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

пости шлифования на 30%, улучшение шероховатости. Эти качества; масляных СОЖ используются при силовом шлифовании для съема больших припусков без предварительной токарной обработки, в сложных условиях шлифования [77]. При шлифовании желобов, резьб, метчиков и калибров из инструментальных, науглероженных сталей и других материалов, прошедших закалку, использование химически активных масел иногда приводит к прижогу на шлифуе­ мой поверхности или появлению тонких поверхностных трещин от перегрева. В этом случае дает эффект применение минеральных масел повышенной вязкости в смеси с большим количеством жиров [72]. По данным работы [43], на операциях шлифования зубь­ ев колес абразивными червяками и на операциях одновременного шлифования двух торцов бортов и роликовой дорожки колец ци­ линдрических подшипников замена «Индустриального масла-20» с добавкой олеиновой кислоты на специальную СОЖ СПИ-5, состоя­ щую из базового масла с добавлением ПАВ, позволило снизить ко­ личество прижогов при одновременном увеличении производитель­ ности.

Несмотря на значительное влияние прогрессивных СОЖ на сни­ жение температуры в зоне резания, их широкое внедрение в'Настоя­ щее время ограничивается более высокой стоимостью по сравне­ нию с обычными водными растворами, нобходимостью специаль­ ной переработки отработанных СОЖ с ПАВ для их слива, создания

также специальных методов ее подвода экономически целесообраз­ но только в тех случаях, когда существенно повышается произво­ дительность обработки и снижается процент брака. Следует учесть, что какая бы эффективная СОЖ не применялась, она не решает вопросы по бесприжоговому шлифованию при нарушении техноло­ гического процесса, обеднении или засорении СОЖ и других откло­ нений. В частности, масляные СОЖ очень быстро засоряются при методах очистки, принятых для водных СОЖ.

Обычные методы тонкой очистки водных растворов основаны на применении магнитных сепараторов, которые позволяют довести содержание механических примесей в СОЖ до 0,03—0,05% по весу [42, 69]. Повысить эффективность очистки СОЖ можно при модер­ низации магнитного сепаратора типа МС по рекомендациям, при­ веденным в работе [52]. Более тонкая очистка осуществляется ком­ бинированными установками, в которых наряду с сепаратором ис­ пользуется фильтровальная бумага, совершающая периодические перемещения по мере загрязнения. Новые внутришлифовальные Автоматы некоторых иностранных фирм поставляются с индиви­ дуальной установкой для комбинированной очистки. В последние годы для тонкой очистки находят применение гидроциклоны, обла­ дающие высокой надежностью, достаточной эффективностью дейст­ вия и обеспечивающие степень очистки жидкости до 95% с тон­

49

костью 10—15 як. Эффективность применения гидроциклона и схе­ ма его установки рассмотрены в работах [34, 53].

В обеспечении бесприжогового шлифования одним из ответст­ венных этапов является назначение режимов резания и построение рабочего цикла. При выборе режимов резания общемашинострои­ тельные нормативы [35] предусматривают поверочные расчеты по предельным значениям удельной мощности шлифования Иуя

(табл. 5).

Т а б л и ц а 5

Потребляемая мощность шлифования рассчитывается по таб­ лицам, формулам или номограммам.

В массовом производстве для шлифования деталей в автомати­ ческом цикле режим обработки ограничивается несколькими пара­ метрами. Так, например, для внутреннего шлифования колец под­ шипников из стали ШХ15 (HRC 61—65) при работе керамическими кругами с применением в качестве СОЖ НГЛ-205 необходимо соблюдать величины черновой и чистовой подач, путь чистового шлифования и место правки [64]. В этом случае потребляемая мощ­ ность чернового шлифования не должна превышать 0,25 кет на 1 мм ширины обрабатываемой поверхности, а величина и путь чистовой подачи должны соответствовать данным, приведенным на графике (рис. 30). Правку круга, в основном, рекомендуется производить в середине цикла перед чистовой подачей, что уменьшает влияние затупления и «засаливания» абразивного инструмента на образо­

50

вание прижогов. Приведенные рекомендации, как и другие, не явля­ ются универсальными. Они разработаны для конкретных условий шлифования и могут существенно меняться, даже при обработке одних и тех же деталей, в зависимости от конструкторских возмож­ ностей станка, качества кругов, СОЖ и т. д.

Рис. 30. Значения чистовой подачи s4 (1) и пути шлифования /ч при обработке стали ШХ15 для обеспечения бесприжогового шлифования в зависимости от диаметра обрабатываемой детали £>ш

В современных прогрессивных технологических процессах стре­ мятся устранить ограничения по бесприжоговому шлифованию или снизить их влияние на выбор скорости резания, глубины шлифова­ ния, подачи и построение рабочего цикла.

Чтобы уменьшить до минимума влияние скорости резания на появление прижогов, снижают уровень вибраций шлифовального круга, предусматривают установку автоматических балансирован­ ных устройств, применяют шпиндели на гидростатических опорах, охлаждающую жидкость подают с помощью специальных сопел, под давлением, а также используют водные СОЖ с ПАВ и масла [10, 29, 59]. Эти мероприятия себя оправдывают, так как увеличение скорости резания позволяет повысить стойкость абразивного инстру­ мента, увеличить интенсивность съема металла, улучшить шерохо­ ватость обработки. Даже для шлифования жаропрочных сталей рекомендуется [61] увеличить скорость резания до 50 м/сек, что одновременно улучшает обрабатываемость сплавов. Внедрение высокоскоростного шлифования и применение таких активных фак­ торов, как подача СОЖ на масляной основе под давлением, позво­

51

ляют при увеличении vK вдвое повысить интенсивность съема ме­ талла более чем в 3,5 раза без прижогов (рис. 31) [73].

Уменьшить влияние скорости резания на прижоги можно также путем выбора оптимальной величины скорости вращения изделия. Опыт, проведенный фирмой Diskus Werke (ФРГ), показал, что с

Q ,мм3/мм-сен

Рис. 31. Влияние состава СОЖ h<l предельную скорость съема метал­ ла при условии шлифования без

при охлаждении жидкостью на маслч ной основе

увеличением vKнеобходимо одновременно повысить и од[77]. Из лриведенной ниже табл. 6 видно, что при скорости резания 45 я 60 м!сек

прижогов не было, если q= —=30, (од=90—120 м/мин). В то же

время при ук=30 м/сек, q= 90 (ид= 20 м/мин).

52

Опыты проводились на образцах размерами 100x50X200 мм из стали 37. Крутящий 'момент составил 25 кгс-м. 'Охлаждающая жид­ кость <— на базе солевого раствора, расход 400 л/мин, давление струи 2 кгскм2. Характеристика шлифовальных сегментов ЕК36Н7КС (ЭБ50М17К).

По выбору скорости вращения детали существует много реко­ мендаций. Показывая эффективность увеличения од на снижение глубины прижогов, исследователи Куйбышевского политехническо­

го института предлагают установить q= — =60—80 для ок= 30—

»д

40 м/сек и q= 6—10 для ок = 50—60 м/сек. Следовательно, при ско­ рости резания 60 м/сек од=300—500 м/мин [54]. Такое увеличение скорости вращения изделия рекомендуют и ряд иностранных иссле­ дователей, как это отмечено в обзоре [10]. Однако во многих рабо­ тах указывается, что оптимальная величина q= 60 [19], так как при меньших значениях q возрастает износ круга.

Особое значение величина од имеет при бесцентровом методе базирования на жестких опорах, получившем широкое распростра­ нение в подшипниковой промышленности. В справочных пособиях для круглого шлифования дорожек качения внутренних колец с базированием по обрабатываемой поверхности на жестких опорах рекомендуется од~50 м/мин [28, 65], для других видов бесцентрово­ го метода обработки од»60—90 м/мин. В первом случае при ис­ пользовании обычных СОЖ ограничение по выбору од связано с неравномерным вращением детали. Этот дефект устраняется при использовании СОЖ с ПАВ, как отмечалось выше, поверхностно­ активные вещества позволяют резко снизить коэффициент трения твердого сплава по стали. Для других операций бесцентрового метода шлифования на жестких опорах указанное значение од ограничивает появление прижоговых натиров от твердосплавных пластин. Они не устраняются даже при использовании СОЖ с ПАВ. Исследователи ведут работы по замене в этих случаях твер­ досплавных пластин другими материалами (текстолит, феррадо, эпоксидная смола с графитовым наполнителем и др.), которые имеют более низкий коэффициент трения по стали. Эти материалы мягче твердых сплавов, и поэтому на базовой поверхности детали в местах контакта не возникают значительные нагрузки (приводя­ щие к прижогам), так как происходит смятие опор и их повышен­ ный износ. Указанный недостаток опор из этих материалов ограни­ чивает область их применения.

Обычно снижения прижогов добиваются за счет уменьшения глубин шлифования или рабочих подач. Однако исследователи фирмы «Norton» (США) на бесцентровошлифовальных станках при обработке труб 0 41 мм добились снижения прижогов за счет увеличения интенсивности съема металла. Этот эффект они объясняют тем, что круг, как правило, работал в условиях затупле­ ния на специально подобранных режимах резания — в условиях самозатачивания [79]. Назначая глубину шлифования или рабочую

53

подачу, трудно заранее предусмотреть возможные отклонения от условий обработки, которые могут привести к прижогам. В связи с этим ведутся работы по созданию систем автоматического управ­ ления ходом технологического процесса, которые позволяют учесть возникшие отклонения и за счет изменения одного или нескольких параметров режима резания стабилизировать процесс обработки детали. Такая задача решается с помощью адаптивного управле­ ния, идея которого была выдвинута в 40-х годах советским иссле­ дователем проф. Б. С. Балакшиным [5, 47]. Так, например, система адаптивного управления (САУ) процессом зубошлифования [22] обеспечила снижение максимальной глубины прижога от 150 до 60 мк, колебания глубины прижога по зубьям колеса в шесть раз, а колебания микротвердости в пять раз. Этот эффект был достигнут на операции обработки колес т = 6 из стали 12Х2Н4А, цементи­ рованной и закаленной до HRC—61, при использовании шлифо­ вальных кругов различных характеристик и колебаний припуска. Поддержание в процессе шлифования заданной величины эффек­ тивного крутящего момента достигнута при этом за счет регулиро­ вания скорости обката при изменении припуска, радиуса кривизны зуба или режущих свойств абразивного инструмента. На операции заточки инструмента из быстрорежущей стали применение САУ позволило снизить брак по прижогам и повысить производитель­ ность на 25% [18]. В этом случае была внедрена система адаптив­ ного управления приращением тока фазы электродвигателя шлифо­ вального круга, которая в зависимости от условий обработки изме­ няла величину продольной подачи стола заточного станка.

В Пермском политехническом институте разработан и испытан специальный прибор, позволяющий оценить теплонапряженность в зоне резания по цветовому табло. Прибор фиксирует мощность резания в зависимости от изменения условий на операции шлифо­ вания торца детали. При повышении температуры в зоне резания сверх определенного уровня загорается табло, сигнализирующее о необходимости уменьшения продольной подачи или очередной правки шлифовального круга. Предложенная система проверялась на круглошлифовальном станке модели ЗБ151 при обработке стали 16ХГТЛ (HRC=60) на режимах с vK=32 м/сек, ид=25 м/мин, Snp= 0,004 мм/об, круг 24А25С2К6, охлаждение — поливом эмуль­ сии. При шлифовании торцом круга заданная теплонапряженность процесса поддерживалась за счет изменения продольной подачи. Результаты испытаний показали, что данная система регулирования позволяет полностью устранить прижоги и трещины [11].

Для определения момента прекращения шлифования кругом, требующим правки, имеются специальные устройства, которые из­ меряют амплитуду колебаний, растущую с износом и затуплением круга, так как этот процесс оказывает отрицательное действие на качество шлифуемой поверхности, увеличиваются шероховатость и волнистость, появляется штриховой прижог. Применение такого

54

устройства на круглошлифовальном станке способствовало сниже­ нию прижогов [59].

Как отмечалось выше, для устранения прижога в каждом кон­ кретном случае в первую очередь необходимо установить истин­ ную причину его возникновения. Иногда для устранения прижога требуется проведение целого комплекса работ. Такая комплексная:

Рис. 32. Схема одновременного шлифования роликовой дорожки и донышка карданного подшипника:

а — старая схема, б — новая схема

работа была, в частности, выполнена конструкторами и исследова­ телями МСКБ АЛ и СС при создании нового специального внутришлифовального автомата модели Л211С1, предназначенного для одновременного шлифования торца донышка и роликовой дорожки кольца карданного подшипника из цементируемой стали 15Г HRC 61—65. Схема представлена на рис. 32. Следует заметить, что при освоении данного процесса в 1965 г. на автомате модели Л54СЗ не удалось устранить прижоги по торцу донышка. При отладке усо­ вершенствованной модели (1970—1971 гг.) для устранения прижогапо торцу донышка были проведены следующие работы: уменьшено биение оправки шлифовального круга посадкой ее в шпиндель на конус; увеличена плавность подачи круга на донышко благодаря усовершенствованию кинематической схемы механизма продольной подачи; повышена износоустойчивость кромки абразивного инстру­ мента за счет применения кругов 39А16СМ17К, пропитанных серой; внедрена новая схема шлифования.

Недостатком схемы, предусмотренной для выполнения на авто­ мате, был кромочный контакт круга с торцом дна на большой дуге шлифования ВС- (см. рис. 32, а), ухудшение условий поступления СОЖ в зону резания, а также необходимость применения кругов с уменьшенным начальным размером. Новая схема обработки (см. рис. 32, б) предусматривала увеличение исходного диаметра круга и замену кромочного контакта линейным. Это дало возможность при шлифовании карданных подшипников № 804704КЗ по новой схеме увеличить в 3,4 раза число зерен, участвующих в резании, в 70 раз уменьшить дугу контакта В\С\ и время теплового воздейст­ вия круга на деталь, в два раза снизить максимальную температуру

55

в зоне резания, улучшить условия охлаждения и практически лик­ видировать массовый прижог по торцу донышка [4].

Комплексное решение вопроса по устранениюприжогов позволлет в ряде случаев, даже при той же интенсивности съема металла, увеличить производительность обработки в 1,5—2 раза. Изучение возможности повышения производительности шлифования желобов наружных колец шарикоподшипников диаметром 45—50 мм на ав­ томате модели 3484ГВ показало, что почти 40% оперативного вре­ мени цикла затрачивалось на обеспечение условий бесприжогового шлифования:

выхаживание для уменьшения глубины прижога после черновой подачи;

построение рабочего цикла с правкой круга перед чистовой подачей для устранения затупления и «засаливания» абразивного инструмента;

осуществление реверса подачи для исключения врезания круга при вводе его в деталь после правки, что увеличивало путь чистово­ го шлифования.

Кроме этого, правка круга производилась с повышенной компен­ сацией износа, что снизило его стойкость (в деталях) и увеличило штучное время [64].

Для обеспечения условий бесприжогового шлифования при повы­ шенной производительности необходимо было: производить подачу охлаждения через шпиндель изделия; в качестве охлаждающей жидкости использовать СОЖ с ПАВ; применять круги, пропитан­ ные серой; усовершенствовать механизм правки для сокращения длины оправки и увеличения скорости правки круга до 0,04 мм/об.

Перечисленные мероприятия позволили вести обработку с прав­ кой круга в начале цикла, повысить производительность до 50% и увеличить период стойкости круга в деталях почти в два раза.

ВЫВОДЫ

Шлифование закаленных сталей и сплавов показывает, что интенсивность выделения тепла зависит от сочетания ряда факто­ ров, действие которых в основном сводится к следующему:

1.С уменьшением теплопроводности обрабатываемого металла

иувеличением содержания в нем аустенита склонность шлифуемой поверхности к прижогам возрастает; кроме этого, уменьшение теп­ лопроводности металла приводит к повышенному «засаливанию»

абразивных зерен, что дополнительно усугубляет возможность появления прижогов.

2.. С увеличением твердости шлифовального круга, уменьшением

56

зернистости структуры, пористости, применением кругов на кера­ мической связке вместо вулканитовой или бакелитовой — интенсив­ ность теплообразования возрастает.

3.С повышением интенсивности съема металла (глубины шли­ фования или подачи), скорости резания, величины снимаемого припуска и длительности шлифования, а также с уменьшением скорости вращения изделия обеспечение условий бесприжогового шлифования усложняется.

4.С уменьшением смазывающих свойств охлаждающих жид­ костей увеличивается коэффициент трения между абразивным инст­ рументом и шлифуемой поверхностью, возрастает «засаливание» круга и, как следствие, склонность процесса к появлению прижогов.

5.' Большое влияние на тепловую напряженность шлифовани оказывают характер1износа абразивного инструмента и взаимное воздействие различных факторов. При работе шлифовального круга

вусловиях затупления вероятность появления прижогов выше, чем при работе его в режиме самозатачивания. Поэтому при обработке вулканитовыми кругами в режиме самозатачивания длительность шлифования или увеличение припуска практически не ухудшают условия по бесприжоговому шлифованию. В то же время для кера­ мических кругов, работающих в условиях затупления, увеличение припуска или длительности шлифования является одной из основ­ ных причин образования прижога. В связи с этим для каждого конкретного случая обработки существуют свои оптимальные соче­ тания составляющих технологического процесса. Однако в настоя­ щее время нет универсальной теории, на основании которой эти сочетания могли бы быть получены расчетным путем. Условия побесприжоговому шлифованию определяются, как правило, на осно­ вании экспериментальных данных или исходя из производственного опыта.

6.В большинстве случаев появление прижогов связано с нару­ шением технологического процесса, а именно: отклонениями в структуре металла или качестве его термообработки, изменениями характеристики шлифовального круга, ухудшением качества СОЖ или степени ее очистки, применением завышенных режимов резания, несоблюдением межоперационных припусков, неправильной налад­ кой станка, неисправностями оборудования и т. д. Устранение ука­ занных дефектов не вызывает особых затруднений, если установле­ на истинная Причина появления прижога. Пользуясь приведенным

вобзоре классификатором, можно по внешнему виду определить характерные причины прижога. Существенное снижение прижогов

восновном зависит от организации и культуры производства, так как для этого необходимо постоянно и строго контролировать соблюдение технологического процесса, следить за качеством посту­ пающего металла, абразивного, правящего инструмента, СОЖ, производить профилактический ремонт оборудования, принудитель­

ную проверку наладки станка, постоянно совершенствовать квали­

57

фикацию обслуживающего персонала. Выполнение этих условий не умалиет важность периодической проверки деталей на прижоги.

Условия бесприжогового шлифования в ряде случаев сущест­ венно ограничивают величину рабочих подач и глубину резания, сокращают стойкость шлифовального круга из-за введения допол­ нительной правки, требуют увеличения пути чистового шлифования и времени обработки.

Значительному снижению влияния режимов резания и стой­ кости круга на появление прижогов и, как следствие, повышению производительности процесса шлифования способствуют приведен­ ные рекомендации:

по обрабатываемому металлу — введение предварительной тер­ мической обработки стали (нормализации) для улучшения одно­ родности структуры металла; нагрев и закалка деталей в печах с искусственной контролируемой атмосферой для уменьшения дефек­ тов по обезуглероживанию поверхностного слоя; второй и даже третий отпуск, высокотемпературный отпуск, обработка деталей холодом для уменьшения количества остаточного аустенита;

по абразивному инструменту — подбор шлифовальных кругов, менее склонных к образованию прижогов, с малым содержанием механических примесей (электрокорунд белый и карбид кремния зеленый) и с содержанием основной зерновой фракции до 70% (для чего предусматривают «спецрассев»); проведение сортировки кру­ гов по твердости; применение для отдельных операций монокорундовых кругов, хромистых с пропиткой серой и другими импрегнаторами; кругов с прерывистой рабочей поверхностью, а также кругов из эльбора.

по стабилизации процесса шлифования — применение систем адаптивного управления, позволяющего учитывать и“корректиро­ вать режимы шлифования в зависимости от изменений условий об­ работки; I

по смазывающе-охлаждающим жидкостям — использование в качестве охлаждения СОЖ с поверхностно-активными веществами, обладающими хорошими смазочными свойствами; применение для труднообрабатываемых сталей и сплавов масляных СОЖ и даже жиров, а также внедрение подачи СОЖ через специальное сопло и внезонная очистка шлифовальных кругов, что дает возможность значительно снизить температуру в зоне резания, уменьшить коэф­ фициент трения, ликвидировать «засаливание» абразивного инстру­ мента и тем самым повысить производительность и одновременно стойкость кругов.

Следует отметить, что в современных прогрессивных технологи­ ческих процессах в целях повышения производительности шлифо­ вания более чем в два-три раза, а также обеспечения высоких ка­ чественных показателей обработки рекомендуют предусматривать внедрение комплекса мероприятий: повышение жесткости техноло­

58