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

или алмазного инструмента. Очевидно решающим фак­ тором при формообразовании поверхности является электрохимическое взаимодействие поверхности детали (анода) и окружающей среды. Действие абразивных или алмазных зерен в основном способствует интенсификации этого процесса благодаря непрерывному удалению анод­ ной пленки с обрабатываемого металла.

В поверхностном слое деталей после алмазного элек­ трохимического шлифования остаточные напряжения сжатия меньше, чем при алмазном. Выхаживание умень­ шает величину остаточных напряжений в 1,5—2,0 раза при алмазном шлифовании и в 5—6 раз при электрохи­ мическом—алмазном с уменьшением зоны и глубины распространения напряжений.

Износ, стойкость и производительность шлифовальных кругов

При электрохимическом шлифовании абразивные и алмазные зерна изнашиваются преимущественно непре­ рывно с образованием площадок износа. Вероятность адге­ зионного и диффузионного износа при этом мала, так как температуры шлифования невелики, а зерна при работе вступают в контакт с окисной пленкой.

Наиболее вероятным представляется хрупкое разру­ шение зерен. Присутствие в электролите частиц абразива, возникших в результате правки или предыдущего износа инструмента, является, очевидно, основной причиной износа при электролитическом шлифовании. Об этом же свидетельствует вид зерен под микроскопом.

При обычном шлифовании износостойкость кругов воз­ растает с увеличением зернистости алмазов в круге. При электрохимическом алмазном шлифовании твердых сплавов удельный расход алмазного зерна во многом за­ висит от площади обработки: со = 0, 1ч- 0,2 мг/г при малых площадях; со = 0,02ч-0,1 мг/г при больших площадях.

Удельный расход алмаза при больших площадях в не­ сколько раз меньше таковых при обычном алмазном шли­ фовании.

Производительность электрохимической алмазной обработки твердого сплава в 1,7—2,5 раза выше обычной алмазной обработки. Интенсификация процесса обработки возможна за счет увеличения плотности тока и давления

241

242

Г л а в а I X

ОБРАБАТЫВАЕМОСТЬ МАТЕРИАЛА ШЛИФОВАНИЕМ

Определения и цикл обработки

Обрабатываемость материалов шлифованием — ком­ плексное технологическое свойство материала, характе­ ризующее его способность подвергаться обработке шли­ фовальным инструментом. Это свойство включает ряд показателей: производительность обработки (съем мате­ риала в минуту), удельный расход круга, стойкость инструмента, силы и температуры шлифования, шерохо­ ватость обработанной поверхности, качество поверхност­ ного слоя, размерная точность и др.

Для оценки обрабатываемости обычно применяют один или несколько показателей, имеющих наибольшее значе­ ние для данных условий обработки, например удельная производительность обработки и мощность резания при предварительном шлифовании и шероховатость поверх­ ности — при чистовом. Обрабатываемость материала во многом определяет эффективность шлифования.

Изучение обрабатываемости имеет большое значение для установления оптимальных условий обработки дета­ лей (режимов резания и др.). Обрабатываемость шлифо­ ванием зависит от многих параметров, основные из кото­ рых являются: правильный выбор шлифовального инстру­ мента (по форме, связке и др.) для данных условий обра­ ботки, химический состав и механические свойства обра­ батываемых материалов, применяемые смазочно-охла­ ждающие средства и др.

Создание нового и совершенствование имеющегося шлифовального инструмента направлено, как правило, на

244

улучшение обрабатываемости материалов (особенно новых, труднообрабатываемых).Большое значение имеет такое улучшение обрабатываемости материалов путем измене­ ния их химического состава, структуры и технологии изготовления. Например, увеличение содержания серы до 0,05% в быстрорежущей стали с повышенным содер­ жанием ванадия улучшает обрабатываемость без сниже­ ния других свойств.

Исследование обрабатываемости имеющихся материа­ лов сводится главным образом к определению условий

Рис. 137. Рабочий цикл шли­ фования:

эффективной их обработки — выбору оптимальной харак­ теристики шлифовального инструмента, режима резания, смазочно-охлаждающей жидкости и др. Результаты такого исследования оформляют в виде руководящих указаний, используемых для разработки и совершенствования тех­ нологических процессов обработки.

Эффективность обработки тесно связана с реализацией оптимального цикла шлифования, осуществляемого в три

При врезании интенсивность съема материала возра­ стает и создается исходный натяг технологической системы СПИД. На установившемся этапе имеет место примерно постоянная интенсивность съема материала, величина ко­ торого во многом определяется исходным натягом. При выхаживании шлифование производится с уменьшенной или нулевой поперечной подачей, обеспечивающей убы­ вающую интенсивность съема материала.

Реализация названных этапов производится различ­ ными путями в зависимости от степени автоматизации

245

операции шлифования. При недостаточной автоматизации шлифования подача на врезание производится вручную.

Интенсивность съема материала при шлифовании во многом зависит от жесткости упругой технологической системы СПИД. Недостаточная жесткость системы СПИД вызывает отжимы обрабатываемой детали от круга, что снижает производительность и точность обработки, а при известных условиях может вызвать даже вибрации в си­ стеме.

Различные электронные устройства для автоматичес­ кого подвода шлифовального круга к поверхности обра­ батываемой детали, врезания и выхаживания с перемен­ ными скоростями превращают универсальный кругло­ шлифовальный станок в полуавтомат.

Обрабатываемость сталей

Обрабатываемость сталей шлифованием зависит от их физико-химических свойств: химического состава, структуры, прочности и др.

Наличие в стали железа резко снижает его обрабаты­ ваемость алмазным инструментом, работающим на высо­ ких скоростях, вызывая быстрое затупление круга, вы­ сокий удельный расход алмаза и низкое качество обра­ ботанной поверхности. Легирующие карбиды и повышение прочности сталей, как правило, ухудшает обрабатывае­ мость. Твердые и термостойкие карбиды (W2C, WC, TiC, Мо2С и др.) обеспечивают более интенсивный износ шли­ фующих зерен, повышение удельного расхода, сил реза­ ния, мощности и снижение производительности. В зака­ ленных сталях легирующие элементы влияют на струк­

сталей шлифованием были направлены на установление их связей с механическими характеристиками. Дальней­ шими исследованиями было доказано, что обрабатывае­ мость шлифованием зависит от химического состава и струк­ туры стали. Н. И. Волский [31 1 показал, что при прочих равных условиях обрабатываемость стали шлифованием зависит от класса ее структуры: аустенитного, карбидного и перлитного.

Некоторые механические характеристики стали нахо­ дятся в зависимости от критериев оценки процесса шлифо-

246

вания. Например, при абразивном шлифовании аустенит­ ных сталей с ростом величины относительного удлинения и ударной вязкости стали мощность резания снижается. В-основе названной закономерности лежат высокие пласти­ ческие свойства аустенита как структурной составляющей.

При шлифовании сталей карбидного класса мощность резания возрастает, а удельная производительность сни­ жается в соответствии с увеличением показателей, харак­ теризующих упруго-пластические свойства сталей дан­ ного класса. Наиболее трудно обрабатываются стали со структурой аустенита, затем мартенсита, троостита, сор­ бита ң. перлита.

Отсутствие непосредственного влияния твердости ис­ ходного металла (стали) и его механических свойств на обрабатываемость шлифованием объясняется следующим: 1) абразивные зерна срезают стружку не с исходного ме­ талла, имеющего определенные свойства по всему сече­ нию, а с измененного (под действием контактных темпера­ тур) поверхностного слоя, нагретого до высокой темпера­ туры (500° С и выше); 2) сопротивление измененного слоя пластическому деформированию при высоких температу­ рах, а следовательно, и обрабатываемость шлифованием зависят от наличия в нем легирующих добавок, повыша­ ющих механические свойства стали в условиях высоких температур зоны шлифования.

Конструкционные углеродистые стали имеют хорошую обрабатываемость при применении обычных абразивных кругов. Сказанное объясняется значительно большей твер­ достью абразива по сравнению с твердостью обрабатывае­ мого металла и отсутствием диффузионных процессов между ними при шлифовании.

При обработке сталей [31] электрокорундовые круги на керамической связке обеспечивают значительно боль­ шую удельную производительность (меньший износ) по сравнению с кругами из карбида кремния на той же связке (рис. 138). Объяснение сказанного следует искать прежде всего в наличии химически активной поверхност­ ной связи зерен электрокорунда с керамической связкой, которой не имеется у зерен карбида кремния.

При обжиге электрокорундового круга на керамичес­ кой связке в местах контакта связки с зерном образуются высокопрочные пленки минералов типа шпинели Al2Ö4Mg и муллита 3Al20 3-2Si02. Кроме того, зерна электроко­ рунда имеют более благоприятную форму для удержания

247

их в связке по сравнению с зернами из карбида кремния. Для повышения прочности удержания зерен карбида крем­ ния в связке в связку вводят активные вещества (напри­ мер, В 20 3 и др.), обеспечивающие протекание определен­ ных химических реакций, создающих высокопрочные пленки на границе зерна и связки.

При шлифовании сталей и особенно труднообрабаты­ ваемых хорошие результаты показали круги со шлифую-

Рис. 138. Удельная производительность шлифовальных кругов различных характеристик

щим зерном из монокорунда. Зерно из монокорунда обе­ спечивает более высокую производительность обработки в связи с более высокой (на 18—20%) абразивной способ­ ностью и прочностью по сравнению с электрокорундом. Например, стойкость монокорундовых кругов на связке 516 повышается в 1,5—2,0 раза при шлифовании сталей Р18, Р9, 9ХС, 45, ШХ15, нержавеющих и жаропрочных. Круги из монокорунда рекомендуется применять при шли­ фовании тугоплавких металлов: ниобия, тантала, Колум­ бия, молибдена и др. Монокорундовые круги показали стойкость, большую на 100% по сравнению с кругами из Э9А (при шлифовании колец подшипников, замков турбинных лопаток из сплава ЖСК6 и др.). Качество по­ верхности деталей шлифованных монокорундовыми кру­ гами повышается по сравнению с электрокорундом.

Обрабатываемость шлифованием высокомарганцови­ стых сталей, являющихся маломагнитными и износостой-

248

ними, определяется в основном общими закономерностями шлифования стали. При обработке рассматриваемых ста­ лей стойкость кругов из белого электрокорунда и моно­ корунда значительно выше стойкости кругов из карбида кремния. При шлифовании на плоскошлифовальном станке ЗГ71М установлено следующее: 1) минутный съем металла возрастает с увеличением скорости продольного хода стола, поперечной подачи и глубины резания; 2) шероховатость поверхности возрастает с увеличением скорости продоль­ ного хода стола, поперечной подачи и глубины резания,

и глубина залегания которого зависят от всех составляю­ щих условий шлифования, но в большей степени от рода абразивного материала и твердости круга, глубины реза­ ния и величины поперечной подачи стола.

При шлифовании кругами из КЗ максимальная вели­ чина наклепа (степень наклепа) на 70% больше, чем при шлифовании кругами из белого электрокорунда и моно­ корунда, а глубина залегания наклепа при этом на 20— 22% меньше. Причина заключается в различной силе ре­ зания, развивающейся при работе этими кругами.

Обрабатываемость чугуна

Обрабатываемость чугуна шлифованием определяется главным образом его химическим составом и структурой. Наличие в металлической основе чугуна избыточной фазы в виде графита или свободного карбида создает раз­ личие в физико-механических свойствах чугуна и его обрабатываемости.

Одним из основных факторов, определяющих эффек­ тивность шлифования чугуна, является состояние высо­ коуглеродистой фазы этого материала, зависящей от ряда причин, например от формы графита.

Серый чугун с углеродом в виде графита успешно шли­ фуется кругами с зерном из карбида кремния или куби­ ческого нитрида бора (эльбора, кубонита и др.). Белый

249

ние свободной карбидной фазы в таком чугуне обеспечи­ вает снижение удельной производительности шлифования в 4—6 раз, снижение стойкости круга в 3—4 раза и уве­ личение силы резания в 2 раза по сравнению с обработкой чугуна, высокоуглеродистая фаза которого является гра­ фитом. В этом случае целесообразно применять алмазные круги на металлических связках, которые по сравнению с кругами из карбида кремния обеспечивают повышение стойкости круга в 10—12 раз, увеличение фактического съема металла в 1,5—2,0 раза и снижение среднеконтакт­ ной температуры шлифования в 1,5 раза [166]. Величина удельного расхода алмаза (для кругов на связке М5-4) не превышает 1,0 мг/г, и остаточные напряжения в поверх­ ностном слое снижаются в 3—4 раза.

Шероховатость поверхности при обработке алмазными кругами на металлических связках на один класс выше по сравнению со шлифованием карборундовым и корун­ довым инструментом (при условии одинаковой зерни­ стости сравниваемых кругов).

Алмазное шлифование особенно эффективно при обра­ ботке круглых чугунных деталей и в тех случаях когда необходимо достичь высокую размерную точность.

Обрабатываемость сталей и чугунов кубонитридоборными кругами

Шлифование кубонитридоборными кругами является наиболее эффективным при обработке деталей из твердых (труднообрабатываемых) сталей и чугунов, когда абразив­ ный или алмазный инструмент не обеспечивает требуемых показателей (производительность, стойкость круга и др.). Применение кругов с зерном из кубического нитрида бора для производительного шлифования в ряде случаев эко­ номически не оправдывается в связи с недостаточно вы­ сокой производительностью и высокой стоимостью по сравнению с обычными абразивными кругами.

При плоском шлифовании кругами из кубического ни­ трида бора (эльбора) на органической связке Б1 [20]

250