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

репный по нормали в соответствующей точке кривой

(рис. 9).

Если траекторию резания (царапания) зерном принять за окружность, то поверхностью резания будет цилиндри­ ческая поверхность, нормалью к каждой точке которой будет радиус, и в направлении этого радиуса следует измерять толщину среза ССХ.

В связи с тем что окружная скорость круга во много раз больше продольной подачи, CjC2 практически не

Рис. 9. Направление измерения толщины слоя, снимаемого одним зерном при шли­ фовании

отличается от ССj. Из сказанного нельзя, однако, сделать вывод о том, что нродольная подача не влияет на толщину среза, так как круг не имеет сплошной режущей кромки по образующей. Величина аг, характеризующая нагрузку на шлифующее зерно, влияет на процесс шлифования. От толщины слоя, снимаемого одним шлифующим зерном, зависят: затупление зерен (стойкость круга), сила резания, развиваемая одним зерном, шероховатость шлифованной поверхности, мгновенная температура в зоне работы зерна и др. Чем больше величина аг, тем глубже проникают шли­ фующие зерна в обрабатываемый материал, тем больше износ зерен и связки. Влияние толщины слоя, снимаемого одним зерном, на процесс шлифования исключительно велико, причем при изменении аг изменяется режим работы круга и условия шлифования.

Беспорядочное расположение шлифующих зерен на рабочей поверхности круга обеспечивает различную конфи­ гурацию и размеры срезов, снимаемых отдельными зер­ нами. Для данного круга форма и размеры срезов зависят

20

от режима резания, например от отношения окружных скоростей ѵА/ѵкр.

При шлифовании наиболее типичными являются три формы снимаемых слоев — стружек: ленточные, запятообразные и сегментообразные (рис. 10). Наиболее часто встречается ленточная стружка, толщина которой на участках 1, 2, 3, 4 постепенно возрастает (рис. 10, а). Реже встречается запятообразная стружка, которая при черновой обработке деталей из вязких сталей может до­

(рис. 11). В реальном процессе шлифования основная мас­ са снимаемых слоев будет иметь самую различную проме­

жуточную форму.

Рассмотрим случай, когда шлифующие зерна будут снимать слои первого типа (рис. 12, а). Снимаемые слои будут первого типа при условии, если соблюдается сле­

21

Величина 2^>АВ обычно больше /ф; окружная скорость круга всегда значительно больше окружной скорости детали и типовым соотношением скоростей является сле-

Рис. 11. Схема перехода формы снимаемого слоя от запятообразного к сегментообразному при постоянной окружной скорости круга и воз­ растающей скорости детали:

а — наименьшая скорость детали рДІ; б — од2 > о ; в — одд > ид2; г-» наибольшая скорость детали од4

дующее: ѵя я« (0,12-^0,16) Уд- в связи с этим неравен­ ство (10), как правило, будет соблюдаться, но это не озна­ чает, что наиболее часто встречающимся будут минималь­ ные по толщине снимаемые слои первого типа.

Рис. 12. Схема снятия зернами шлифовального круга слоев:

а — запятообразных; б — сегментообразных (s^ ф sZ2 Ф sZ3 ф • '• • ф szm)

В результате беспорядочного и разновысотного распо­ ложения шлифующих зерен на рабочей поверхности круга основная масса зерен не будет снимать слои в определенной

22

геометрической последовательности. Многие из зерен будут попадать на выступающие участки микропрофиля шлифуемой поверхности, что обеспечивает снятие слоев

Рис. 13. Схемы наружного круглого шлифования детали с различной величиной продольной подачи

«

второго типа — сегментообразных. В этом случае макси­ мальная толщина снимаемого слоя будет равна наиболь­ шей фактической глубине резания одним шлифующим зерном (рис. 12, б).

23

В процессе микрорезания снимаемый слой всегда пре­ терпевает усадку, поэтому форма реальной стружки суще­ ственно отличается от теоретической формы среза.

О процессе снятия стружек при шлифовании. При на­ ружном круглом шлифовании с продольной подачей основ­ ное микроцарапание поверхностного слоя детали произ­ водят зерна, расположенные на участке высоты круга,

круга. Округление увеличивает основную зону контакта круга с деталью, в рёзультате чего припуск распределяется на большее количество шлифующих зерен и производи­ тельность обработки повышается.

Шлифовальный круг не имеет сплошной режущей кромки по образующей, поэтому после одного оборота детали на ее поверхности останутся шероховатости, сни­ маемые при новых встречах круга с определенным участ­ ком детали. Эти шероховатости можно уменьшить по высоте увеличением количества встреч круга с определен­ ным участком детали, что достигается: 1) дополнитель­ ными проходами без поперечной подачи — выхажива­ нием; 2) уменьшением продольной подачи.

При дополнительных проходах без поперечной подачи шероховатость поверхности детали и интенсивность искр, исходящих из зоны шлифования, резко уменьшаются.

Наличие искр при выхаживании часто объясняют только отжатием детали. Но искрообразование при выха­ живании зависит также и от отсутствия у шлифовального круга сплошной режущей кромки по образующей. При уменьшении продольной подачи нагрузка на зерна и шеро­ ховатость поверхности также снижаются.

ство встреч круга с этим участком детали

( П )

Фактическая ширина шлифования равна произведению продольной подачи за один оборот на количество встреч круга с участком детали длиной s':

24

Из выражения (12) следует, что фактическая ширина шлифования равна цилиндрической части круга. При обычном шлифовании высота круга во много раз больше радиуса округления его «уголков», поэтому для расчетов можно принять В ^ Н. Из выражения (12) следует также, что при возрастании высоты круга Н можно получить

лагается в порах между шлифующими зернами и по выходе из зоны контакта с деталью выбрасывается наружу. При достаточно большом сечении стружки, но недоста­ точных размерах пор между шлифующими зернами стружка может быть настолько вдавлена в промежутки между зернами, что для ее отделения сила, развиваемая струей охлаждающей жидкости, может оказаться недо­ статочной. Отходы, образующиеся при шлифовании, кроме стружки, содержат также истертую в порошок связку и мельчайшие частицы шлифующего зерна.

Основные природные и синтетические шлифующие материалы

Природный алмаз (А) — модификация углерода кри­ сталлического строения, содержащая обычно небольшое количество примесей различных химических элементов. Природный алмаз добывается из коренных или россыпных месторождений. Месторождения алмазов весьма ограни-

25

чены, причем добываемые из недр земли или из россыпей природные алмазы являются разнородными по величине, форме (рис. 15), а также по цвету и качеству. Окраска

Рис. 15. Природные алмазы различной формы:

а — цельные; б — изометричные

алмазов зависит от содержащихся в них примесей. Кри­ сталлы алмазов имеют разнообразную геометрическую форму, лишь приближающуюся к геометрически правиль-

Рис. 16. Форма кристаллов природных алмазов:

ной. Наиболее часто встречаются следующие формы кри­ сталлов: плоскогранные — октаэдр, ромбододекаэдр, куб и их комбинация, а также кривогранные— октаэдроид, додекаэдроид, гексаэдроид и их комбинация (рис. 16).

26

Разнообразие кристаллов природных алмазов обуслов­ лено не только разными кристаллографическими фор­ мами, но и различным строением граней близких по форме кристаллов и разнообразной их деформацией.

Основной формой плоскогранных кристаллов можно считать октаэдр, у которого наиболее часто вместо острых ребер наблюдаются округлые поверхности, расширяю­ щиеся к вершинам кристалла. Многие из таких кристаллов

сложноскультивированные углубления в средней части граней.

У плоскогранно-кривогранных кристаллов вместо ре­ бер имеются заметно округлые поверхности, а грани у них нередко имеют ступенчатое строение, подчас до­ вольно сложной формы. Среди кристаллов алмаза встре­ чаются также и «двойники»— сросшиеся кристаллы раз­ личной формы. Кристаллы природного алмаза А250/200, сфотографированные в проходящем свете, приведены на рис. 17.

Алмаз обладает наивысшей твердостью, высоким моду­ лем упругости, хорошей теплопроводностью и др. Средние величины физико-механических свойств алмаза следую­

27

предел прочности при изгибе 294 МН/м2; коэффициент теплопроводности 146,6 Вт/(м-°С); коэффициент линей­ ного расширения 0,9 -ІО '6 1 /град.

Свойства алмаза, являющегося анизотропным кри­ сталлом, не одинаковы по различным граням (рис. 18). Например, микротвердость алмаза по граням октаэдра (111) является относительно наибольшей, по грани ромбо­ додекаэдра (ПО) меньшей и по грани куба (100) — еще

Ö)

Рис. 18. Направления твердости алмаза формы октаэдра (а) и ромбо­ додекаэдра (б). Длинными стрелками указаны направления большей твердости и короткими — меньшей твердости

меньшей, т. е. тв. (111) £>тв. (ПО) і>тв. (100). В соот­ ветствии с этим алмаз труднее обрабатывается (шли­ фуется) по грани октаэдра, легче — по грани ромбододе­ каэдра и еще легче — по грани куба.

Алмаз обладает низким коэффициентом трения по стали и другим металлам, причем по направлениям боль­ шей твердости коэффициент трения является меньшим, чем по направлениям меньшей твердости, а при повышении

28

является его отличная полируемость, позволяющая полу­ чать весьма острые режущие кромки у различных алмаз­ ных однокристальных режущих инструментов (резцов и др.). У этих алмазных инструментов можно получить радиус округления режущей кромки до долей микрона. Для изготовления алмазных порошков и паст обычно используют природный алмаз пониженного качества.

Природные абразивные материалы. Из природных аб­ разивных материалов применяют корунд, наждак и кре-

с примесью других минералов. Он является весьма твер­ дым и не очень хрупким материалом; в природе встречается много разновидностей корунда. Природный корунд кри­ сталлизуется в гексагональной сингонии в виде дипирамидальных длиннопризматических, ромбоэдрических и пинакоидальных кристаллов. Дипирамидальные формы образованы главным образом гранями пирамид с неболь­ шим развитием граней основного ромбоэдра.

Наждак (Н) — минерал на основе кристаллической окиси алюминия, содержащий не выше 60% А120 3 и имею­ щий посторонние примеси, снижающие его абразивные свойства по сравнению с корундом.

29