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

жений в нем и наклеп, снижается шероховатость шлифо­ ванной поверхности и во многих случаях уменьшается удельный расход алмазов. При шлифовании чугуна уве­ личение концентрации с 50 до 200% уменьшает величину в 3, а величину Р г— в 1,54 раза, значительно снижает температуру шлифования, на 2 разряда уменьшает высо­ ту шероховатости обработанной поверхности и снижает

удельный расход алмазов в 1,5—1,8 раза [46].

Особенно резкое снижение температуры и усилий ал­ мазного шлифования наблюдается при увеличении кон­ центрации алмазов от 50 до 100%. При алмазном шлифо­ вании со скоростью 19 м/сек, при глубине шлифования 0,02 мм и продольной подаче 1 м/мин температура нагре­ ва стали Р 18 снизилась с 980 до 685° С, твердого сплава ВК6М — с 670 до 415° С, ЦМ-332— с 695 до 420° С [42].

Изменение режимов алмазного шлифования приводит к изменению отдельных характеристик процесса в таком же направлении, как и при обычном абразивном шлифо­ вании: увеличение скорости круга уменьшает усилия и повышает температуру резания, снижает шероховатость и уменьшает удельный расход алмазов. Увеличение глу­ бины шлифования и продольной подачи приводит к уве­ личению сил, температуры нагрева, высоты шероховато­ сти шлифованной поверхности и удельного расхода ал­ мазов.

В соответствии с физико-механическими свойствами алмаза и указанными особенностями процесса алмазное шлифование находит в настоящее время промышленное применение при обработке:

а) ответственных деталей машин (чистовая обработ­ ка), от которых требуется высокая точность размеров и формы, малая шероховатость поверхности и сохранение неизменной микроструктуры (отсутствие прижогов) и физико-механического состояния поверхностного слоя металла (минимальный наклеп и малые остаточные на­ пряжения) ;

4* 51

б) фасонных профилей деталей, от которых требуется сохранение точности профиля;

в) точных отверстий малого диаметра; г) особо твердых и хрупких материалов (твердые

сплавы, минералокерамика); д) некоторых жаропрочных (типа ЖС6КГ и др.) и

титановых сплавов; е) магнитномягких сплавов типа «пермаллой» и «аль-

фенол»; ж) тугоплавких сплавов (молибденовый сплав ВМ.

идр.), высокопрочных (ЭИ961), легированных (ЗОХГСА)

ибыстрорежущих сталей; возможности повышения ин­ тенсивности режимов алмазного шлифования ограничи­ ваются низкой теплостойкостью алмазов и опасностью возникновения адгезии и диффузии алмазов с некоторыми из этих металлов; поэтому производительность алмазного шлифования этих материалов даже при правильном под­ боре режимов и характеристики кругов не превосходит производительности абразивного шлифования кругами КЗ [45];

з) серых и высокопрочных чугунов (чистовая обра­ ботка) .

Впоследнее время в промышленности начинает широ­ ко применяться шлифование кругами из эльбора *. Эльбор представляет собой кубический нитрид бора, содер­

жащий 41,5% бора и 50,1 % азота (отсюда происходит его иностранное название «боразон»), В зависимости от на­ личия примесей кристаллы эльбора могут иметь черный, коричневый, желтый или красный цвет. Иногда встреча­ ются и прозрачные кристаллы [11].

Твердость эльбора близка к твердости алмаза (табл. 1). Однако его теплостойкость значительно выше, чем у

* Наряду с термином «эльбор» в технической литературе встре­ чаются термины «боразон» и «кубонит». Эксплуатационные свойства н составы этих материалов тождественны свойствам и составу эль­ бора.

52

алмаза и даже карбида кремния. Благодаря этому про­ изводительность обработки тугоплавких и высокопрочных материалов эльбором значительно выше, чем алмазом.

Отсутствие в составе эльбора углерода устраняет опасность возникновения адгезии и диффузии при шли­ фовании ряда сталей, как это имеет место при алмазном шлифовании в связи с существованием химического срод­ ства алмазов со сталью. Поэтому эльборовое шлифование высокопрочных и быстрорежущих (особенно ванадиевых) сталей значительно эффективнее алмазного. Так, при шлифовании стали Р12Ф5 силы резания, температура и удельная работа резания в 1,5—2 раза ниже, чем при алмазном шлифовании [34].

По остроте зерен (угол заострения и радиус округле­ ния) эльбор незначительно уступает алмазу и при оди­ наковой твердости имеет такую же высокую абразивную способность корунда и карборунда.

Усилия резания, температура в зоне шлифования и шероховатость поверхности при эльборовом шлифовании несколько выше, чем при алмазном (если при данных условиях шлифования не возникает адгезии алмаза), но в 1,5—2 раза ниже, чем при абразивном шлифовании.

Круги для эльборового шлифования выпускаются про­ мышленностью под шифром «ЛО» с органическими (КБ и Б1), керамическими (К) или металлическими (М) связ­ ками. Иногда также встречаются эльборовые круги изго­ товления института сверхтвердых материалов, имеющие обозначение «БО», т. е. «боразон». Эксплуатационные ка­ чества этих кругов практически ничем не отличаются от промышленных кругов «ЛО».

Круги на органических связках отличаются высоки­ ми режущими свойствами, не засаливаются и позволя­ ют осуществлять бесприжоговое шлифование с глуби­ нами от 0,005 до 0,03 мм [12]. Недостатком этих кругов является их большой удельный износ. Круги с керамиче­ скими связками отличаются повышенной стойкостью, в

53

50 раз превышающей стойкость электрокорундовых и кар­ борундовых кругов.

Эльборовое шлифование кругами на органических и керамических связках зернистостью 125/100—50/40 позво­ ляет получить шероховатость поверхности в пределах 7—10-го классов. При шлифовании кругами М3 — 3/2 с органической связкой КБ шероховатость поверхности может быть снижена до 11 —12-го классов.

По сравнению с применяемыми в промышленности абразивными (Э9 и К39) и алмазными (А и АС) кругами, эльборовые круги при обработке стали характеризуются:

а) повышенной режущей способностью, постоянной в процессе длительной эксплуатации;

б) низким удельным расходом (в 3—5 раз ниже ал­ мазных и почти в 100 раз ниже абразивных кругов);

в) отсутствием засаливания, что делает излишней правку кругов для восстановления режущих свойств;

г) высокой стойкостью рабочего профиля, что способ­ ствует получению высокой точности деталей, в том числе фасонных;

д) незначительным тепловыделением, что способствует достижению высокой точности и сохранению высокого качества поверхности.

Стоимость эльборовых и алмазных кругов одинакова. Согласно рекомендациям ВНИИАШ [12], применение эльборового шлифования наиболее целесообразно для: чистового шлифования сталей, легированных вольфра­ мом, кобальтом, ванадием и молибденом и заточки инстру­ ментов из быстрорежущих сталей; чистового шлифования прецизионных деталей из жаропрочных нержавеющих и высоколегированных конструкционных сталей (HRC 64— 66) и деталей из чугуна; шлифования деталей из материа­ лов, чувствительных к тепловым ударам (литые магниты и т. п.); шлифования точных деталей на станках, работа­ ющих в автоматическом цикле (малые отверстия прибор­ ных подшипников и т. п.), деталей высокой точности,

54

ш

сл

не допускающих при обработке тепловых деформаций (направляющие станков, ходовые винты и др.); шлифо­ вания профиля резьбы метчиков, калибров, ходовых винтов.

Наиболее рациональные режимы эльборового шлифо­ вания приведены в табл. 9.

Не рекомендуется производить эльборовое шлифова­ ние твердых сплавов и неметаллических материалов (кварца, керамики, ситаллов). Недостаточно эффективно оно и для обработки титана и некоторых марок жаро­ прочных и нержавеющих сталей и сплавов, а также азо­ тированных сталей.

Круглое доводочное шлифование торцом алмазного круга

В последние годы разработан новый метод алмазного шлифования торцом круга, открывающий широкие про­ изводственные возможности для чистовой обработки гладких цилиндрических поверхностей [32].

Сущность метода заключается в том, что к обрабаты­ ваемой поверхности вращающейся цилиндрической дета­ ли прижимается чашечный алмазный круг, вращающийся с обычной скоростью шлифования (рис. 9). Ось вращения круга пересекается с осью детали и расположена по от­ ношению к ней под прямым углом или под углом 89°30'. При этом съем металла увеличивается и уменьшается шероховатость обработанной поверхности. Как видно из рис. 9, круг прижимается к детали специальной оправкой, состоящей из корпуса 1, по которому скользит стакан 4, удерживаемый специальным пальцем 2, перемещающим­ ся по пазу в стакане. Для поддержания постоянного усилия прижима круга к детали между корпусом и ста­ каном устанавливается пружина 3. Величина усилия при­

56

жатия круга регулируется сжатием пружины. Обраба­ тываемая деталь совершает движение продольной подачи со скоростью 1—2 мм!об.

Для шлифования используются алмазные круги АЧК с 0125—150 мм и шириной алмазоносного слоя 5 мм. Наилучшей связкой для кругов, применяемых при дово­ дочном шлифовании, оказалась специальная эластичная опганическая связка БР.

каждом конкретном случае в зависимости от того, что ли­ митирует процесс — шероховатость или производитель­ ность.

С повышением зернистости кругов с АС14/10 до АС050/40 съем металла увеличивается в два раза и более. При дальнейшем повышении зернистости увеличение съема замедляется. При зернистости АСО 100/80 съем металла на 50—60% больше, чем при АС40/28. Для достижения 10—11-го классов чистоты поверхности при исходной ше­ роховатости 7—8-го классов рекомендуются круги зернис­ тость^ АСО 100/80—АС050/40, для 11 —12-го классов — круги АС50/40—АС40/28, для 13-го класса — круги АС 14/10 (после АС050/40—АС40/28).

Оптимальное нормальное усилие при алмазном шли­ фовании закаленных сталей для кругов АЧК 125X32 зер­ нистостью АС40/28 100% концентрации составляет 10— 12 кГ. Повышение нормального усилия в пределах 5— 16 кГ увеличивает шероховатость на 1—3 разряда.

57

При шлифовании с постоянной нормальной силой производительность шлифования зависит от исходной шероховатости. С уменьшением исходной шероховатости величина снимаемого припуска уменьшается.

Оптимальные режимы шлифования: скорость круга 25—35 м/сек, скорость вращения изделия 5—30 м/мин, продольная подача 1—2 мм/об изделия.

Режимы шлифования не оказывают существенного влияния на шероховатость обработанной поверхности. Шлифование производится с охлаждением жидкостью, обладающей хорошими моющими свойствами. Обычно применяется вода с антикоррозионными добавками.

При алмазном доводочном шлифовании снимается припуск не более 0,03 мм на сторону. Этим методом об­ рабатываются материалы с различными физико-меха­ ническими свойствами (закаленные и незакаленные ста­ ли, легированные и хромированные стали, чугуны и др.). При этом производительность процесса увеличивается с повышением твердости обрабатываемого материала и понижением его вязкости.

Известны два способа осуществления этого процесса: первый — обычное предварительное шлифование до ше­ роховатости 7—8-го классов с последующим алмазным доводочным шлифованием до заданного класса чистоты, второй — предварительное шлифование кругом АС40/28 до выведения рисок предыдущей обработки и окончатель­ ное доводочное шлифование кругом АС14/10 до получе­ ния 13-го класса.

При достаточно большом числе ходов алмазного дово­ дочного шлифования снижаются отклонения от цилин­ дрической формы, уменьшается волнистость, гранность и некруглость.

Метод нашел применение для обработки валов из ста­ ли 9Х, 9X2, 9Х20ВФ, валов из отбеленного чугуна и зака­ ленной хромированной стали с диаметрами от 60 до 500 мм и длиной от 400 до 5000 мм, азотированных и за­

58

каленных шпинделей из стали 38ХМЮА, валов из кокиль­ ного чугуна СЧ 15-32, штоков из хромированной стали 45 и подобных деталей. При этом в большинстве случаев достигается шероховатость поверхности в пределах 12— 13-го классов чистоты при овальности и конусности в пре­ делах 0,002 мм.

При обработке сталей 9Х и ШХ15 алмазное доводоч­ ное шлифование обычно производится в две операции: I — снятие дефектного слоя глубиной 0,03—0,04 мм кру­ гом АС40/28 (при исходном 9-ом классе получают 11-а); I I —доводка кругом АС14/10 до шероховатости 12—13-а классов.

Операция алмазного доводочного шлифования осу­ ществляется на специально приспособленных круглошли­ фовальных или крупных токарных станках, оснащенных Шлифовальной головкой особой конструкции.

АБРАЗИВНАЯ И АЛМАЗНАЯ ДОВОДКИ

Сущность процессов механической доводки

Современные доводочные процессы подразделяются На процессы доводки связанными абразивными брусками (хонингование, суперфиниширование и их некоторые раз­ новидности) и свободным абразивом (абразивными и алмазными порошками и пастами, нанесенными на по­ верхность инструмента-притира, или на поверхность об­ рабатываемой детали).

При всех различиях указанных процессов сущность явлений, происходящих в поверхностном слое металла одинакова и сводится к осуществлению двух разновидно­ стей деформирования металла: микрорезания со снятием тончайших стружек и пластического деформирования — Полирования металла.

В процессе микрорезания осуществляется снятие при­ пуска металла, необходимое для устранения погрешно­

59

стей размеров и формы обрабатываемой детали и дефект­ ных слоев, созданных предыдущими операциями.

Известно, что в начальный момент внедрения вершины абразивного зерна в металл происходит упругая, а затем пластическая деформация смятия, сопровождающаяся выдавливанием металла по краям возникающей риски в виде «навалов». Микрорезание начинается только при определенном соотношении глубины внедрения зерна h к радиусу закругления его вершины р. По данным раз-

h

личных исследований величина у , при которой начина­

ется процесс микрорезания, колеблется от 0,04—0,08 [6] до 0,25—1,16 [22] и зависит от пластичности обрабаты-

h

ваемого металла. При малых значениях отношения ~ ос­

новная часть деформируемого металла претерпевает пластическую деформацию и лишь малая часть удаляется в виде микростружки. При увеличении этого отношения до 0,25—0,35 доля металла, удаляемого микрорезанием, достигает наибольшего значения [6].

Эффективность процесса доводки может быть оценена коэффициентом стружкообразования К с. который опреде­ ляется отношением объема металла, удаленного одним зерном в виде стружки Кс , к общему объему царапины, оставленной на поверхности абразивным зерном Ко

Коэффициент стружкообразования зависит от глубины царапины, а следовательно, от удельного давления, гео­ метрии абразивных зерен и их адгезионных свойств, от смазочной среды и особенно от пластичности обрабаты­ ваемого металла. Так, если у относительно хрупких металлов (закаленная сталь, чугун) при малых скоростях микрорезания коэффициент стружкообразования дости­

60