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

Для определенных условий ленточного шлифования (обрабатываемый материал — сталь 18Х2Н4ВА, лента ЭБ40СТ на мездровом клее и др.) установлены [96] сле­ дующие зависимости составляющих силы резания от пара­ метров режима обработки (рис. 130):

где t — поперечная подача в мм/дв. ход; snp — продоль­ ная подача в мм/мин; Вл — ширина ленты в мм; h0 — удельное натяжение ленты; ѵл — окружная скорость ленты в м/с.

Рис. 130. Силовая зависимость при ленточном шлифовании; абразив­ ная лента ЭБСТ46, обрабатываемый материал стали 18Х2Н4ВА:

силу Рг, в результате чего сила Ру значительно опережает увеличение силы Рг, что характеризует плохую обраба­ тываемость рассматриваемой стали. При ленточном шли­

221

фовании обычных конструкционных сталей сила Ру увеличивается пропорционально силе Рг.

Условия теплообразования и теплообмена при ленточ­ ном шлифовании отличаются от условий при шлифовании кругом, что объясняется повышенной теплопроводностью шлифовальной ленты и теплофизических свойств мате­

риала контактного ролика.

Напряженность теплового потока можно регулировать

Осциллограмма мгновенной контактной температуры при ленточном шлифовании состоит из двух ветвей — быстро возрастающей и быстро снижающейся, причем интервалы между температурными импульсами колеблются в пре­ делах 0,0015—0,006 с соответственно для твердых и мяг­ ких роликов. Значительно меньше мгновенной темпе­ ратуры [25] среднеконтактная температура (рис. 131). Среднеконтактная температура возрастает с увеличением глубины шлифования лентой и повышением механических свойств обрабатываемых материалов (их теплофизических свойств).

Охлаждение эмульсией повышает интенсивность тепло­ отвода из зоны резания лентой примерно на 8—10%. На

222

теплообразование и стойкость лепт влияет также продол­ жительность непрерывного шлифования. С повышением тепловой напряженности в зоне резания прочность связки снижается и режущие свойства ленты ухудшаются. В связи с этим в ленточных шлифовальных станках рекомендуется применять устройства для охлаждения и поддержания постоянной температуры смазочно-охлаждающей жидко­ сти в процессе шлифования.

Шероховатость и качество поверхностного слоя деталей после ленточного шлифования

В зависимости от продолжительности ленточного шли­ фования следует различать начальную, установившуюся и конечную шероховатость в соответствии с изменением режущей способности ленты за период шлифования. Шероховатость и качество поверхностного слоя зависят от всех элементов режима резания и условий шлифо­ вания.

При обработке сталей с определенной стойкостью ленты ЭБ40СТ и со стальным контактным роликом эле­ менты режима влияют на шероховатость поверхности сле­ дующим образом: 1) с увеличением поперечной подачи ленты, продольной подачи стола и удельной силы натяже­ ния ленты шероховатость поверхности повышается, при­ чем установившаяся шероховатость меньше начальной на 30—40%; 2) с возрастанием скорости ленты шерохова­ тость поверхности уменьшается.

Размеры шлифующих зерен на поверхности ленты являются одним из основных параметров, определяющих шероховатость обработанной поверхности. С уменьшением размера зерен шероховатость поверхности снижается. Например, при шлифовании сталей без охлаждения и применении лент ЭБСГ зернистостью 40, 25, 16 и 8 ше­ роховатость поверхности уменьшилась на два класса.

Хорошее сцепление зерен электрокорунда с клеевой связкой позволяет зернам даже после значительного за­ тупления удерживаться на режущей поверхности ленты, вследствие чего с увеличением времени шлифования шеро­ ховатость поверхности уменьшается.

Водостойкие ленты с нанесением абразива в электро­ статическом поле обеспечивают получение меньшей ше­ роховатости поверхности, чем ленты с насыпкой абразива.

223

На шероховатость шлифованной поверхности влияет материал контактного ролика. Например, при равных усло­ виях шлифования резиновый ролик обеспечивает шерохо­ ватость обработки поверхности на два-три разряда мень­ шую, чем при шлифовании со стальным роликом. Ска­ занное объясняется большей площадью контакта резино­ вого ролика по сравнению со стальным, обеспечивающим снижение нагрузки на отдельные зерна, минутного съема металла, точности обработки и шероховатости.

Применение при ленточном шлифовании минерального масла снижает шероховатость поверхности в среднем на один класс по сравнению с шероховатостью, получаемой при шлифовании без охлаждения-смазки. Процесс шлифо­ вания абразивными лентами с охлаждением минеральным маслом или эмульсией сопровождается возникновением в поверхностном слое сжимающих остаточных напряжений первого рода, причем чем напряженнее режим обработки, тем больше и величина напряжений.

При шлифовании абразивными лентами стали без охлаждения и при напряженных режимах наблюдается возникновение растягивающих остаточных напряжений порядка 100—200 МН/м2 на глубине не свыше 5—Юмкм, которые переходят затем в сжимающие.

Особенности алмазного ленточного шлифования

Применение алмазных шлифовальных лент позволяет обеспечить эффективную обработку фасонных деталей из материалов любой твердости. Эксплуатационные свойства алмазных лент во многом зависят от качества алмазного зерна, прочности и эластичности материала основы, аппрета (вещества, наносимого на ткань для придания ей требуе­ мых свойств), износостойкости связки и ее адгезии с осно­ вой, а также положения зерна по отношению к поверх­ ности ленты (произвольное или упорядоченное).

Основа для алмазной ленты должна быть прочной, гибкой и водостойкой при небольшом относительном удли­ нении. В качестве основы часто применяют водостойкую капроновую (лавсановую) ткань, с использованием синте­ тических смол (например, термореактивных фенолофурфуральных) в качестве связки. Требуемые свойства ткани (упругости и др.) достигаются путем многократной ее обработки — пропитки, аппретирования и др. Во всех случаях должна обеспечиваться прочность сцепления ап­ прета с тканевым основанием и связки с аппретом.

224

Для отделочной обработки стальных деталей приме­ няют мелкозернистые алмазные ленты с зерном от АСМ1 до АСМ20. Применение алмазов повышенной прочности обеспечивает большую стойкость ленты. Ленты изготов­ ляют как обычные, так и бесконечные (бесшовные) на

расположением зерен, которые занимают на рабочей поверхности ленты случайное положение. Наиболее бла­ гоприятные условия работы зерен и инструмента в целом создаются определенной ориентацией и упорядоченным расположением зерен на ленте. Ориентация зерен (ост­ риями наружу) производится в электростатическом или в магнитном поле [28] и обеспечивает наивыгоднейшие углы резания для каждого зерна (рис. 132). Магнитное

поле применяется для металлизированных зерен (алмаз­ ных, эльборовых и др.).

Ориентация зерен вдоль их большой оси относительно рабочей поверхности ленты позволяет наиболее эффек-

Рис. 133. Примеры схем расстановки алмазных верен в инстру­ менте на гибкой основе: а — синусоидальное; б — наклонное

тивно использовать основные (октаэдрические) и особенно удлиненные зерна с обеспечением их прочного закрепления в связке. Правильная расстановка зерен позволяет со-

226

Г л а в а VIII

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЕ ШЛИФОВАНИЕ

Особенности электрохимического шлифования

Способ обработки труднообрабатываемых металлов то­ копроводящими шлифовальными кругами с вводом по­ стоянного тока в зону обработки (анодно-механический) был предложен в 1943 г. В. А. Гусевым [39].

Основным преимуществом размерного электрохими­ ческого шлифования1 перед обычным является более вы­ сокая производительность процесса, повышение качества поверхностного слоя и точности обработки, а также умень­ шение расхода алмазных кругов при обработке наиболее труднообрабатываемых токопроводящих материалов. Производительность электрохимического шлифования твердого сплава в 1,5—3 раза выше алмазного; при этом износ алмазов уменьшается в 1,5—2 раза.

Электрохимическая обработка наиболее эффективна при одновременном шлифовании твердого сплава и стали, т. е. при заточке твердосплавных резцов (примерно 20% твердого сплава и 80% стали). При этом обеспечивается получение поверхности с шероховатостью 9—10-го класса и отсутствием дефектов поверхностных слоев и трещин.

Процесс электрохимического шлифования обеспечи­ вает снятие припуска главным образом в результате анод­

1 Электрохимическое (электролитическое) шлифование часто назы­ вают электроалмазным ■— при обработке инструментом с алмазным зерном и электроабразивным — при обработке инструментом с абра­ зивным зерном.

228

зионного воздействия на него. Механическое воздействие заключается в удалении (соскабливании) продуктов раст­ ворения зернами шлифовального круга, а также в опре­ деленном микрорезании поверхностного слоя. Зерна шли­ фовального круга, выступающие из электроприводной связки, создают определенный межэлектродный зазормежду связкой (катодом) и поверхностью обрабатываемой детали (анодом).

В процессе электрохимического шлифования постоян­ ный ток от круга к детали протекает через слой рабочей жидкости (электролита), занимающей пространство между зернами круга (абразивными или алмазными), являющи­ мися хорошими диэлектриками. При этом в зоне обработки происходит диссоциация атомов обрабатываемого ме­ талла, обеспечивающая анодное растворение его тончай­ шего слоя, с образованием на поверхности окисной анод­ ной пленки, обладающей высоким электрическим сопро­ тивлением. Зерна работающего шлифовального круга непрерывно удаляют (соскабливают) эту пленку.

Непрерывное образование и удаление анодной пленки зернами круга (механическая депассивация) обеспечивает требуемую высокую интенсивность съема металла. Анод­ ная пленка имеет малую толщину (1,5—3,5 мкм) и обла­ дает весьма низкой прочностью. Суммарную толщину анод­ ной пленки на образцах из твердых сплавов Т15К6, ВК6М и сталей У 12, Р18 определяли с помощью инстру­

где А — толщина пленки, измеренная в плоскости среза; а — угол между плоскостью среза и обработанной поверх­ ностью (а = 2°).

Для твердых сплавов Т 15Кб и ВК6М, б = 2,4ч-3,1мкм; для сталей У12 и Р18 б = 1,7-т- 2,3 мкм.

Измерение микротв.ердости исходных образцов по анодной пленке показало, что алмазный индентор при­

229

Исходя из законов Ома и Кулона, Н. Н. Щегольков получил следующую формулу производительности про­ цесса электрохимического растворения:

(129)

где Са — электромеханический эквивалент обрабаты­ ваемого материала; и — напряжение между кругом и де­ талью; Эд — поверхность обрабатываемой детали; h — межэлектродный зазор между связкой круга и деталью; рэ — удельное сопротивление электролита.

При прочих равных условиях производительность про­ цесса возрастает при увеличении напряжения и и зоны обработки эд и уменьшается при увеличении зазора h и удельного сопротивления электролита рэ. Электромеха­ ническое растворение металла возрастет также с увели­ чением плотности тока, что возможно в результате повыше­ ния напряжения на электродах или уменьшения межэлек­ тродного зазора.

В процессе электрохимической обработки все назван­ ные параметры не являются постоянными. Эффективность обработки зависит от оптимальной величины межэлек­ тродного зазора h (рис. 134, а). Величина h определяется главным образом размером зерен круга, величиной и» износа и разновысотностью, биением круга и др. Во всех случаях межэлектродный зазор должен надежно обеспе­ чивать удаление продуктов анодного растворения с обра­ батываемой поверхности. Уменьшение зазора может про­

При большом износе зерен или при наличии стружки в межзеренных промежутках связка может частично контактировать с обрабатываемым материалом (рис. 134, е). В этом случае ток пойдет через Точки контактирования связки с деталью; поэтому процесс электрохимического растворения может резко снизиться и даже практически прекратиться.

Уменьшение зазора и увеличение точек контакта круга с деталью уменьшает напряжение между электродами, что приводит к уменьшению плотности тока, проходящего через зону шлифования, и является причиной снижения интенсивности процесса электролиза. Высокая окружная

230