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

0,00439 карата *) алмазного порошка в 1 мм3 алмазонос­ ного слоя.

В этом случае масса алмаза в алмазносном слое круга

Из выражения (15) следует, что при 100%-ной концен­ трации алмаза в алмазоносном слое находится 25% объема алмазного порошка независимо от вида связки:

Наиболее широко применяется концентрация алмаза: 100, 50, 125%. Концентрация определяет производи­ тельность и стойкость (износ) алмазного инструмента.

Типы и габаритные размеры, различных алмазных инст­ рументов установлены ГОСТами 16167—70*—16180—70*. В этих ГОСТах приведено свыше 2000 различных типо­ размеров алмазных шлифовальных кругов: плоский пря­ мого профиля, плоский прямого профиля без корпуса, плоский с выточкой, чашечный конический, тарельчатый, профильный и др. Основные типы алмазных кругов даны

втабл. 4.

Взависимости от назначения алмазные круги изго­ товляют на различных связках — металлических, орга­ нических и керамических.

Круги на металлических связках получают тремя основными способами: прессованием, литьем и гальвано­ покрытием. Наиболее широко используют способ прессо-

40

вания в специальных пресс-формах; связку часто приме­ няют меднооловянную (круги Ml, МК, МИ и др.). На­

объему). Литьем с наложением ультразвуковых колебаний или центробежным литьем изготовляют алмазные круги со связками на основе алюминия (М5, МВ1 идр.). Гальва­ нический способ применяют главным образом для закреп­ ления зерна при изготовлении мелкого алмазно-абразив­ ного инструмента (головок, надфилей и др.), а также алмазных роликов для правки шлифовальных кругов. В этом случае широко используют никелевую, а также комбинированную никельхромовую гальваническую связку.

Для более прочного закрепления в металлической связке алмазные порошки часто подвергают предвари­ тельной металлизации. Хороший контакт алмаза с метал­ лической пленкой обусловлен механическим сцеплением, так как наносимый металл заполняет поры, имеющиеся на алмазном зерне. При спекании алмазного круга на металлической связке происходит более прочное схваты­ вание зерна со связкой. Кроме того, металлизированное алмазное зерно, находясь в металлической «рубашке», выдерживает значительные нагрузки и работает даже при наличии на зерне мелких трещин. Основными способами металлизации алмазного порошка являются: химический, карбонильный и вакуумного распыления.

Алмазные круги на металлических связках применяют для всех видов чернового, глубинного и получистового шлифования, особенно при необходимости снятия сравни­ тельно больших припусков. Например, такие круги используют для глубинного шлифования твердого сплава, когда глубина шлифования (поперечная подача) дости­ гает 2 мм/дв. ход при соответствующем (пропорциональ­ ном) уменьшении продольной подачи. В этом случае существенно снижаются потери времени на перебеги стола, и производительность возрастает в 2 раза. Рассматривае­ мые круги применяют также для шлифования стружколо­ мающих канавок на передних поверхностях резцов и вы­ полнения других подобных работ. При работе кругами на металлической связке необходимо обильное охлаждение.

Алмазные круги на органических связках (Б2, Б1, БЗ, Т02, Б 156 и др.) содержат связующее в основном на основе

41

фенолоформальдегидных смол. В этих кругах наполни­ телями являются абразивы (карбид бора, электрокорунд) и железный порошок. Такие круги эффективны для чисто­ вых и отделочных операций, при работе с глубиной реза­ ния не выше 0,02 мм/дв. ход; при большей величине подачи круги на органических связках имеют повышенный расход алмаза.

При горячем прессовании фенолоформальдегидная смола претерпевает процесс поликонденсации, превра­ щаясь в достаточно прочное вещество, хорошо удержи­ вающее алмазные зерна. Прессование наиболее часто производится при температуре 160—180° G и давлении 50—75 МН/м2. Введение наполнителя повышает жест­ кость связки, наиболее необходимую при кругах с малой

Некоторые наполнители влияют на процесс шлифова­ ния путем создания активной технологической среды. Они создают смазку, уменьшают трение при шлифовании, а также затупление и засаливание круга. G целью созда­ ния активной технологической среды используют ме­ таллы и сплавы с низкой температурой плавления, соли и эвтектические смеси наполнителей, температура плав­ ления которых ниже температур, возникающих в процессе шлифования. Такие наполнители повышают также удель­ ную теплопроводность связки и усиливают теплоотвод из зоны шлифования.

Рассмотрим для примера связку Б 156, представляющую собой многокомпонентную, металлополимерную систему,

44

в связку, ниже температуры прессования, поэтому металл, расплавляясь при прессовании, заполняет промежутки между алмазными зернами и при застывании прочно удер­ живает их в круге. В связи с тем, что функции связую­ щего частично выполняют металлы, количество смолы в рассматриваемых кругах меньше по сравнению с кру­ гами на других органических связках. При шлифовании нцзкоплавкий наполнитель создает определенный смазы­ вающий эффект и более интенсивный теплоотвод из зоны шлифования. Алмазные круги на связке Б 156 успешно работают при чистовом шлифовании твердых сплавов и быстрорежущих сталей без охлаждения, позволяют увеличить производительность обработки и снизить удель­ ный расход алмаза.

Алмазные круги на керамической связке (Kl, К5 и др.) предназначены для заточки твердосплавных резцов одно­ временно по пластинке твердого сплава и стальной дер­ жавке, шлифования деталей из твердых сплавов, а также кобальтовых, ванадиевых и ванадиевокобальтовых быстро­ режущих сталей. Такие круги при работе с обильным охлаждением обладают высокой режущей способностью, не склонны к засаливанию и обеспечивают шероховатость 8—10-го класса чистоты поверхности. Установлена воз­ можность применения эластичных резин, полуэбонитов и эбонитов в качестве связки для изготовления алмазно­ абразивного инструмента. Например, на'связках Р 1, Р9 и других изготовляются алмазные эластичные диски для обработки микрошлифов, алмазные шлифовальные и по­ лировальные ленты для обработки деталей из твердых сплавов, стали и других материалов.

Круги из кубического нитрида бора по форме и разме­ рам аналогичны алмазным и изготовляются на различных связках (органической, керамической, металлической), разной зернистости и концентрации (50, 100, 150 и 200%) следующих форм: ЛПП, ЛПВ, ЛПВД, Л1ПП, ЛТ, Л1Т, Л2Т и др. Такие круги на органических и керамических связках состоят из корпуса и режущего слоя; корпус может быть из мягкой стали (Ст.З), дуралюмина (Д16 и др.), а также из пластмассы. Режущий слой состоит из зерна (порошка) кубического нитрида бора, связки и на­ полнителя. Для более полного использования режущего слоя между ним и корпусом круга имеется пластмассовый слой. Малогабаритные круги прямого профиля диаметром до 10 мм изготовляют без корпуса.

45

Круги на органических связках содержат зерно, свя­ зующее вещество (фенолоформальдегидные смолы — пульвербакелит) и наполнители (абразивные или металлические порошки). Например, при связке Б2 применяют железный порошок. Круги по конструкции, характеристике и тех­ нологии производства, близкие к алмазным, применяют для финишных операций.

Круги на керамических связках по указанным при­ знакам близки к абразивным и, помимо связки, зернисто­ сти и концентрации, характеризуются,также твердостью и структурой. Круги на металлических связках изготовляют и с гальваническим закреплением зерна.

Оптимальная производительность кругов с зерном из эльбора

Q — vast = 200-г-600 мм3/мин.

Меньшая производительность соответствует мелкозер­ нистым кругам на органической связке.

Абразивные круги. ГОСТ 2424—67 установлены 22 ос­ новных профиля шлифовальных кругов диаметром 3— 1100 мм, толщиной 3,0—250 мм и с диаметром отверстий 1—305 мм. Наиболее широко применяют круги: плоские прямого профиля (ПП), плоские с выточкой (ПВ), чашеч­ ные конические (ЧК), тарельчатые (Т), дисковые (Д) и др. Основными параметрами абразивных шлифовальных кру­ гов являются: форма, размеры, абразивный материал, связка, зернистость, твердость и структура. В качестве абразивного материала наиболее широко используют элек­ трокорунд и карбид кремния.

Наибольшее применение имеют абразивные круги на керамической, бакелитовой и вулканитовой связках. Круги на керамической связке изготовляют обычно прессо­ ванием и реже литьем. Плавящиеся (стекловидные) кера­ мические связки применяют для кругов с зерном из элек­ трокорунда, а спекающиеся — для изготовления кругов с зерном из карбида кремния. Обжиг производят при температуре 1250—1300° С.

Круги на бакелитовой связке изготовляют, как правило,

на основе пульвербакелита. В формовочную массу вводят абразивное зерно, пульвербакелит и наполнитель (але­ бастр, асбест и др.). Бакелизацию заформованных кругов производят при температуре 170—200° С; часто бакелиза­ цию осуществляют путем горячего прессования.

46

Круги на вулканитовой связке изготовляют на основе натрийбутадиенового каучука, серы, ускорителя вулка­ низации и мягчителя. В полученную массу вводят абра­ зивное зерно, смешивают, формуют и подвергают вулкани­ зации — нагреву до 160—200° С. Все круги обрабаты­ вают, испытывают и маркируют.

В соответствии с ГОСТ 3647—71 зерна дробленых абра­ зивных материалов характеризуются следующими сред­ ними размерами (в мкм): от 200 до 16 — шлифовальное зерно, от 12 до 3 — шлифпорошки и от М40 до М3 — ми­ кропорошки.

Различная твердость (М, СМ, С, СТ, Т, ВТ, ЧТ) кругов достигается применением соответствующей связки, опре­ деленного соотношения зерна и связки и также требуемой технологии изготовления (давления прессования, режима термической обработки и др.). Для получения различной структуры необходимо обеспечить определенное количе­

Соотношение объема зерна и связи в кругах различной структуры изменяется по закону арифметической про­ грессии:

в кругах различных структур.

Всего установлено тринадцать номеров структур от 0 (с 62% зерна) до 12 (с 38% зерна) в зависимости от твер­ дости инструмента (рис. 26). Структуры № '0—4 являются закрытыми (плотными, № 5—8 — средними и № 9—12 — открытыми. При шлифовании деталей из сталей кругами с зерном из электрокорунда наибольшим съемом, наи­ большей удельной производительностью и наименьшим износом обладают круги структуры № 7.

Высокопористые шлифовальные круги имеют повышен­ ную пористость при величине пор до 2—Змм. Такие круги высокоэффективны при работе с большими съемами, так как в процессе шлифования поры между зернами исполь­ зуются для размещения отделяемой стружки.

Конструкции кругов разнообразны: составные, с пре­ рывистой рабочей поверхностью, с внутренней режущей

47

кромкой и др. Например, круги с прерывистой рабочей поверхностью (рис. 27) обеспечивают некоторое повышение производительности и стойкости круга (в результате сни-

жения сил и температур резания), но одновременно по­ вышают шероховатость обработанной поверхности по сравнению с кругами, имеющими сплошную рабочую поверхность.

Оценка эффективности процесса шлифования

Для оценки эффективности процесса шлифования и качества (работоспособности) шлифовальных инструмен­ тов используют различные показатели: 1) производи­ тельность процесса обработки, определяемая объемом снятого материала, QM мм3/мин; 2) износ инструмента (абразива), определяемый его расходом, Qa мм3/мин; 3) удельная производительность процесса обработки

г=І7 ; <16>

4)период стойкости инструмента т, мин; 5) шерохо­

разивных инструментов, зерно которых имеет большую стоимость по сравнению с обычным абразивным, удельная производительность обработки определяется количеством снятого (сошлифованного) материала, приходящегося на

48

единицу израсходованного зерна, и определяется в едини­ цах массы снятого материала или в единицах объема:

При определении норм расхода инструмента из алмаза или кубического нитрида бора пользуются удельным рас­ ходом зерна — количеством зерна, необходимого для сня­ тия единицы массы или объема материала, т. е. величиной,

Удельная производительность и удельный расход зерна являются важными показателями эффективности про­ цесса, хотя и не отражающими полностью условия обра­ ботки. В связи с этим часто используются такие критерии, как период стойкости инструмента, шероховатость обра­ батываемой поверхности, а также различные дополнитель­ ные критерии: силы и мощности резания, температура шлифования и др.

В отдельных случаях за критерий эффективности шли­ фовальных кругов принимают способность его режущей поверхности внедряться в обрабатываемый материал под действием нормальной силы Ру. При этом количественной характеристикой работоспособности такого абразивного инструмента принимают производную функцию скорости съема материала по нормальной силе:

1 _ <ЛЭм dPy

где Я, — коэффициент режущей способности инструмента. Иногда в качестве показателя эффективности обработки принимают энергетическую характеристику процесса, т. е. работу, затрачиваемую на снятие требуемого количества материала. Работа при шлифовании может оцениваться отношением работы А, затрачиваемой на снятие массы AM

материала

49

V

Работу при шлифовании можно определить расчетным путем, если известен коэффициент режущей способности круга или коэффициент шлифования.

Отдельные авторы положительно оценивают введение коэффициента шлифования PJPy в качестве основного показателя процесса шлифования, более полно характе­ ризующего процесс по сравнению с другими показателями, взятыми в отдельности (удельная производительность, съем материала, мощность и др.).

Имеется также предложение характеризовать процесс шлифования условной комплексной величиной

где Ne — мощность привода; /?а — шероховатость обра­ ботанной поверхности.

В основных показателях эффективности наружного круглого шлифования расчетная величина минутного съема материала

Однако при шлифовании фактический минутный съем (2ф всегда меньше его расчетной величины Qp, определяе­ мой заданным режимом обработки, т. е.

этому представляет практический интерес проанализи­ ровать ее зависимость от параметров процесса шлифова­ ния. В общем виде фактический минутный съем при шли­ фовании

<2ф = ецдis мм8/мин.

На эффективность шлифования влияют:

1) нормальная составляющая силы резания Ру, жест­ кость ] системы СПИД шлифовального станка и толщина

50