности (по показаниям амперметра).

Аналогичная картина отмечена и при шлифовании отверстий ■из-за повышенной конусности заготовки или большого местного припуска. Так, на 8 ГПЗ при токарной отработке дорожки качения наружных колец железнодорожных подшипников производили неправильную установку проходного резца, и у галтели оставался «заусенец» (рис. 22, б). При шлифовании дорожки качения быстро подведенный круг врезался в «заусенец», осыпался, образовывая полосовой прижог на участке А. На этой же операции была уста­ новлена и другая причина появления полосового прижога по краю дорожки качения. Из-за неправильной установки хода осцилляции круг был смещен относительно дорожки качения, т. е. в среднем положении не перекрывал ее с одного края. Поэтому во время

32

осцилляции один край круга производил съем металла кромкой, что привело к повышенному затуплению, ее засаливанию и появлению прижога. Данный прижОг был только на деталях, у которых вели­ чина галтели b была минимальной (рис. 22, в). В этом примере внешним признаком, позволившим обнаружить истинную причину прижога, была светлая кромка у одного края и засаленная на участке Б у другого, которая к тому же недостаточно освежалась во время правки.

Сильный полосовой прижог у базового торца при шлифовании отверстия может явиться результатом неисправности системы ох­ лаждения станка. Например, при обильной подаче СОЖ ее поток, ударяясь, разбрызгивается и не попадает в дальнюю зону резания. Неудобство подачи СОЖ в зону резания, особенно на автоматах, где шлифуемая поверхность заслонена деталями механизма загруз­ ки, наконечниками измерительного прибора и кругом, часто приво­ дит к появлению таких видов прижогов.

Шт р и х и по всей шл и фу е м о й п о в е р х н о с т и часто появляются на больших партиях деталей и связаны с изменением структуры поступающего металла, нарушением режима термообра­ ботки, повышенной твердостью абразивного инструмента, затупле­ нием алмаза, увеличением интенсивности съема металла в конечный момент шлифования, обеднением или засорением СОЖ. недостаточ­ ным подводом жидкости в зону резания.

Дефектами металла, увеличивающими вероятность появления прижогов во время шлифования, являются повышенная твердость и увеличенное количество остаточного аустенита в деталях с нор­ мальной твердостью. Повышенная твердость деталей появляется из-за нарушения режима термообработки — отпуска. При этом в стали сохраняется остаточный аустенит, что снижает ее теплопро­ водность и создает условия для концентрации тепла в поверхност­ ном слое при шлифовании. Увеличенное количество остаточного аустенита может быть также и результатом нарушений режимов закалки. >В производственных условиях обычно затруднительно быстро провести анализ качества структуры поступающего метал­ ла, поэтому при появлении прижогов по всей поверхности в первую очередь проверяют соблюдение хода технологического процесса на операции шлифования. Начинают с величин рабочих подач и характеристики шлифовального круга.

При выборе круга определенной характеристики для конкретной производственной операции ошибаются редко. Однако статистичес­ кие данные наблюдения за характером прижогов свидетельствуют о том, что дефекты изготовления самих кругов оказывают исключи­ тельно большое влияние на качество поверхностного.слоя металла. Например, абразивные круги одних и тех же маркировок, размеров и назначения, но изготовленные различными заводами имеют раз­ ные характеристики [40]. Кроме того, измерения твердости кругов на приборе «Звук 1» показали, что в партии одного выпуска можно обнаружить круги с разбросом по твердости в семь степеней. Поэто­

33

му появление прижогов не исключено, а их предупреждение затруднительно. Из-за повышенной твердости круга или затупления алмаза в основном появляются яркие штриховые прижоги. Одно­ временно возрастает потребляемая мощность шлифования и появ­ ляется характерный резкий звук, который усугубляется с затуп­ лением абразивных зерен.

Штриховые прижоги различной длины в большинстве своем связаны с недостаточной подачей жидкости в зону резания (засо­ рилось сопло или неправильно направлена струя, уменьшилась подача СОЖ). Мелкие светлые штрихи, небольшие по своим разме­ рам, появляются из-за обеднения СОЖ или ее засорения. Такие прижоги часто возникают на операциях тонкогошлифования, где применяются мелкозернистые вулканитовые круги К36В ТКН 320—360. Это явление усугубляется при использовании в качестве СОЖ масел («Индустриальное-12» и др.), которые плохо очищают­ ся с помощью стандартных магнитных сепараторов, так как даже незначительное засорение жидкости приводит к появлению прижо­ гов. Глубина таких прижогов обычно незначительна, примерно

2—5 мк,

Одновременное появление прижогов на всех станках, работаю­ щих в одинаковых условиях от централизованной системы охлаж­ дения, в большинстве случаев связано с качеством поступающей СОЖ или заготовок. Прижоги по всей шлифуемой поверхности, различающиеся по интенсивности и густоте расположения, могут быть вызваны увеличением рабочей подачи в конечный период шлифования. Этот дефект связан с разладкой или неисправностью механизмов и систем станка, обеспечивающих движение подачи. При шлифовании детали в несколько операций или в одну, но с делением на черновой и чистовой переходы, прижоги могут воз­ никнуть из-за. значительного снижения припуска (пути) на чистовое шлифование; завышенной подачи на этапе чернового шлифования с образованием прижога, глубина которого больше припуска на чистовую обработку. В этом случае прижоги имеют не столь интен­ сивную окраску и четкую форму, как это характерно для штрихо­ вых прижогов при завышенной подаче или твердости круга.

Увеличение скорости вращения круга приводит к увеличению "скорости воздушного потока у периферии круга, затрудняющего подвод охлаждающей жидкости в зону резания [59]. В этом случае образуются прижоги в виде светлых мелких вытянутых точек. Они более четко видны при травлении детали в спиртовом растворе. Глубина такого прижога составляет несколько микрон и зависит от способа подачи СОЖ и ее качества.

системе СПИД при шлифовании. Они имеют характерный внешний вид (рис. 23, а, б, в), что позволяет легко отличить их от дефектов, имеющих иную природу возникновения. Вибрационные прижоги состоят из циклически повторяющихся пятен, групп или отдельных

34

штрихов, количество которых кратно отношению числа оборотов круга к числу оборотов детали. Грубые вибрационные прижоги видны без травления и промеряются приборами ручного контроля как повышенная волнистость шлифуемой поверхности.

1

В

Рис. 23. Вибрационные прижоги:

а — циклически повторяющиеся пятна на торце борта наружного кольца цилиндри­ ческого подшипника; б — групповые штрихи; в — пунктирный штрих

Вибрационные прижоги могут быть вызваны различными фак­ торами. Так, в частности, опытами установлено, что темные штри­ ховые полоски на рабочей поверхности зуба повторяются через один оборот шлифовального круга. Причиной появления таких цик­ лических прижогов является дисбаланс шлифовального круга вследствие неравномерной плотности [40] или пропитки различными импрегнаторами. Например, при пропитке кругов серой вес их увеличивается до 30%. Наличие отдельных непропитанных участ­ ков вызывает дисбаланс круга, биение периферии на внутришлифовальных станках после правки, доходившее до 50 мк, в то время как при работе хорошо пропитанных кругов и кругов без пропитки биение не превышает 3—5 мк [66].

Зачастую появление вибрационных прижогов связано с затуп­ лением шлифовальных кругов или их «пятнистой» твердостью. Затупление режущих кромок круга, налипание металла на его вершины и образование волн на его поверхности приводят к изме­ нению силовой и тепловой нагрузок на шлифуемые поверхности: увеличивается работа трения и контактная температура, появляют­ ся вибрации, вызывающие колебание силы резания, температура шлифования и прижоги при каждом врезании круга в деталь [59]. С увеличением скорости резания происходит рост центробежных сил в системе «шпиндель—круг» пропорционально квадрату ско­ рости вращения круга, что вызывает увеличение напряжений в теле круга и интенсивность вибраций из-за неуравновешенности вращающихся масс, в результате иногда появляются следы от «дробления» и полоски прижогов.

35

Кроме причин, связанных с качеством шлифовальных кругов и степенью их затупления, на образование вибрационных прижогов влияют повышенное биение или дисбаланс шпинделя (оправки),его

сом опор или налипанием на них час­ тиц металла. Увеличение усилий резания усугубляет неравномер­ ность вращения [28, 65]. Кроме этого, появление поперечных полос может быть связано с неправильной установкой - эксцентриситета оси врещения детали относительно оси шпинделя изделия, преду­ сматривающего прижим детали к жестким опорам [60]. Нарушение заданной величины и положения эксцентриситета может привести к отрыву детали от опор. При этом на обрабатываемой поверхности образуются поперечные зарезы-прижоги.

На шлифуемой поверхности может быть один поперечный прижог или несколько, расположенных неравномерно. В этом их отли­ чие от вибрационных. Если поперечный прижог появится в начале или середине цикла (во время ускоренной или в начале черновой подачи), то в период последующих этапов шлифования он может быть частично снят. Тогда на поверхности могут остаться только штриховые участки. «Остановы» на этапе чистового шлифования — в основном темные сплошные полосы.

«Остановы» обнаруживают по резкому уменьшению пучка искр и их появлению вновь с повышенной интенсивностью, а также уве­ личению в этот момент мощности шлифования. Неравномерность

36

поступающей заготовки, внезапным увеличением врезания круга в шлифуемую поверхность; погрешностями в работе станка или его наладки и другими причинами.

При отладке опытных образцов внутришлифовальных автоматов модели 3484ГВ при обработке желобов наружных колец шарико­ подшипников исследователи столкнулись с появлением на желобе местного прижога в виде пятна (рис. 25, а). Чтобы установить' момент образования прижога, на шлейфовом осциллографе произ­ водили запись прироста тока электродвигателя шлифовального

Рис. 25. Пятнистые местные прижоги, появившиеся в результате:

о. — внезапного перемещения круга на деталь из-за неисправности станка (на желобе наружного кольца шарикоподшипника); б — погрешности базовой поверхности — обрыв детали от торцовой опоры (на торце борта наружного кольца цилиндрического роли­ кового подшипника); в — повышенного припуска на торце детали

круга и перемещения пиноли шлифовальной бабки. Было зафикси­ ровано, что иногда, в момент отвода круга, происходит резкое уве­ личение силы тока, при этом пиноль шлифовальной бабки совер­ шает продольное перемещение еще до начала отскока круга от изделия. Следовательно, кромка шлифовального круга срезала часть желоба. Глубина «вырыва» составляла около 2 мк, а время перемещения пиноли 0,02 сек, т. е. подача в момент отвода была равна б мм/мин, или в три раза превышала величину черновой подачи. Ясно, что образование прижога в этом случае было неиз­ бежным, а его внешний вид определялся моментом начала обнару­ женного перемещения. Другой причиной прижога аналогичного характера явилось резкое изменение давления в гидросистеме

37

ста.нка во время шлифования. При этом шлифовальный крут пере­ мещался на небольшую величину (2—4 мк), но с большой ско­ ростью— около 15 м/мин («рывок»), образовывая пятнистый прижог. Для поддержания постоянного давления в гидродилиндре пиноли шлифовального круга на станке был специально установлен второй гидронасос.

Появление местного прижога на одном из участков внутреннего торца борта при одновременном врезном шлифовании торцов и роликовой дорожки наружных колец цилиндрических подшипников было связано с качеством поступающей заготовки и условием по­ дачи СОЖ. На автомате обработка детали производилась с бес­

шлифования полностью заполнялась маслом. При повышенной неплоскостности базового торца детали шлам, попадая с маслом в зазор между патроном и деталью ( в местах неплоскостности тор­ ца), отжимал ее от патрона. При этом внутренний торец переме­ щался на круг, вызывая прижог. Появление такого прижога одно­ временно приводило к повышенной непараллельности торца борта относительно базового торца. Опытные специалисты обнаружива­ ли местные «зарезы» при визуальном осмотре без травления или при замере непараллельности торца на приборе ручного контроля.

Прижоговые пятна часто наблюдаются при шлифовании торцов на двухшпиндельных плоскошлифовальных станках модели 3772Б. Они являются результатом увеличенного припуска или завышенной твердости шлифовального круга, а также недостаточности поступ­ ления СОЖ в зону резания. Если прижог такого характера появ­ ляется после установки нового круга, причина — в последнем; если в процессе шлифования — завышенный припуск.

П р о д о л ь н ы е п о л о с о в ы е н а т и р ы являются одним из дефектов бесцентрового метода базирования при шлифовании на твердосплавных опорах [60]. Следы от твердосплавных опор визу­ ально можно обнаружить почти на всех шлифуемых деталях. По характеру световых бликов их можно условно разбить на три вида:

надранные полосы с углублениями различной ширины, в этих местах шероховатость несколько хуже основного фона;

матовые полосы, полученные в результате уплотнения гребешков в местах контакта базовой поверхности с опорами;

блестящие, ярко выделяющиеся полосы шириной до 2 мм. Блестящие полосы при травлении зачастую проявляются как про­

дольные полосовые прижоги (рис. 26). В равных условиях-шлифо­ вания они возникают не на всех деталях, а потому предупреждение их затруднительно. Например, обработанные 500 внутренних колец железнодорожных подшипников на внутри- и круглошлифовальных автоматах с базированием по дорожке качения после визуального осмотра рассортировали на две партии: имеющие надранные и матовые полосы — 474 шт. и блестящие полосы — 26 шт. Затем все

38

кольца были протравлены. В первой партии прижогов от твердо­ сплавных опор обнаружено не было. Во второй партии 11 колец имели прижоговые натиры на дорожке качения. После тонкого шли­ фования дорожки со съемом металла 5—7 мк на сторону и повтор­ ного травления прижоговый натир остался только на одном кольце. Появление прижоговых натиров различной глубины на 11 кольцах из. 500 обработанных указывает на вероятностный характер появления

на ней. Опыты показали, что в ряде случаев натиры на детали по­ являются даже при ее вращении на опорах без шлифования.

Количество прижоговых натиров возрастает при увеличении скорости вращения изделия, интенсивности съема металла и несвоевременном устранении перечисленных выше дефектов.

Рассмотренные прижоги и причины их появления являются наи­ более характерными, но они не охватывают всех отклонений про­ цесса обработки, которые встречаются в производстве. Это связано с тем, что изменения в качестве металла, характеристики шлифо­ вального круга, СОЖ, интенсивности съема металла и работоспо­ собности оборудования может проявляться различным образом, непосредственно или косвенно влияя на процесс теплообразования. Кроме этого, одна и та же причина может привести к образованию прижога или не вызвать его. Дело в том, что при разработке техно­ логического процесса и назначении режимов резания не всегда воз­ можность появления прижогов ограничивает выбор круга опреде­ ленной характеристики, величины рабочих подач, СОЖ и т. д. Иногда ограничивающими параметрами являются шероховатость, волнистость и другие качественные показатели обработкиПоэтому, если по условию бесприжогового шлифования будет значительный резерв, то прижог может не появиться при увеличении твердости

39