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

При шлифовании деталей из закаленной стали с воз­ растанием скорости детали объем металла, снимаемого за период стойкости круга, значительно уменьшается. При шлифовании деталей из незакаленной стали объем сни­ маемого металла при всех скоростях детали практически не изменяется. В связи с этим шлифование деталей из не-

закаленной стали является более производительным про­ цессом. В этом случае рекомендуется применять макси­ мально возможные скорости шлифуемой детали, допу­ скаемые качеством поверхностного слоя, конструкцией и состоянием станка, что позволит повысить производи­ тельность.

С увеличением поперечной подачи при шлифовании де­ талей из закаленной стали стойкость круга сначала воз­ растает, а з‘атем резко уменьшается (рис. 97). Для деталей из закаленной стали это уменьшение является большим, чем для деталей из незакаленной стали (рис. 98). Пере-

171

гибы на кривых указывают на оптимальную поперечную подачу для указанных выше условий шлифования. Для деталей из закаленной стали толщина слоя, снимаемого за период стойкости (zt), имеет максимум при t = 0,01 мм (рис. 97) и для деталей из незакаленной стали — при t = 0,02 мм (рис. 98). Указанные поперечные подачи, по­ зволяющие за период стойкости круга снять максималь­ ный слой металла, являются по производительности опти­ мальными.

Сувеличением продольной подачи при шлифовании деталей из незакаленной (рис. 99) и закаленной (рис. 100) сталей стойкость шлифовального круга уменьшается, число проходов за период стойкости при постоянной поперечной подаче имеет максимум при sn = 0,3 Н. Перегиб на кри­ вых указывает на две области износа круга — нормальную (левые ветви кривых) и повышенную (правые ветви кри­ вых). Максимум на кривых указывает на величину про­ дольной подачи, отвечающую явлению оптимального само­ затачивания. По мере уменьшения подачи в нормальной зоне (левые ветви кривых) эффективность самозатачивания уменьшается и, очевидно, может наступить момент, когда удельная нагрузка На режущее зерно будет настолько мала, что оно не в состоянии будет высвободиться из связки, а будет притупляться, оставаясь в массе круга.

Сувеличением продольной подачи стойкость круга сни­

жается. Степень такого снижения значительно возрастает при продольной подаче s < 0,3 Н. Увеличению диаметров круга и детали соответствует повышение стойкости круга. Высота круга влияет на стойкость незначительно. Шлифо­ вание должно производиться с высокими скоростями ре­ зания (выше 30 м/с).

Окружная скорость детали при шлифовании деталей из закаленной стали 50Г кругом Э40СМ1К при оптималь­ ных условиях обработки

172

При шлифовании деталей из отожженной стали 50Г кругом Э40С1К при нкр ^ 30 м/с, / = 0,01 мм, snp ^ ^ 0,3Н мм, %= 30 мин и наличия охлаждения

На выбор оптимальной скорости детали влияют все элементы и условия резания.

Для облегчения расчетов часто применяют номограммы. На' рис. 101 приведена номограмма, построенная по фор­ муле (118). Стрелками показана последовательность дей­ ствий при ее использовании.

Износ единичных алмазных зерен в процессе резания

Процесс рассматриваемого износа во многом зависит от условий обработки, прежде всего от материала шлифуе­ мой детали и режима обработки.

При шлифовании деталей из твердых сплавов (Т15К6 и др.) износ зерна из синтетического алмаза заключается, как правило, в микровыкрашивании мельчайших его ча­ стиц с удерживанием в связке почти до полного износа; лишь неудачно ориентированные или дефективные (на­ пример, игольчатые) зерна обламываются. Подобное вы­ крашивание алмазных зерен, способствующее образова­ нию новых режущих кромок, обеспечивает самозатачи­ вание круга.

При органических связках (Б1 и др.) и повышенных режимах обработки преобладающим часто оказывается выпадение групп алмазных зерен из связки, определяющее основной расход зерна. В этом случае иногда связка, це­ ментирующая зерна, даже выгорает, поскольку шлифова­ ние производится без охлаждения и зерна выступают над связкой на небольшую величину.

Природные алмазные зерна, обладающие большей изно­ состойкостью по сравнению с синтетическими, изнаши­ ваются главным образом в результате истирания и сколов с образованиемплощадок износа, повышающих динами­ ческие и термодинамические нагрузки на зерна. Такие повышенные нагрузки способствуют возникновению на зернах трещин, приводящих к разрушению зерен.

При шлифовании деталей из твердых сплавов зерна синтетического алмаза используются более эффективно,

175

чем природного алмаза, например по съему шлифуемого твердого сплава на один карат израсходованного алмаза. Сказанное объясняется более интенсивным микроразру­ шением и самозатачиванием зерен синтетического алмаза и их лучшим механическим удержанием в связке по сравне­

знойного воздействия в зо­ не микрорезания.

Вектор резания ѵр и вектор скалывания ѵск совпадают с плоскостью резания. Если на алмазных зернах АСО, АСР нарост удерживается прочно, то на зернах карбида кремния и кубического нитрида бора он удерживается слабо. На зернах монокорунда нарост практически не удерживается.

Образование нароста на алмазных зернах благоприят­ ствует стружкоотделению, но одновременно способствует разрушению алмазного круга и возникновению задиров на шлифуемой поверхности.

Особенности износа алмазных кругов

Износ алмазных кругов зависит от их характеристики

иусловий шлифования. На износ значительно влияет вид, связки. При обработке деталей из твердых сплавов Т15К6

ипрочих равных условиях больший износ имеют алмаз­ ные круги на органических связках и меньший — на ме­ таллических и керамических.

Эффективность алмазного шлифования по сравнению с абразивным зависит от обрабатываемого материала. На­ пример, режущая способность алмазных кругов, харак-

176

теризуемая удельным съемом материала, по сравнению с режущей способностью абразивных кругов уменьшается в 400 раз при переходе от шлифования твердого сплава ВК8 к шлифованию стали Р18.

Низкий износ алмазного круга при шлифовании дета­ лей из твердого сплава объясняется характером его хруп­ кого разрушения и отсутствием химического взаимодей­ ствия контактирующих материалов, что определяет не­ значительные силы и температуры в зоне обработки.

При алмазном шлифовании стали снимаемая стружка оказывает определенное разрушающее действие на связку круга. Всякое алмазное зерно, являющееся кристаллом неправильной формы, имеет переднюю и заднюю поверх­ ности и режущие кромки [182]. По передней поверх­ ности 1 (рис. 103) сходит стружка, а угол между главной задней поверхностью 2 и направлением резания ѵ бли­ зок к нулю. Если этот угол первоначально имеет поло­ жительное значение, то в результате износа алмаза он становится равен нулю. В процессе шлифования стружка, образующаяся у режущих кромок алмазного зерна, на­ правляется вдоль его передней поверхности и, ударяясь о связку, образует на ней глубокие стружечные канавки 5. Последующие алмазные зерна будут непрерывно углублять стружечные канавки, разрушая связку и обнажая зерна, что наряду с их микроизносом будет изменять и структуру круга. Образующийся на алмазных зернах нарост способствует засаливанию круга. Засаливание происходит частицами, оторвавшимися как от снимаемой стружки, так и от поверхности шлифуемой детали. Эти частицы прикрепляются главным образом к передней поверхности алмаза.

В момент каждого последующего контакта к поверх­ ности алмаза к уже находящимся на ней частицам при­ крепляются все новые и новые частицы. Вновь прикре­ пившиеся частицы могут вытеснять более ранние метал­ лические слои с передней поверхности алмаза в направ­ лении к связке круга, что приводит к образованию слои­ стого нароста, растущего преимущественно в направлении резания. При определенной максимальной величине на­ рост срывается.

Износ алмазных кругов определяется общими законо­ мерностями процесса шлифования. Например, с увеличе­ нием окружной скорости детали, поперечной и продольной подач, износ круга возрастает, что связано с увеличением

177

нагрузки на зерно. При увеличении размеров зерен износ алмазных кругов уменьшается в связи со снижением удельной силы резания и лучшим удерживанием в связке более крупных зерен.

Рис. 103. Схема возникновения нароста на алмазном зерне и канавок в связке круга в процессе шлифования:

Если связка круга хрупкая и слабо удерживает алмаз­ ное зерно, то высокая концентрация приводит к повышен­ ному удельному износу. Например, для кругов на бакели­ товой связке наиболее высокой износостойкостью (в за­ висимости от зернистости) обладают круги с 75—125%-ной концентрацией алмазов.

178

Г л а в а VI

ШЕРОХОВАТОСТЬ ПОВЕРХНОСТИ И КАЧЕСТВО ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ШЛИФОВАННЫХ ДЕТАЛЕЙ

Процесс формирования шероховатости поверхности и качества поверхностного слоя

Для надежной работы детали большое значение имеет шероховатость обработанной поверхности, характери­ зуемая величиной ее микронеровностей, и качество по­ верхностного слоя, характеризуемое его состоянием (струк­ турой, остаточными напряжениями и др.).

Шероховатость поверхности детали определяет глав­ ным образом его первоначальный износ, а качество по­ верхностного слоя — его рабочий износ. Формирование микрогеометрии поверхности и качества поверхностного слоя является сложным физическим процессом с актив­ ным химическим взаимодействием всех материалов, на­ ходящихся в зоне обработки. В этом случае многое яв­ ляется результатом копирования траекторий массового перемещения шлифующих зерен круга относительно обра­ батываемой детали (рис. 104).

В результате действия шлифующих зерен на поверх­ ностный слой детали наносится огромное число микро­ царапин, формирующих микропрофиль. Такое формиро­ вание является также результатом природы шлифующего зерна, удельной нагрузки круга на деталь, взаимодей­ ствия шлифующего и обрабатываемого материала, жест­ кости системы СПИД и др.

Установившаяся шероховатость шлифованной по­ верхности, зависящая от геометрических параметров и свойств зерна, степени пластического деформирования и вибраций системы СПИД, формируется после многих про­ ходов круга по определенному участку детали.

180