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

при средних режимах шлифования (рис. 90). Считаем, что абразивное зерно выступает из связки на величину ,

где /0 — размер зерна в поперечнике. Стадии износа 1—4 протекают последовательно во время работы зерна (рис. 90, а). Между зерном и поверхностью детали проис-

Рис. 90. Схема износа при шлифовании:

ходит трение и постепенное округление зерна, вызывавщее повышение силы резания, действующей на зерно. Под действием возросшей силы резания зерно расщепляется с откалыванием частей зерна и с образованием несколь­ ких (двух-трех) режущих кромок. В этом случае режущее свойство зерна повышается и сила резания несколько снижается. Если зерно плохо удерживается связкой, то

4

с откалыванием новых частей зерна и образованием боль­ шого числа режущих кромок.

Расщепление зерна протекает до тех пор, пока зерно

В этом случае элементарная сила резания, действующая на абразивное зерно, окажется недостаточной для дальней­ шего расщепления зерна, которое окончательно сглажи­ вается и теряет свои режущие свойства. В этом случае резание-царапание прекращается, и между кругом и де­ талью происходит трение скольжения с большим выделе­ нием теплоты, что соответствует полному затуплению круга. При повышенном режиме шлифования (предвари­ тельное шлифование), когда нагрузка на абразивное зерно значительна, наблюдается откалывание от зерна более крупных его элементов (рис. 90, б). В этом случае отстаток полностью затупившегося зерна выступает из связки на меньшую величину по сравнению с шлифованием на нор­ мальном (среднем) режиме резания. При снижении ре­ жима шлифования (чистовое шлифование), когда нагрузка на абразивное зерно резко снижается, от зерна откалы­ ваются более мелкие элементы (рис. 90, в). При прочих равных условиях более легкие режимы способствуют за­ туплению круга, а более тяжелые — его самозатачива­ нию. При данной нагрузке на абразивное зерно повыше­ ние окружной скорости круга всегда приводит к возраста­ нию интенсивности износа зерна и степени его сглажива­ ния при полном затуплении (рис. 90, г).

Износ карборундового зерна круга зернистости 40 изу­ чался нами при средних режимах шлифования (рис. 90, д). В этом случае также зерно расщепляется с откалыванием его частей, но с образованием большего числа более острых режущих элементов по сравнению с электрокорундовым кругом.

Рассмотренная картина разрушения абразивного зерна при шлифовании подтвержена последующими исследова­ ниями (рис. 91). Схема (рис. 91, а) иллюстрирует последо­ вательное разрушение зерна в процессе шлифования [186].

Под действием элементарных сил Ру и Рг каждая из ча­ стей зерна (1, 2 и др.) непрерывно расщепляется с обра­ зованием большего числа элементарных режущих кромок и уменьшения по высоте (рис. 91, б и в). На изношенном зерне появляется площадка, имеющая определенную шеро­ ховатость.

162

Стойкость шлифовального круга в основном зависит от величины минутного съема материала, приходящегося на единицу площади активной поверхности круга, и между этими величинами существует следующая зависимость:

где т — стойкость круга в мин; т — показатель относи­ тельной стойкости; Qm — удельный минутный съем ме-

Рис. 91. Схемы разрушения абразивного зерна:

а — последовательное разрушение зерна в процессе шлифования; б — расщепление зерна под действием элементарных сил; в — изношенное зерно

талла, приходящийся на единицу активной площади шлифовального круга, в мм3/(мин-мм2).

Зависимость типа т = f (Qyß) для внутреннего шлифо­ вания при различных режимах и условиях работы, а также при черновом круглом наружном шлифовании на проход показана на рис. 92. При опытах изменяли диаметр круга, скорость детали, продольную и поперечную подачи, ши­ рину круга. Тем не менее, экспериментальные точки, по­ лученные при различных условиях и режимах шлифова­ ния, достаточно кучно располагаются на прямой линии в системе координат lg т — lg <2уд.

При одинаковом состоянии рабочей поверхности круга величина минутного съема материала изменяется прямо пропорционально изменению натяга, т. е. линейно за­ висит от величины нормальной силы в зоне контакта. По­ вышение нормальной силы вызывает увеличение нагрузки на абразивные зерна и вызывает снижение стойкости круга. При неизменной нормальной силе изменение скорости дви­ жения детали или подачи вдоль ширины круга (продбльная подача при круглом шлифовании и поперечная подача при плоском шлифовании) приводит к уменьшению подачи на

163

глубину шлифования, а величина минутного съема мате­ риала остается неизменной.

Изучение затупления шлифовального круга при шлифо­ вании с определенной постоянной нормальной силой по­ казало, что для конкретных условий шлифования суще­

наиболее часто встречается при шлифовании кругами ма­ лой твердости и при высоких удельных нагрузках.

Изучение рабочей поверхности круга путем снятия про­ филограмм с одного и того же участка его поверхности и наложения их друг на друга подтвердили вывод о том, что для мягких кругов наиболее характерно скалывание вы-, ступающих вершин зерен, выламывание зерен недоста­ точно прочно удерживаемых связкой или невыгодно ориен­ тированных по отношению к силам, действующим в зоне

164

контакта (рис. 93). Для кругов твердостью СТ2 в основном наблюдается притупление вершин абразивных зерен, по­ лучивших трещины при правке.

Вырывание абразивных зерен происходит при высоких удельных нагрузках, предельные величины которых зави-

а)

в)

г)

Рис. 93. Профилограммы рабочей поверхности круга

Э40МЗК:

а — после правки; после шлифования; б — после пяти ходов стола; в — после 15 ходов; г — после 25 ходов; д — после 45 ходов; е — наложение профилограмм а, б, в, г и д

сят от твердости и окружной скорости круга. Например, для круга твердостью СМ1 критическая нагрузка равна 980 кН/м2, а для круга твердостью СТ1 — 2942 кН/м2, т. е. примерно в 3 раза больше.

Износ абразивных кругов, скорость съема материала и эффективная мощность зависят от твердости кругов. По мере уменьшения твердости круга происходит увеличение износа, снижение скорости съема и эффективности мощ­ ности. Например, при предварительном шлифовации ко­ лец подшипников из стали ШХ15 износ мягки г кругов

165

твердостью М3 в 7 раз выше, чем износ среднемягких кру­ гов твердостью СМ2.

Отмеченная закономерность объясняется более интен­ сивным самозатачиванием мягких кругов.

Для кругов разной твердости на вулканитовой связке при шлифовании деталей из закаленной стали ШХ15 установлено следующее (рис. 94): 1) повышение твердости круга на одну степень по шкале твердости снижает объем­

ный износ круга в минуту на 28%, уменьшает скорость съема металла в минуту на 15%, но увеличивает удельную производительность на 18%; 2) износ круга и удельная производительность в основном зависят от подачи на глу­ бину и незначительно изменяются при изменении продоль­ ной подачи. При интенсивном съеме металла разница в из­

Влияние твердости круга на стойкость и износ в опре­ деленной мере сохраняются и при скоростном шлифовании деталей из стали ЗОХГСА кругами на керамической связке. Например, по стойкости, удельной производительности и другим показателям наиболее эффективными оказались круги твердостью СМ2 и О по сравнению с кругами твердостью СМ1 (табл. 7),

166

При шлифовании деталей из вязких материалов, ти­ тановых, никелевых, алюминиевых и других сплавов ос­ новным видом износа является заполнение пор и про­ странства между зернами стружкой и продуктами износа.

Обработка деталей из жаропрочных сталей и сплавов, магнитных и других специальных материалов абразив­ ными кругами осуществляется с определенными трудно­ стями. Например, при обработке деталей из некоторых сплавов стойкость кругов в 15—20 раз ниже, чем при шли­ фовании деталей из конструкционных сталей.

При шлифовании деталей из труднообрабатываемых сталей абразивными кругами наблюдаются три этапа из­ носа круга [13]. На первом этапе отмечается повышен­ ный износ инструмента; на втором этапе происходит одно­ временный износ абразивных зерен и постепенное запол­ нение пространства между зернами (рис. 95). Простран­ ство между зернами почти полностью заполнено внедрив­ шейся в поверхность круга стружкой (светлый фон). По­ верхность блоков стружек находится над вершинами ре­ жущих граней абразивных зерен. В течение второго этапа все меньшее количество зерен имеет возможность снимать стружку. На третьем этапе, в связи с износом абразивных зерен, шлифовальный круг теряет режущую способность и возникает необходимость в правке круга.

При шлифовании деталей из титановых сплавов проис­ ходит их химическое взаимодействие с абразивными зер­ нами. Титан при высоких температурах сравнительно

167

легко образует химические соединения с углеродом, крем­ нием и алюминием, которые входят в состав абразивных зерен. Вследствие этого при шлифовании деталей из тита­ новых сплавов на вершины абразивных зерен быстро на­

липает металл, в то время как поры круга остаются сво­ бодными.

Если уделйный объемный износ кругов при шлифова­ нии деталей из конструкционных сталей находится в пре­ делах 1 : 25 — 1 : 30, то при шлифовании деталей из титановых сплавов он в 30—50 раз больше. Для уменьше­ ния химической активности титана с абразивными зер­ нами применяют смазочно-охлаждающие жидкости, кокоторые способствуют повышению теплоотвода, образова­ нию защитных пленок, снижению сил при шлифовании.

168

Образование адсорбционных пленок на зернах происходит более эффективно, если охлаждающая жидкость подается сквозь поры шлифовального круга.

При шлифовании деталей из жаропрочных сплавов абразивные зерна истираются интерметаллидными кар­ бидными включениями, а на площадки износа абразивных зерен налипает металл, что повышает силы трения в зоне контакта круга с деталью [138].

Повышение температуры в зоне контакта способствует схватыванию. Для снижения износа и повышения стой­ кости кругов при шлифовании деталей из жаропрочных сплавов целесообразно применять круги из монокорунда или электрокорунда на хрупкой стекловидной керамиче­ ской связке зернистостью 25-16, твердостью СМ1—М3.

Сульфидированные масла уменьшают износ круга в 8 раз по сравнению с шлифованием всухую. При при­ менении смазочно-охлаждающих жидкостей оптимального состава на поверхности абразивных зерен образуются за­ щитные пленки, которые уменьшают адгезионный и диф­ фузионный износы абразивных зерен и повышают стой­ кость круга до 6 раз. Стрйкость круга может быть также повышена увеличением окружной скорости круга. Так, изменение скорости круга от 20 до 50 м/с увеличило стой­ кость круга примерно в 1,5 раза.

Зависимость стойкости шлифовального круга от режима и условий шлифования

Результаты изучения зависимости стойкости круга от условий шлифования деталей из закаленной (HRC 52—59) и отожженной (НВ 210) стали 50Г [84] приведены ниже. При шлифовании деталей из закаленной стали 50Г при­ меняли круги Э40СМ1К и Э25СМ2К, а при шлифовании

с одной стороны круга и с охлаждением 2%-ным раствором кальцинированной соды. Признаком затупления при шли­ фовании принималось появление прижога для деталей из закаленной стали и дробление обработанной поверхности для "деталей из незакаленной стали. При исследованиях

169

= 34н-130 мм. Стойкость кругов была исследована при четырех составах охлаждающих жидкостей.

В результате исследований подтверждено, что стойкость шлифовального круга в большей или меньшей степени за­ висит от всех элементов и условий шлифования. Важной закономерностью является возрастание стойкости круга при увеличении его окружной скорости. Например, для определенных условий шлифования (закаленная сталь 50-Г,

ѵя = 30 м/мин, t — 0,005 MM,’ s np = 0,3 Н и др.) при воз­ растании скорости круга от 10 до 35 м/с его стойкость по­ высилась с 3 до 25 мин. Тот факт, что окружная скорость круга значительно влияет на его стойкость (особенно при укр ^ 30 м/с) свидетельствует о существенном влиянии теплоты, развивающейся в процессе работы абразивных зерен, на процесс снятия стружки и на образование гра­ ничного поверхностного слоя. В связи с этим очевидно, что скоростные круги с более прочной связкой, позволяю­ щие применять более высокие окружные скорости, яв­ ляются средством повышения производительности.

С увеличением окружной скорости детали стойкость круга снижается и, как правило, уменьшается объем ме­ талла, характеризуемый величиной zt, где г — число двой­ ных проходов за период стойкости и t — поперечная по­ дача (рис. 96). Снижение стойкости круга с увеличением скорости детали объясняется, прежде всего возрастанием ‘толщины слоя, снимаемым одним абразивным зерном. Скорость детали при шлифовании вследствие высокой теплостойкости абразивных зерен не имеет того преобла­ дающего самостоятельного значения, которое она имеет при резании металлическими инструментами. Большое влияние скорости детали на стойкость круга при шлифо­ вании деталей из закаленной стали по сравнению с шлифо­ ванием деталей из незакаленной стали объясняется боль­ шей прочностью закаленной стали.

Зависимость съема металла при шлифовании закален­ ной стали (кривая 4 на рис. 96) является сложной. Объясне-' ние следует искать в том, что при малой поперечной по­ даче (/ = 0,005 мм) нагрузка на абразивные зерна мала, развивается значительное скольжение зерен о шлифуемую поверхность, что снижает съем металла (производитель­ ность). При возрастании скорости детали в интервале 30—80 м/мин нагрузка на зерна возрастает, скольжение зерен снижается, появляются элементы самозатачивания и увеличение съема металла.

170