книги из ГПНТБ / Маслов, Е. Н. Теория шлифования материалов

где d — диаметр отверстия в круге; D — диаметр круга; пкр — частота вращения круга.

При d = 3 мм, п = 2450 об/мин, D = 400 мм дли­ тельность т = 58,5 мс. Тарирование установки произво­ дится с помощью термопары, нагреваемой в печи.

Рассматриваемый метод является практически безынер­ ционным, но он не обеспечивает измерения температуры непосредственно в зоне работы шлифующего зерна.

Экспериментальное исследование тепловых явлений при абразивном шлифовании

К настоящему времени наиболее обстоятельно изу­ чена зависимость контактной температуры Ѳк от элемен­ тов и условий шлифования. В процессе микрорезания поверхностного слоя абразивным зерном контактная тем­ пература практически мгновенно достигает наибольшего значения и по выходе зерна из зоны контакта температура быстро снижается.

Наибольшие показания прибора будут в момент, когда шлифовальный круг производит резание непосредственно в зоне расположения термопары. При шлифовании других участков детали прибор показывает меньшую темпера­ туру. Даже при сравнительно высоких режимах шлифо­ вания и работе без охлаждения контактная температура детали из стали 9Х не выше 350—400° С (рис. 75). По мере увеличения числа проходов, т. е. возрастания вре­ мени шлифования и при работе без охлаждения, темпе­

При работе с охлаждением независимо от времени шлифования (числа проходов) контактная температура детали может оставаться постоянной. Сказанное будет

отводимой охлаждающей жидкостью. Повышение режима шлифования (увеличение ѵд, s, t) вызывает увеличение температуры детали (рис. 76).

Более твердому кругу при прочих равных условиях соответствуют большие температуры. Увеличение номера

повышение температуры. Таким образом, при увеличении толщины снимаемого слоя и нагрузки на абразивное зерно температура детали повышается; повышение тем­ пературы является результатом возрастания работы мик­

рорезания и сил трения с увеличением толщины снимае­ мого слоя.

132

Обработка абразивным инструментом деталей из твер­ дых сплавов (Т15К6, ВК8 и др.) имеет особенности, опре­ деляемые твердостью и меньшей пластичностью этих материалов по сравнению со сталью. Твердые сплавы наиболее эффективно обрабатываются алмазным инстру­ ментом. Из числа абразивных применяют инструменты с зерном из карбида кремния, имеющего твердость выше твердости карбидов вольфрама и титана. При абразивном шлифовании твердых сплавов стружка пылевидная, что

°С

900

700

L

V .

подтверждает дробление карбидов вольфрама и титана

иих вырывание из связки в процессе шлифования.

Всвязи с высокой твердостью твердых сплавов при их шлифовании развиваются более высокие температуры, часто вызывающие окисление карбидов й связки. Твердые

-сплавы Т15К6 и ВК8 начинают окисляться при темпера­ туре около 700° С; с повышением температуры интенсив­ ность окисления возрастает. При абразивном шлифовании деталей из твердых сплавов температура достигает 1100° С и выше. Наиболее высокие температуры развиваются в тончайших граничных слоях, а по мере удаления (углуб­ ления) от поверхности температура резко снижается

(рис. 77).

При прочих равных условиях, с увеличением окруж­ ной скорости круга и удельной силы температура в зоне шлифования непрерывно возрастает (рис. 78). Качествен­ ная обработка деталей из твердых сплавов шлифованием возможна, если температура в зоне шлифования не выше 600—650° С. При более высокой температуре возникают прижоги и микротрещины.

133

Особенности тепловых явлений при алмазном и кубонитридоборном шлифовании

Зависимость температуры от вида связки при алмаз­ ном шлифовании. При алмазном шлифовании связка бо­ лее активно участвует в процессе обработки, чем при абразивном шлифовании. Сказанное определяется боль­ шим количеством связки и наполнителя алмазных кругов

°С

800

600

W

200

100

по сравнению с соответствующими абразивными кругами. Например, алмазоносный слой круга содержит связки и наполнителя 50—93,25% объема (при концентрации алмазов от 200 до 25%), а абразивные круги — 4—14% (для кругов нулевого и 12-го номеров связок). Связка, развивающая в зоне резания определенную работу тре­ ния, способствует теплообразованию. На тепловой баланс в процессе резания влияют теплофизические свойства связки (теплопроводность и др.).

При алмазном шлифовании деталей из сплавов Р18, ВК6М и ЦМ332 кругами на органических связках Б1 и БЗ

134

температура значительно ниже (на 100—200° С), чем при работе кругом на органической связке Б2 [136]. У связки Б2 наполнителем является металлический порошок и поэтому коэффициент трения этой связки с обрабатывае­ мым материалом выше, чем у связок Б1 и БЗ, содержащих минеральные наполнители. Это увеличивает работу тре­ ния и количество выделившейся теплоты. Кроме того, связка Б2 более прочна, поэтому процесс обновления режущей поверхности круга менее интенсивен, что также увеличивает работу трения и интенсифицирует теплообра­

с деталью незначительна и поэтому разница во взаимо­ действии с обрабатываемым материалом различных типов связок практически не проявляется. Разница температур

связке Б2 более высокая температура возникает потому, что металлический наполнитель этой связки способствует интенсивному засаливанию круга; при определенных условиях может быть схватывание не только алмаза, но и наполнителя с обрабатываемой деталью из стали.

Зависимость температуры от концентрации алмазов в круге и зернистости. На температуру шлифования влияет концентрация алмазов в круге и зернистость. Результаты опытов,. в которых температуру измеряли термопарой при шлифовании деталей из инструментальных материа­ лов (Р18, ВК6, ЦМ332) на заточном станке 2Б642 по жесткой схеме, приведены на рис. 79 [37]. При опреде­ ленных условиях обработки с увеличением концентрации алмазов в круге (50, 100, 150, 200%) температура шлифо­ вания снижается (рис. 79, а). Это снижение является наиболее значительным при изменении концентрации кругов от 50 до 100%.

При прочих равных условиях с увеличением концен­ трации возрастает число алмазных зерен, действующих в пределах контакта круга с деталью, в соответствии с чем возрастает и число мгновенных источников теплообразова­ ния, интенсивность которых, однако, снижается. В ре­ зультате большего числа работающих зерен улучшается

135

теплоотвод из зоны шлифования и снижается работа трения связки с деталью. В результате суммарного взаи­ модействия всех указанных факторов с увеличением кон­ центрации температура в зоне обработки снижается.

Применение алмазных кругов с большой концентра­ цией алмазного зерна (100—200%), а также назначение отделочных режимов шлифования позволяет даже при обработке деталей из стали Р18 обеспечить в зоне обра­ ботки вполне допустимые температуры до 700° С.

Зернистость круга иначе влияет на температуру (рис. 79, б). При шлифовании различных материалов (Р18, ВК6М, ЦМ332) алмазным кругом АЧК125-АСО-Б1 — 50% с увеличением зернистости от ее малых значений до 80/63 температура снижается и при дальнейшем увеличе­ нии зернистости — повышается.

При малой зернистости (до 80/63) высота выступающих алмазных зерен является минимальной, число тепловых импульсов максимальным, но их интенсивность невысо­ кой. В связи с этим большое значение (в процентах) получат силы трения связки о шлифуемую деталь, повы­ шающие ее температуру. С увеличением зернистости (свыше 80/63) число тепловых импульсов снижается, но резко возрастает их интенсивность в результате увеличе­ ния объема и степени деформирования обрабатываемого материала, а также ухудшения теплоотвода, вызываемого увеличением нагрузки на зерна и ростом их округлен­ ности.

Влияние зернистости на температуру наиболее значи­ тельно при больших поперечных подачах, когда вероят­ ность внедрения зерен в деталь на их полную высоту повышается и устанавливается контакт связки с деталью и их трение, приводящее к дополнительному теплообразо­ ванию.

При шлифовании деталей из стали Р18 с большими подачами температура шлифования является наибольшей, что объясняется повышением дополнительного источника теплоты в результате возникающих адгезионных или диффузионных процессов.

Особенности тепловых явлений при кубонитридобор­ ном шлифовании. Обработка кругами с зерном из куби­ ческого нитрида бора (эльбора, кубонита) определяется закономерностями, общими для процесса шлифования. Особенности рассматриваемого процесса определяются прежде всего свойствами зерна.

136

Отсутствие химического сродства зерна кубического нитрида бора к железу при прочих равных условиях создает температуры, в 1,5—2,0 раза меньшие, чем при шлифовании алмазными кругами.

При повышенном режиме обработки деталей из стали могут развиваться также высокие температуры (700— 800° С и выше), существенно влияющие на износ круга и качество поверхностного слоя детали.

Применение охлаждения (3%-ного содового раствора) позволяет снизить контактную температуру в 1,5—2,0 раза по сравнению с работой без охлаждения.

При плоском шлифовании на станке ЗВ642 эльборо-

На температуру в наибольшей степени влияет попереч­ ная подача и окружная скорость круга; степень этого влияния меньше, чем при алмазном шлифовании.

Искрообразование

Искры,. возникающие при шлифовании достаточно прочных металлов, представляют собой мельчайшие рас­ плавленные частицы металла, летящие по касательной

к окружности вращающегося круга в месте его контакта

сдеталью. Стружка или расплавленные частицы металла, отброшенные центробежной силой круга, пролетая с боль­ шой скоростью в воздухе, раскаляются еще сильнее.

При наличии в металле углерода, соприкосновение раскаленных частиц с воздухом сопровождается окисле­

ставить стеклянную пластинку, то она покроется мель­ чайшими металлическими частичками, часть которых прочно приварится к пластинке.

Исследование мельчайших частиц под микроскопом показывает, что часть их достигает пластинки в расплав­ ленном сбстоянии и застывает на ней в виде причудливых фигур. Сравнительно крупные стружки, не достигшие температуры плавления, сохраняют форму, полученную

137

ими при отделении от детали, или оплавляются частично. Длина лучей в пучке искр различна и зависит от массы горячей стружки, причем большие стружки отлетают дальше, а меньшие — ближе.

Цвет и форма искр (строение луча) определяют глав­ ным образом химическим составом шлифуемого материала,

с отдельными звездочками, причем чем больше в стали углерода, тем многочисленнее и короче лучи, больше звездочек и ярче их свечение.

Марганцовистая твердая сталь (10—14% Мп) обра­ зует лучи темно-красного цвета со звездочками в виде листочков, форма и цвет которых зависят от содержания углерода.

Быстрорежущая сталь с высоким содержанием воль­ фрама Р18 имеет небольшой пучок искр темно-красного цвета (штрихи) почти без звездочек. Быстрорежущие стали с малым содержанием вольфрама образуют искры красно­ вато-оранжевого цвета.

Хромистая сталь дает длинный пучок красноватых искр с характерно утолщающимися звездочками.

Кремнистая сталь образует особо яркое (белое) утол­ щение луча, объясняющееся выделением большого коли­ чества теплоты в результате горения кремния при высокой температуре, развиваемой окислением углерода.

Чугун в зависимости от химического состава (содержа­ ния углерода, марганца и др.) имеет различные искры, вид, форма и цвет которых определяются основными при­ месями.

Размер и начальная температура стружек — искр зависят главным образом от материала шлифуемой детали и от нагрузки на абразивное зерно.

Относительно большие по размерам стружки не пла­ вятся потому, что теплота оказывается недостаточной для плавления значительной массы металла. При большем содержании углерода плавятся также и большие стружки, которые дают яркие искры с большим количеством лучей.

Смазочно-охлаждающие средства

При шлифовании применяют различные смазочно­ охлаждающие технологические средства (СОТС) в твер­ дом, жидком и газообразном состояниях, имеющих разно­

139

образный состав и физико-химические свойства; они существенно влияют на производительность и качество

обработки деталей.

В качестве твердых СОТС применяют покрытия (твер­ дые смазки), наносимые на шлифовальный круг или де­ таль. Такие покрытия применяют в виде полимерных легкоплавящихся химически активных брикетов. На от­ дельных операциях шлифования применяют газообраз­ ные СОТС, главным образом аэрозоли — распыленные смазочно-охлаждающие жидкости.

Из числа различных СОТС наибольшее применение имеют смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ). Такие жидкости имеют охлаждающее, смазывающее, режущее

имоющее действие и к ним предъявляются следующие требования: 1) высокая технологичность, т. е. хорошие охлаждающие свойства, наличие смазывающего эффекта

иактивизация процесса снятия стружки, способствующие повышению производительности и улучшению качества продукции; 2) антикоррозийность, необходимая для пре­ дохранения шлифуемой детали и механизмов станка от коррозии; 3) стойкость (стабильность) в работе без раз­ ложения; 4) нетоксичность, бактерецидность и гигиенич­ ность, обеспечивающие отсутствие каких-либо вредных свойств и неприятного запаха; 5) пожаро- и взрывобезо­ пасность; 6) отстойность, т. е. способность к быстрому осаждению отходов шлифования на дно бачка во избежа­ ние попадания этих отходов (через насос) обратно в зону шлифования. Жидкость должна быть оптимально актив­ ной для данного обрабатываемого металла и режима шлифования.

Охлаждающее действие СОЖ является основным, за­ ключающемся в хорошем общем охлаждении детали в зоне обработки, снижающем ее температуру.

В результате перечисленных факторов, а также сни­ жения трения и удаления отходов шли(}ювания, улуч­ шается качество шлифованной поверхности, повышается стойкость круга и производительность шлифования. Наи­ большему воздействию СОЖ подвергается поверхностный слой шлифуемой детали, в котором образуется большое число высокотемпературных очагов, являющихся резуль­ татом массового царапания на высоких скоростях. Охлаж­ дающая жидкость создает более благоприятные условия работы абразивного зерна и уменьшает вероятность полу­ чения большого числа глубоких (нерегулярных) рисок

140