книги из ГПНТБ / Маталин, А. А. Новые направления развития технологии чистовой обработки

14 40

Н1-

валиках, но и о деталях, имеющих на шлифуемой поверх­ ности шпоночные пазы, ленточную резьбу и отверстия, а также о деталях, шлифуемых «в упор» (поз. 1), и деталях с большим отношением длины к диаметру (поз. 6, 8, 9).

Для шлифования деталей, приведенных в табл. 7, по высоким классам чистоты при использовании тонкой правки круга был выделен круглошлифовальный станок ЗГ12М с приспособлением для тонкой правки круга.

В связи с тем, что рекомендованные в табл. 6 режимы шлифования были разработаны применительно к исполь­ зованию круглошлифовального станка 3151П с кругом 600X305X67 мм, а станок ЗГ12М имеет круг 300X127Х Х40 мм и другие скорости и подачи, была проведена

41

корректировка этих режимов. В табл. 8 приведены режи­ мы шлифования по 10—11-му классам чистоты на станке ЗГ12М с применением тонкой правки круга, которые предусматривают снятие припуска 0,03—0,04 мм на диа-

Таблица 8

Режимы шлифования по 10—11-му классам чистоты поверхности при использовании тонкой правки круга 300X127X40 мм

на станке ЗГ12М

метр при охлаждении нормальной эмульсией. Эти режи­ мы были использованы при обработке деталей, показан­ ных в табл.7.

Как показывают результаты измерения шероховатости деталей, шлифование по режимам, рекомендованным в табл. 8, обеспечивает в производственных условиях дости­ жение шероховатости поверхности в пределах требований 11-го класса при выходе отдельных деталей в поле 10-го класса. Так, из числа 32 деталей 27 шт. были прошли­ фованы по 11-му классу чистоты и 5 деталей имели шероховатость 10-го класса, близкую к границе 11-го класса. При этом замечено, что выход этих 5 деталей за пределы 11-го класса был связан с нарушениями нор­ мальной подачи охлаждающей эмульсии. На рис. 8 пока­ зано изменение шероховатости поверхности деталей (поз. 6, табл. 7) при их шлифовании по режиму, рекомендован­ ному в табл. 8. Как показывает рис. 8, только две первые

42

детали партии, состоящей из 63 шт., обработанные сразу после правки круга в период его приработки, имели ше­ роховатость, близкую к грубой границе 10-го класса, а все остальные детали имели шероховатость на границе 10 и 11-го классов. Припуск на чистовое шлифование данных деталей составлял 0,02—0,05 мм. В связи с тем, что после предварительного шлифования деталь имела «бочку» до 0,02 мм, чистовое шлифование выполнялось

0,70

0,60

Рис. 8. Изменение шероховатости поверхности детали (поз. 6, табл. 7) после шлифования с режимами, приведенными в табл. 8.

кругом, установленным на постоянный размер, с приме­ нением выхаживания для выведения «бочки». После обработки 25-й детали станок был остановлен (на обе­ денный перерыв) на 40 мин. После перерыва работа была продолжена без какой-либо подналадки станка или прав­ ки круга, что не вызвало, как видно из графика, наруше­ ний процесса обработки.

Применение метода шлифования по высоким классам чистоты с тонкой правкой круга дает значительный эко­ номический эффект. Например, при шлифовании деталей (поз. 6, табл. 7) по 10—11-му классам чистоты фактиче­ ские затраты времени по хронометражным наблюдениям составляют 1 мин 48 сек — 1 мин. 56 сек, в то время как

43

по прежней технологии расход времени на чистовое шли­ фование по 8-му классу составляет 45—46 сек и 3,5 мин на ручное полирование войлочными кругами (под блестя­ щее хромирование).

При введении чистового шлифования по 10—11-му классам чистоты операция ручного полирования была полностью устранена. Таким образом, общее время чистовой обработки данной детали сократилось на 2,4— 2,5 мин, т. е. на 45—50%. сокращен производственный цикл и устранена тяжелая ручная операция полирования детали. Аналогичные результаты дало применение этого способа чистового шлифования и для других деталей, показанных в табл. 7. Почти все детали этой группы после шлифования по режимам табл. 8 имели шерохо­ ватость поверхности в пределах 11-го класса. Исключе­ ние составляли детали с прерывистыми поверхностями шлифования, соответствующими 10-му классу чистоты

(поз. 3, 4, 7 табл. 7).

Перевод на шлифование по высоким классам чистоты с применением тонкой правки круга 17 наименований де­ талей, показанных в табл. 7, сократил на 16% общую трудоемкость, на 18%— общую стоимость их чистовой обработки, на 40% — объем полировальных работ и спо­ собствовал повышению общей культуры шлифовального участка.

Процесс шлифования с тонкой правкой керамического круга столь же успешно применяется при обработке плос­ костей, обеспечивая достижение шероховатости 11-го класса.

Однако следует заметить, что качество плоской по­ верхности 11-го класса после шлифования керамическим кругом-с его тонкой правкой уступает поверхности 11-го класса, шлифованной графитовым кругом. В первом слу­ чае на поверхности встречаются отдельные дефекты (рис­ ки, вырывы, «кометы»), а во втором случае дефекты пол­ ностью отсутствуют. Однако трудоемкость плоского шли­

44

Алмазное и эльборовое шлифование

Промышленное производство синтетических алмазов и кристаллов кубического нитрида бора, обладающих целым рядом ценных физико-механических качеств, сде­ лало возможным создание шлифовальных кругов и от­ крыло новые возможности значительного повышения точности и качества обработки деталей и повышения производительности шлифования многих труднообраба­ тываемых материалов.

Расширение области применения процессов шлифова­ ния изделий кругами из синтетических алмазов и эльбора является одним из важных направлений совершенство­ вания технологии чистовой обработки.

Алмаз обладает самыми высокими твердостью и моду­ лем упругости, хорошей теплопроводностью и низким коэффициентом трения. Геометрическая форма алмазных зерен отличается от абразивных большей остротой (угол при вершине зерна для алмаза зернистостью 200/160 со­ ставляет 60—100°, а для абразива — 108—110° и меньшей величиной радиусов округления вершин зерен (при зер­ нистости 200/160 алмазные зерна имеют среднюю величи­ ну радиусов округления р = 6 -И 0 мкм, а абразивные зерна— р = 18н-24 мкм).

Режущая кромка алмазных зерен сильно развита и состоит из нескольких микрокромок, одновременно уча­ ствующих в резании.

Указанные геометрические особенности алмазных зе­ рен облегчают их внедрение в металл и делают возмож­ ным снятие самых тонких стружек металла при наимень­ шей его пластической деформации.

Известно, что процесс срезания стружки происходит легче, а доля пластической деформации металла в этом процессе меньше при достаточно большом отношении толщины срезаемого слоя а к радиусу округления режу­ щего лезвия р.

46

При алмазном шлифовании отношение—в 1,5—2 раза

Р

больше, чем при абразивном; преобладает деформация среза.

Для осуществления процесса резания и для сохране­ ния остроты режущих кромок необходимо, чтобы твер­ дость режущего инструмента при температуре резания в несколько раз превосходила твердость обрабатываемого материала. При шлифовании твердых сплавов ВК6 и Т30К4 и микролита ЦМ-332 абразивными кругами КЗ это отношение составляет 1,5—2,5, а при алмазном шли­ фовании оно достигает 7—12 [42].

Высокая твердость, острота зерен и низкий коэффици­ ент трения алмаза являются причиной 2—3-х кратного снижения сил резания при алмазном шлифовании, по сравнению с абразивным. Все это приводит к повышению абразивной способности алмаза, выражаемой съемом металла в мкм/ч. По данным ВНИИАШ [11], абразивная способность различных абразивных материалов состав­ ляет: алмаз — 900—1400; эльбор — 800—1400; корунд — 400—600; карбид кремния — 500—700 мкм/ч.

Снижение величины сил резания, уменьшение трения и более интенсивный отвод тепла из зоны резания, выз­ ванный большой теплопроводностью алмаза, приводят к значительному снижению температуры алмазного шлифо­ вания по сравнению с абразивным. В результате этого при алмазном шлифовании не происходят или сводятся к минимуму структурные изменения и прижоги поверх­ ностного слоя металла, характерные для абразивного шлифования, устраняется опасность возникновения шли­ фовочных трещин и снижается величина растягивающих остаточных напряжений.

Шероховатость поверхности после алмазного шлифо­ вания обычно на 2 разряда — 1 класс бывает меньше, чем после абразивного.

Уменьшение объема пластической деформации метал­

47

ла поверхностного слоя при алмазном шлифовании сни­ жает степень и глубину наклепа шлифованной поверх­ ности.

Снижение усилий резания при алмазном шлифовании и соответственно уменьшение упругих отжатий в системе СПИД, а также уменьшение нагревания шлифуемой де­ тали способствуют повышению точности алмазного шли­ фования. Наряду с перечисленными положительными свойствами алмазов, способствующими повышению экс­ плуатационных свойств шлифовальных кругов, алмазы обладают некоторыми особенностями, снижающими эф­ фективность шлифования и ограничивающими область его применения. К этим особенностям относятся: низкая теплостойкость и способность к диффузии и адгезии с некоторыми металлами.

При температуре нагрева 700—800°С алмаз превра­ щается в графит и теряет свои режущие качества. По­ этому процесс алмазного шлифования возможен только при таких условиях и режимах, при которых температура зоны резания не достигает указанной величины. Это во многих случаях ограничивает применение процесса ал­ мазного шлифования для чистовых и отделочных опера­ ций.

При нагревании алмаза в процессе шлифования ста­ лей и других материалов, содержащих углерод, возможно явление адгезии (схватывания) алмаза с обрабатывае­ мым материалом. Адгезия происходит по участкам свежих микросколов алмаза, не имеющим окисных пленок (по «ювенильным», т. е. по химически чистым поверхностям) и по участкам поверхности алмаза, на которых только что произошла пластическая деформация, устранившая имею­ щиеся на них пленки. Явление адгезии алмаза наблюда­ лось на электронно-микроскопических снимках при ал­ мазном шлифовании быстрорежущей стали Р18 [42]' Адгезия разрушает поверхность алмазных зерен, снижает качество обработанной поверхности и снижает произво­

48

дительность алмазного шлифования, резко повышая рас­ ход кругов.

При высоком нагревании алмаза возможна не только адгезия, но и диффузия атомов углерода алмаза в обра­ батываемый материал. Явление диффузии наблюдалось [42] при алмазном шлифовании технического железа и быстрорежущей стали Р 18 с напряженными режимами, при которых температура нагрева достигала 700—800°С. При этом в тончайших слоях технического железа было обнаружено возникновение перлитной структуры, а в поверхностных слоях стали Р 18 было зарегистрировано увеличение количества мелкодисперсных карбидов и остаточного аустенита.

При шлифовании указанных материалов кругами ЭБ, КЗ и кругами из эльбора подобные явления не имели места. Диффузия оказывает на алмазные зерна и на про­ текание процесса алмазного шлифования такое же воз­ действие, как и адгезия.

При шлифовании материалов, способных к адгезии и диффузии с алмазными зернами круга, приходится сни­ жать режимы шлифования, чтобы до минимума сократить выделение тепла, или применять особые виды СОЖ, ко­ торые создают на зернах пленки, предотвращающие адге­ зию. Однако эти меры не всегда позволяют сократить расход алмазных кругов.

Алмазные круги имеют в своем составе сравнительно небольшое количество алмазных зерен, связку и напол­ нитель, который служит опорой алмазным зернам. Алмаз­ ный круг с концентрацией 100% содержит всего 25% ал­ мазов, 25% наполнителя и 50% связки. В обычных абра­ зивных кругах режущие абразивные зерна занимают до 70% объема. Поэтому при одинаковой зернистости на единице рабочей поверхности абразивного круга распо­ лагается значительно большее количество абразивных зерен, чем у алмазного круга. Так, на 1 мм2 поверхности абразивного круга зернистостью 125/100 располагается

23,4 зерна, а на поверхности алмазного круга зернисто­ стью 125/100 и с концентрацией 100% — всего 17,4 зерна

[45].

Относительное увеличение доли связки и наполнителя, в качестве которого используются такие твердые материа­ лы как карбид бора, железный порошок, электрокорунд и карборунд зеленый, повышает роль связки в процессе алмазного шлифования и влияние трения связки на про­ текание процесса. При чрезмерном увеличении глубины алмазного шлифования мелкозернистыми кругами связка вступает в контакт с обрабатываемой поверхностью и ее трение вызывает резкое повышение сил резания (особен­ но составляющей Ру) и нагревание зоны резания. Темпе­ ратура нагрева может превышать температуру абразив­ ного шлифования. В этом случае на нагревание и вели­ чину сил резания большое влияние оказывает состав связки и наполнителя. При шлифовании с малой глубиной резания (0,005 мм) состав связки на нагревание влияет незначительно.

У алмазных шлифовальных кругов с повышением концентрации увеличивается число режущих зерен и уменьшается нагрузка на отдельное абразивное зерно, увеличивается относительная площадь контакта алмаз­ ных зерен с обрабатываемой поверхностью и соответ­ ственно уменьшается площадь контакта связки. В резуль­ тате этого уменьшаются силы трения, так как коэффи­ циент трения алмаза с металлом значительно ниже коэф­ фициента трения связки и наполнителя с металлом изде­ лия, и улучшается отвод тепла из зоны резания в связи с тем, что теплопроводность алмаза значительно выше теп­ лопроводности связки. Так, при повышении концентрации с 50 до 200% площадь контакта алмаза с обрабатываемой поверхностью возрастает в шесть — восемь раз [42]. Поэтому с увеличением концентрации значительно умень­ шаются величина сил резания и нагрев поверхностного слоя металла, уменьшается величина остаточных напря­

50