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

круга, подачи, обеднения СОЖ « т. .д. И наоборот, если построение техпроцесса произведено по предельным значениям условий бесприжогового шлифования, даже незначительное отклонение от них дает прижог.

Вот почему в каждом конкретном случае необходимо произво­ дить подробный анализ для определения истинной причины прижога. Сложность поиска причины возрастает, если одновременно действуют несколько факторов или появляются случайные откло­ нения, такие как попадание шлама; единичные отказы в работе механизмов и систем станка; поступление отдельных деталей с за­ вышенным местным припуском и т. п. Правильно установленная причина прижога в большинстве случаев позволяет быстро устра­ нить дефект.

Анализируя опыт специалистов по определению истинной при­ чины прижогов можно отметить следующее:

1) многие прижоги имеют своих «спутников», которые указы­ вают на другие отклонения процесса шлифования или качествен­ ных показателей обработки. Из примеров, приведенных выше, таки­ ми «спутниками» были:

при врезании круга в местный припуск наблюдались резкие ко­ лебания стрелки амперметра, густой пучок искр, повышенное осыпание кромки круга, появление «выступа» на шлифуемой по­ верхности;

неправильное крепление башмачной плиты приводило к прижоговым натирам и одновременно к повышенной неперпендикулярности отверстия к базовому торцу;

при затуплении алмаза одновременно с появлением прижогов можно обнаружить улучшение шероховатости обрабатываемой по­ верхности, увеличение потребляемой мощности шлифования, изме­ нение звука, сопровождающего процесс резания, и т. д.;

2) поиск причины прижога ведется на основании анализа фак­ тов, полученных, зачастую, с помощью секундомера, магнитной стойки с индикатором, амперметра, измеряющего ток электродвига­ теля шлифовального круга. Лишь в некоторых случаях приходится обращаться за помощью к специалистам заводских лабораторий. Такая необходимость возникает, например, при анализе структуры металла, концентрации СОЖ и степени ее загрязнения, при провер­ ке твердости шлифовального круга и т. п. Поэтому решающее зна­ чение в поиске имеет наблюдательность специалиста, способность его к анализу и обобщению производственного опыта, точность при проведении контрольных экспериментов.

На основании проведенного анализа авторами составлен клас­ сификатор причин прижогов при шлифовании (табл. 4), в котором приведены часто повторяющиеся отклонения и характер прижога, ими вызываемый.

40

МЕРОПРИЯТИЯ ПО УЛУЧШЕНИЮ УСЛОВИИ БЕСПРИЖОГОВОГО ШЛИФОВАНИЯ

В современных процессах шлифования повышение производи­ тельности в основном достигается за счет увеличения интенсивности съема металла, скорости резания, стойкости абразивного инстру­ мента между правками, одновременной обработки нескольких по­ верхностей и т. п. Все эти направления усугубляют вероятность появления прижогов. Поэтому от решения вопросов по обеспечению бесприжогового шлифования и от соблюдения этих условий на про­ изводстве во многом зависит эффективность новых, прогрессивных технологических процессов и видов . оборудования. В настоящее время известно много мероприятий, предусматривающих снижение влияния различных факторов на процесс теплообразования. Однако ни одно из них не является универсальным и даже самые эффек­ тивные не могут исключить появления прижогов от случайных от­ клонений условий обработки.

Большое влияние на качество обработки оказывает повышение стабильности структуры поступающего металла, уменьшение в нем инородных включений и снижение его склонности к образованию прижогов. Например, стали электрошлакового . переплава менее склонны к появлению прижогов, трещин и растравливанию, чем обычные.

Для устранения дефектов — мягких пятен, появляющихся в ре­ зультате неоднородности структуры металла, рекомендуют преду­ сматривать предварительную термическую обработку стали (нор­ мализацию), что стабилизирует исходную структуру. Применение искусственной атмосферы при термической обработке деталей яв­ ляется радикальным способом уменьшения такого дефекта, как обезуглероживание поверхностного слоя металла [13, 17].

Отпуск стали устраняет хрупкость мартенсита, но одновременно преобразует остаточный аустенит в новый неотпущенный мартенсит. При этом чувствительность стали к трещинообразованию не умень­ шается. Поэтому при термообработке высокоуглеродистых инстру­

Обработка стали холодом приводит к стабилизации структуры и уменьшению количества остаточного аустенита [17]. Этот процесс находит все более широкое применение еще и потому, что позволяет сохранять точностные параметры обрабатываемых деталей во

времени.

Во многих работах указывается, что существенного снижения прижогов можно добиться благодаря рациональному выбору харак­ теристики шлифовального круга, повышению его качества и совер­ шенствования технологии изготовления. Особо отмечается влияние

41

материала зерна [19, 30, 59, 69]. Для снижения прижогов рекомен­ дуют применять шлифовальные круги из белого электрокорунда вместо нормального, и из карбида осремяия зеленого вместо черного. Зерна из белого электрокорунда имеют меньше механических при­ месей, более высокую режущую способность и лучшую самозата­ чиваемость. Зерна из карбида кремния зеленого по сравнению с черным обладают более высокой твердостью и сопротивлением истиранию, имеют меньше примесей и более высокую хрупкость. Кроме этого, белый электрокорунд и кремний зеленый менее склонны к «засаливанию». Круги из монокорунда относительно электрокорундовых уменьшают глубину отпущенного слоя примерно на 30% или позволяют увеличить интенсивность съема металла в 1,5 раза при сохранении равных условий по бесприжоговому шли­ фованию. Это происходит, по-видимому, вследствие более свободно­ го врезания кристаллов монокорунда в обрабатываемый материал. По данным ВНИИАШа, ценными свойствами обладают круги из хромистого электрокорунда в сочетании с боросодержащей связкой. По сравнению с кругами из электрокорунда белого, они обеспечи­ вают повышение производительности без прижогов до 20% при чистовом шлифовании и 20—30%' при обдирочном.

Как известно, по ГОСТ 3647—59 в шлифовальных кругах клас­ са Б допускается содержание 40—45% основной фракции зерново­ го состава. Для прецизионного шлифования ВНИИАШ рекомендует увеличивать содержание основной фракции до 70%, так как это способствует снижению вероятности появления прижогов. Эту рекомендацию используют даже в абразивных цехах машинострои­ тельных и других заводов. Так например, на 4 ГПЗ для шлифования колец подшипников качения предусматривают изго­ товление кругов из абразивных зерен, прошедших «спецрассев». При этом содержание основной фракции зерен составляет ~ 70% .

Исследователи Загорского филиала ВНИППа производят сортировку зерен по форме, что также улучшает условия по беспри­ жоговому шлифованию [12]. Зерна изометрической формы облада­ ют высокой механической прочностью, мало дробятся, не возобнов­ ляют своих режущих кромок и затупляются. Процесс протекает с возрастающим «засаливанием» круга.

Иные показатели работы обеспечивают круги из зерен пластин­ чатой формы. Процесс износа происходит сравнительно равномер­ но с самозатачиванием, вследствие чего возобновляются режущие кромки зерен. Работа показала, что форма зерна является одним из существенных факторов, определяющих эксплуатационные свойства круга.

Для чистового шлифования на многих предприятиях производят сортировку кругов по твердости. Так, в частности, на 4 ГПЗ сорти­ руют круги по твердости на приборе «Звук 1», передавая на произ­ водство инструмент с разбросом по твердости в пределах двух сте­ пеней. При сортировке отбраковывается почти 50% кругов с более высокой твердостью. Однако эту операцию считают экономически

42

выгодной, так как брак из-за прижогов, вызванных качеством кру­ га, снизился с 13 до 2%,

Одним из средств повышения стойкости круга на операциях, где особо опасны прижоги, является применение высокопористых кру­ гов на керамической связке. Эти круги работают с более интенсив­ ным самозатачиванием и снижают «засаливание». По данным [59], высокопористые круги при испытании в условиях производства на операциях плоского шлифования оказались более стойкими, а в некоторых случаях повысили производительность. В настоящее время высокопористые круги применяются при шлифовании инст­ румента и деталей из инструментальных сталей, для различных видов фасонного шлифования (зубошлифование, резьбошлифование, заточка фасонных режущих инструментов и т. п.).

Для уменьшения прижогов некоторые исследователи рекомен­ дуют пропитку кругов различными импрегнаторами [37], которая меняет характер воздействия абразива на обрабатываемый металл. Практическим результатом такого воздействия является уменьше­ ние и даже ликвидация схватывания абразивного и обрабатывае­ мого материалов, которое часто .приводит к «засаливанию» и прижогам. Имеющийся опыт по внедрению кругов, пропитанных серой, показывает, что сернистые круги могут способствовать снижению прижогов. Уменьшение прижогов было зафиксировано в том слу­ чае, когда условия шлифования оставались неизмененными, а круги под пропитку брали по твердости на одну или две степени ниже относительно применяемых ранее. Так, например, ранее на опера­ ции одновременного шлифования донышка и дорожки качения кольца карданного подшипника (сталь 15Г, цементированная, HRC 62—65) применяли, круги М16С26К5, а для пропитки — круги 24А16СМ26К5. На этой операции количество колец с прижогами по донышку снизилось почти на 50% благодаря возросшей стойкости круга [4, 66].

На операциях внутреннего шлифования и зубошлифования закаленных сталей марок 12ХНЗА, 18ХНВА применение кругов, обработанных жидким азотом, позволило стабильно повысить стой­ кость инструмента в два-—четыре раза и снизить число правок [37]. Критерием стойкости служило появление прижогов.

Одной из особенностей эльборовых и алмазных шлифовальных кругов является значительно меньшая их склонность к «засалива­ нию». Это позволило существенно увеличить стойкость кругов без опасения появления прижогов [39, 58, 59]. При обработке кругами из эльбора и алмаза температура шлифования ниже, чем обычным абразивным инструментом, благодаря чему эльборовые круги полу­ чают широкое применение в промышленности, на операциях, где требуется высокая стойкость режущего инструмента и предъявля­ ются повышенные требования к бесприжоговому шлифованию. В частности, круги из эльбора применяются на операциях оконча­ тельного шлифования посадочных отверстий и дорожек качения приборных подшипников; чистового шлифования и доводки режу­

43

щего инструмента из инструментальных сталей; окончательной обработки направляющих станин; шлифования магнитных сталей, чувствительных к термическим напряжениям, и т. д.

Исследователи Пермского политехнического института выпол­ нили большой комплекс работ по внедрению в. промышленность кругов с прерывистой поверхностью (более 50 предприятий своими силами изготовляют такие шлифовальные круги), обеспечивающие снижение температуры в зоне резания на 30% и более, и как след­ ствие исключающие появление трещин и уменьшающие прижоги даже при шлифовании на высоких режимах быстрорежущей стали Р18 и твердых сплавов Т15К6, Т6КЮ, Т30К4. Особенности и преи­ мущества эксплуатации шлифовальных кругов с прерывистой поверхностью подробно рассмотрены в работе [68].

Достижение эффекта при работе этими кругами связано, в част­ ности, с улучшением подвода СОЖ в зону резания и условий само­ затачиваемости абразивных зерен, что позволяет, кроме устранения прижогов, в ряде случаев одновременно повысить и производитель­ ность обработки. Так, например, по предложению сотрудников московского завода «Спецстанок» и МСКБ на двустороннем торце­ шлифовальном автомате модели СА-ЗМ было предусмотрено одно­ временное шлифование двух торцов наружного и внутреннего кольца шарик’оподшипника по схеме «кольцо в кольце». Это позво­ лило повысить производительность обработки вдвое и снизить потери времени на переналадку автомата. Для уменьшения прижо­ гов проектанты предусмотрели круги с прерывистой поверхностью. СОЖ поступала через внутреннее отверстие круга и прорези на нем, что обеспечило охлаждение торцов колец. В этом случае основное влияние на устранение прижогов было связано с поступ­ лением СОЖ в зону шлифования внутреннего кольца. Эффектив­ ность действия смазочно-охлаждающих жидкостей на качество об­ работки может быть осуществлено путем: отвода выделяемого тепла и уменьшения тем самым местного перегрева детали; умень­ шения трения между абразивными зернами и стружкой, что снижа­ ет тепловыделение в зоне резания; предохранения круга от «засали­ вания»; удаления стружки и мелких частиц абразива из зоны шли­ фования.

Для лучшего отвода тепла от обрабатываемой детали и проник­ новения СОЖ в зону резания на внутришлифовальных станках предусматривают: подачу СОЖ не только через сопла, но также и через шпиндель изделия; использование конструкций спецсопел, которые охватывают шлифовальный круг, входя с ним в отверстие детали; шлифование в закрытой спецкожухами «ванне», заполнен­ ной СОЖ (автоматы фирмы UVA, Швеция).

Впоследние годы на кругло- и плоскошлифовальных автоматах, кроме подачи охлаждения поливом, предусматривают специальные способы подвода СОЖ.

Вработе [62] предложен струйно-напорный внезонный способ подачи СОЖЖидкость под давлением подается на рабочую по­

44

верхность шлифовального круга вне зоны резания через одно или несколько сопел (рис. 27). Струи СОЖ, вырывающиеся из сопла_ 1 с большой скоростью, пробивают воздушный поток, окружающий круг 3, омывают его рабочую поверхность и очищают ее от отходов шлифования. Оптимальное положение сопла (определяемое угла­ ми а и р) подбирается экспериментально, в зависимости от конст­ рукции защитных кожухов 2 станка, скорости круга и его диаметра, необходимого расхода СОЖ и т. д. Кроме того, на периферии кру­ га образуются смазочные пленки эффективной толщины. Охлаж­ дение детали 4 может осуществляться дополнительно поливом, если расход СОЖ через сопло недостаточен.

Рис. 27. Схема подачи СОЖ струйно-напорным внезонным способом через неподвижное многоканальное сопло

Для снижения вероятности появления прижогов и повышения интенсивности съема метала применяется также гидроаэродинами­ ческий способ подачи СОЖ [63] (рис. 28), Удлиненное клиновидное сопло 1, в нижней части имеющее П-образную форму, охватывает по торцам шлифовальный круг 2. В нижней части сопла плоской пружиной 3 крепится пористая эластичная заслонка 4, свободный конец которой при настройке слегка прижимается к поверхности н©вращающегося шлифовального круга. П-образяая часть сопла может выполняться сменной. Для предотвращения разбрызгивания СОЖ, выносимой из-под кожуха шлифовальным кругом, на кожухе устанавливается отражатель 5. Насос подает СОЖ в сопло, где она захватывается воздушным потоком. На выходе из сопла поток жидкости встречает препятствие — эластичную заслонку, резко из­ меняет направление движения и ударяется о поверхность круга, смачивая и очищая ее от отходов шлифования и налипших частиц металла. Далее СОЖ проходит через небольшой зазор, образую­ щийся под давлением потоков жидкости и воздуха между заслонкой

45

и кругом, снова смачивая и очищая его поверхность. Подача СОЛС наиболее эффективна, если угол расположения сопла относительно линии центров круга и изделия находится в пределах а =75-^95°, а угол 0=60°. При шлифовании со скоростью 30—35 м/сек раз­ мер В должен быть на 4—5 мм меньше высоты круга. Размер Ь не должен превышать 1—1,5 мм. Результаты испытания предложен­ ного способа по сравнению с подачей поливом в качестве СОЖ

/4-/1

Рис. 28. Схема устройства для подачи СОЖ гидроаэродинамическим спосо­ бом при круглом шлифовании

2,5% эмульсии ЭТ-2 +0,6% кальцинированной соды показали, что при обработке сталей ЗОХНЗ и 18ХГТ кругом ЭБ24СМ2К (врезная подача s = 0,45 мм/мин, од=38 м/мин) стойкость круга до момента появления прижогов возрасла в два раза.

Фирма Deflection Grinding Sistems Ltd. (Англия) предложила устройство для подвода СОЖ, эффективно использующее воздуш­ ные потоки, окружающие вращающийся круг (рис. 29). СОЖ подается к насадке-башмаку 1 через трубу 2, которая составляет с насадкой одно целое и позволяет устанавливать устройство в нужном положении. Жидкость проходит через узкую полость 3 и, попадая через щели 4 на поверхность круга 5, с большей скоростью отбрасывается в радиальном направлении центробежной силой.

46

На внутренней поверхности башмака имеется большое количество (до 30) поперечных ребер, во впадины которых и попадает отбра­ сываемая жидкость. Форма впадин такова, что жидкость в резуль­ тате возрастания турбулентности под высоким гидродинамическим давлением направляется на поверхность круга, интенсивно очищая его поверхность и отводя с нее тепло. Ширина башмака должна

Рис. 29. Башмак-насадка для подачи СОЖ

перекрывать высоту круга, а зазор А должен находиться в преде­ лах 1,6—6,3 мм. Применение устройства, по заявлению фирмы, позволяет приблизительно в три раза сократить машинное время на шлифование, существенно снизить износ круга, увеличить коли­ чество деталей между правками (в два-три раза), исключить прижоги и трещины. Отмечается, что шероховатость поверхности несколько ухудшается, поэтому необходимо применять более мяг­ кие и мелкозернистые круги [78].

С повышением интенсивности шлифования, кроме спецсопел, предусматривают подачу СОЖ под давлением и увеличение ее расхода. Так, например, для скоростного и силового шлифования устанавливают расход СОЖ примерно 200 л/мин (на круглошлифо­ вальные станки) [76], и около 600 л/мин на плоскошлифовальные [77]. Считается, что расход СОЖ для этих условий должен быть равен 10 л/мин на каждый кет мощности электродвигателя главного привода [10]. С увеличением расхода СОЖ иностранные фирмы предусматривают и повышение ее давления на выходе до

7—20 ати.

Существенное снижение температуры в зоне резания может быть обеспечено в основном при улучшении качественных характерис­ тик СОЖ, из которых важнейшим является смазочное действие жидкости. В настоящее время иностранные фирмы широко исполь­ зуют СОЖ с присадками для высоких давлений (ПВД, в отечест­ венной литературе ПАВ). К таким водным СОЖ относятся: «Чим-

47

периал» Т-10 и Т-20 фирмы Cincinnati (США), «Миллойд МДМ 25LF» (Италия), «Синтонцент А» (Англия), марки WE150 с до­ бавкой КС-20 (ГДР) и другие, отличающиеся по своему химическо­ му составу, но имеющие одинаковую эффективность.

МСКБ АЛ и СС провело широкие испытания СОЖ — «Чимпериал Т-20» 7% концентрации на операциях круглого шлифования и 3 % — на операциях внутреннего шлифования колец шарикопод­ шипников [65]. При этом были установлены ее следующие преиму­ щества относительно растворов соды, триэтаноламина, НГЛ-205 и им подобных: не наблюдалось налипание стружки на вершины аб­ разивных зерен, что позволило почти вдвое увеличить количество деталей, обрабатываемых между правками; появилась возмож­ ность увеличить черновую и чистовую подачи более чем в два раза при улучшении условий по бесприжоговому шлифованию. Кроме того, снизились шероховатость, мощность шлифования и умень­ шился износ абразивного инструмента; при увеличении скорости круга до 60 м/сек отсутствовали точечные прижоги, которые появ­ лялись при использовании обычных СОЖ, плохо проникающих в зону резания; при бесцентровом шлифовании желоба с базирова­ нием по обрабатываемой поверхности практически были ликвиди­ рованы остановы кольца (неравномерность вращения его на жест­ ких опорах).

В настоящее время для опытного автоматического потока по производству колец шариковых подшипников, генеральным проек­ тантом которого является МСКБ, в Бакинском институте химии и присадок АН АзССР созданы отечественные СОЖ .с ПАВ типа ИХП-45Э, ИХП-130 и др. Аналогичные СОЖ «Аквол 2» изготовле­ ны киевским институтом «Нефтехим». Эти СОЖ еще не прошли промышленные испытания, но в экспериментальных условиях пока­ зали результаты примерно равные «Чимпериал Т-20».

Водные СОЖ отбирают тепло быстрее масла, но масло умень­ шает тепло благодаря значительно большему смазочному дейст­ вию. Поэтому для металлов с низкой теплопроводностью целесооб­ разнее снижать температуру в зоне резания, т. е. применять в ка­ честве СОЖ масло, которое, снижая температуру, покрывает деталь защитной пленкой, способствующей равномерному распределению тепла. Это может уменьшить опасность возникновения прижоговых трещин, которые появляются из-за быстрых изменений температу­ ры, вызываемых водными растворами [72]. В массовом производстве масляные СОЖ применяют при шлифовании канавок сверл (по целому), клапанов, колец подшипников и других деталей. В част­ ности, для'одновременного шлифования двух торцов бортов наруж­ ных колец цилиндрических подшипников используется «веретенное масло» № 2 с добавлением 2% олеиновой кислоты. Попытки заме­ ны масла на отечественные водные СОЖ не дали положительного результата, в основном, из-за появления прижогов по торцам [43]. Следует также учесть, что применение в качестве СОЖ масла дает одновременно повышение стойкости круга до 40%, снижение, мощ-

48