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

Г л а в а VII

ЛЕНТОЧНОЕ ШЛИФОВАНИЕ

Особенности ленточного шлифования

Исследования процесса ленточного шлифования ме­ таллов позволили рационально использовать имеющиеся ленточно-шлифовальные станки, а также создать новые более совершенные станки и шлифовальные ленты.

Тонкое шлифование лентами осуществляется при мень­ ших силах и температуре по сравнению с объемным шлифо­ ванием. Шлифовальная лента представляет собой тонкое, гибкое и упругое основание, на одной стороне которого закреплен равномерный слой зерна (абразивного, алмаз­ ного, из кубического нитрида бора и др.) с помощью клея (мездрового, синтетического и др.); лента состоит из тканевого основания 1, шлифующих зерен 2, аппрета 3 и клеевой связки 4 (рис. 127). Выпускаются также бес­ шовные шлифовальные ленты на гибком металлическом основании. На таком основании шлифующие зерна за­ крепляются путем осаждения никеля в электролитической ванне при непрерывном и равномерном движении ленты.

В процессе шлифования лента, являясь упругой си­ стемой, подвергается упругому и пластическому деформи­ рованию (удлинению и др.), которое при обработке фа­ сонных поверхностей является неравномерным.

В зоне обработки под действием силы Ру определенный участок ленты может подвергаться сжатию, увлекая шли­ фующие зерна, которые в определенных пределах могут отклоняться по вертикали и горизонтали. При выходе ленты из контакта с деталью зерна занимают исходное положение. Подобное деформирование способствует

212

увеличению числа эффективных режущих зерен и более равномерному распределению нагрузки между зернами в зоне контакта. Но пластическое деформирование бла­ гоприятствует износу ленты.

Процесс шлифования можно регулировать изменением натяжения ленты, режимов шлифования, применением

Рис. 127. Схема ленточного шлифования; R — радиус ролика; <р — угол контакта

различных материалов для контактных элементов, сма­ зочно-охлаждающих жидкостей и т. д. Натяжение ленты является важным фактором, влияющим на все показатели эффективности процесса шлифования.

Изменяя натяжение ленты и режимы шлифования, можно регулировать интенсивность износа и производи­ тельность обработки.

Процесс резания

При ленточном шлифовании действуют общие законо­ мерности процесса резания материалов. Схема резания шлифовальной ленты напоминает схему плоского шлифо­ вания периферией круга. В обоих случаях в зоне резания инструмент имеет вращательное движение, а шлифуемая деталь — поступательную подачу. Особенности ленточ­ ного шлифования (упругое и пластическое деформирование ленты и др.) вносят определенное изменение в процесс.

Если принять, что зерна ленты (вместе с роликом) совершают равномерное вращательное движение ѵл,

213

а деталь равномерно поступательно перемещается со ско­ ростью ѵд, то траектория относительного движения точки зерна может быть определена уравнениями (22):

* = /?a(slnt|>± gj£-T|>);

У = Rл (1 — cos ч>),

где # л — радиус ленты (Ил = Rp + ал); знак «+» при­ нимается при перемещении детали навстречу зерну; знак «—» при перемещении детали в направлении зерна.

Длина дуги контакта ленты с деталью

где D — диаметр шлифуемой поверхности, равный диа­ метру контактного ролика плюс удвоенная толщина ленты

(D — Dp + 2ал).

Крассматриваемому процессу применима и формула

(65)для толщины среза при плоском шлифовании, в кото­

рой надо принять -^-= 1, так как осевая подача отсут­ ствует и а = 0:

йл = 60сл ± 2уд V ТТ'

Фактическая толщина среза может отклоняться от подсчитанной по формуле (65) в связи с недостаточно не­ устойчивым положением режущей кромки шлифующего зерна на ленте.

Процесс снятия стружки зернами шлифовальной ленты следует рассматривать исходя из положения о том, что

на выступающие участки шлифуемой детали. Будут некоторые и неработающие зерна, попадающие во впа­ дины микропрофиля детали, что подтверждается анали­ зом стружек, полученных при ленточном шлифовании, имеющих весьма сложную форму.

При попадании зерен на выстуцающую часть микро­ профиля детали процесс снятия стружки зерном можно представить следующей схемой [98]. На участке (рис. 128) зерно врезается в металл. При этом упругое тканевое основание ленты и связка сжимаются, вертикаль-

214

ная сила Ру возрастает до максимальной величины, при которой устанавливается определенная максимальная глубина резания Гтах. На участке 12 просходит эффектив­ ное (основное) микрорезание при установившейся макси­ мальной глубине. Этот участок является наиболее про­ должительным, что подтверждается формами срезов.

от ^max Д° нуля. Таким образом, в рассматриваемом слу­ чае форма среза при ленточном шлифовании прибли­ жается к трапецеидальной и объем среза зерна

215

тали, нагрузки лепты на деталь, скорости ленты и др. Например, при повышении скорости ленты снижается сила Ру, а следовательно, уменьшаются и элементы среза.

Одинаковые закономерности процесса микрорезания можно наблюдать при анализе условий стружкообразования при ленточном шлифовании. Например, ми­ кроскопические исследования отходов, получаемых при ленточном шлифовании металлов, показали, что наряду с мелкими и крупными частицами зерен и клеевой связки, а также отдельных кусочков нитей (от основания ленты) имеются стружки, по виду сходные со стружками, полу­ чаемыми при обработке металлическими инструментами.

Различные условия стружкообразования при ленточ­ ном шлифовании (отсутствие у зерен правильной ориен­ тации, эластичность связки и др.) обеспечивают получе­ ние стружек разнообразных форм и размеров даже при обработке одного и того же материала.

При тяжелых условиях ленточного шлифования угле­ родистых закаленных сталей (сталь 45 и др.) без охлажде­ ния наблюдается большое искрение и наличие многих оплавленных стружек. При аналогичных условиях обра­ ботки легированных сталей, содержащих меньшее коли­ чество углерода (сталь 18Х2Н4ВА и др.), стружки опла­ вляются меньше. Во всех случаях наряду со стружками оплавления имеются стружки различной формы.

К. С. Митревич [98 ] установил три плавно сменяю­ щихся периода работы абразивной ленты на мездровом клее (ЭБ40СТ и др.) при шлифовании (рис. 129).

Первый период — приработки ленты, характеризуется выкрашиванием непрочно закрепленных и плохо ориен­ тированных зерен, ростом составляющих силы резания Ру, Рг, мощности шлифования, минутной производительности и толщины снимаемого слоя, а также значительным сниже-

Рис. 129. Зависимость показателей процесса шлифования от времени работы упрочненной ленты ЭБСТ46 при обработке закаленной стали 18Х2Н4ВА (три периода шлифования абразивной лентой); режим шлифования:

ной ход стола, мм; е — интенсивность износа ленты, грамм абразива в минуту; ж — износ ленты по толщине, мм; з — шероховатость поверхности Ra, мкм

217

яием интенсивности износа ленты, уменьшением ее износа по толщине и шероховатости обработанной поверхности. При этом значительного повышения температуры в зоне обработки не наблюдается.

Второй период — установившегося шлифования, ха­ рактеризуется относительно стабильным ходом процесса шлифования, сопровождающимся эффективным резанием и нормальным износом зерен, главным образом от исти­ рания. По мере увеличения продолжительности резания температура резания возрастает, лента удлиняется, ста­ новится тоньше и ее прочность постоянно снижается.

Третий период — разрушения шлифующего слоя, характеризуется интенсивным выкрашиванием оставшихся зерен (как затупившихся, так и не работавших), повыше­ нием интенсивности износа ленты (ее затуплением) и по­ явлением у нее полирующих свойств.

Для рассматриваемых условий шлифования продолжитёльность второго (основного) периода составляет около 70% общего времени стойкости ленты. При приме­ нении лент на прочных синтетических связующих веще­ ствах, а также после упрочнения лент, продолжительность второго периода возрастает и эффективность ленточного шлифования повышается. Обычно в конце второго периода работа лентой прекращается. За критерий затупления шли­ фовальных лент часто принимают шероховатость обрабо­ танной поверхности и минутный съем металла.

Производительность, стойкость и износ шлифовальных лент

Изучение зависимости производительности, стойкости и износа шлифовальных лент от условий обработки позво­ ляет определить закономерности процесса. Применительно к ленточному шлифованию производительность процесса характеризуют:

1) суммарная производительность ленты Qc — масса металла, снятого лентой в процессе шлифования за уста­ новленный период стойкости т;

2) минутная производительность — средняя масса металла, снятого лентой за 1 мин:

218

где со — общая площадь шлифовальной ленты в см2. Стойкость и износ лент характеризуют: а) стойкость ленты тм — машинное время шлифования; б) абсолютное удлинение ленты АL за установленный период стойкости; в) суммарный расход шлифовального слоя та — масса шлифовального слоя ленты, израсходованного за период стойкости; г) интенсивность износа ленты — масса шли­

фовального слоя ленты, израсходованного за 1 мин:

Рассматриваемые зависимости являются сложными. С увеличением удельной силы натяжения ленты до опре­ деленной ее величины суммарная производительность и стойкость ленты возрастают. Оптимальная величина удельной силы натяжения для абразивных лент на мездро­ вом клее при наличии стального контактного ролика и шлифования с охлаждением маслом будет равна 6,8— 7 кН/м ширины ленты, а при сухом шлифовании 2—3 кН/м. При этом суммарная производительность и стойкость

щественно возрастает температура шлифования, отрица­ тельно действующая на связывающее вещество и повы­ шающая его износ.

Наиболее эффективными поперечными подачами яв­ ляются t = 0 ,l2-h0,2 мм/дв. ход, ибо при меньших пода­ чах происходит отжатие ленты от детали, что резко сни­ жает эффективность микрорезания, а при больших пода­ чах существенно возрастают нагрузки на ленту, повышаю­ щие температуру в зоне обработки и снижающие стой­ кость.

Увеличение ширины ленты резко повышает суммарную производительность и, в определенной степени, другие показатели, кроме абсолютного удлинения ленты, которое

219

несколько снижается. В связи с этим увеличение ширины ленты является эффективным способом повышения произ­ водительности ленточного шлифования.

Эффективность ленточного шлифования повышают смазочно-охлаждающие жидкости (индустриальное масло и др.), понижающие трение в зоне шлифования, облегчая пластическое деформирование поверхностного слоя ме­ талла, охлаждая обрабатываемую деталь и очищая зону шлифования от стружки и других отходов. .Применение контактного ролика, покрытого слоем резины, увеличи­ вает площадь контакта ленты с деталью, уменьшает удель­ ную силу при обработке, увеличивает стойкость, но сни­ жает минутную и суммарную производительности за период стойкости.

Для шлифования деталей из сталей эффективными являются ленты ЭБ40 и ЭБ25, а для шлифования деталей из жаропрочных сплавов — ленты ЭБ40 с применением стального контактного ролика при масляном охлаждении.

Силы и температуры резания

При ленточном шлифовании развиваются меньшие силы и температуры по сравнению со шлифованием инструмен­ том на жестком основании (кругами). Соотношение сил, развивающихся при микрорезании отдельными шлифую­ щими зернами ленты, может быть определено по уравне­ нию (77), которое запишем в виде

Из выражения (125) следует, что с увеличением перед­ него (отрицательного) угла у коэффициент ленточного шлифования снижается, т. е. эффективность обработки уменьшается. Коэффициент р также уменьшается при увеличении прочности обрабатываемого материала.

При ленточном шлифовании величина коэффициентов трения тканевого основания и клеевой связки по стали находится в пределах 0,18—0,25, а абразивной поверх­ ности ленты по стали 0,45—0,75 (в зависимости от зерни­ стости абразива). Коэффициенты трения при сухом шли­ фовании на 15—20% выше коэффициентов трения при шлифовании с охлаждением минеральным маслом.

220