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

нем шлифовании и при плоском шлифовании периферией круга.

Опускаем все выводы и приводим их окончательные результаты,

При внутреннем шлифовании:

Уравнения для определения толщины слоя, снимае­ мого одним зерном при наружном, внутреннем и плоском шлифовании периферией круга, аналогичны и отличаются между собой только сомножителем, учитывающим влияние дуги контакта круга с деталью на толщину слоя. Отмечен­ ная закономерность свидетельствует об общности различ­ ных методов шлифования (наружного, внутреннего, пло­ ского периферией круга и др.), осуществляющих одинако­ вый процесс массового микрорезания поверхностного слоя детали.

71

В связи с этим, для определения аг можно применять следующую обобщенную формулу, справедливую для основ­ ных методов шлифования:

а г — б0скр ± 2од У ^ ф ' ] / ' ~d ~ с Г ~ в ’

где коэффициент а имеет следующие значения: 1 — для наружного круглого шлифования; — 1 — для внутреннего шлифования (в этом случае d £> D); 0 — для плоского шлифования периферией круга.

Из выражения (65) следует, что толщина слоя, снимае­ мая одним шлифующим зерном, а следовательно, и на­ грузка на каждое зерно зависят от всех параметров шли­ фования, а именно: окр, ѵД, £ф, /ф, s, В, D и d. Величина а2 во многом определяет нагрузку на шлифующее зерно и протекание процесса шлифования; поэтому уравнение (65) для определения величины аг можно считать основным уравнением шлифования.

Толщины слоев, снимаемых одним зерном круга при основных методах шлифования, находятся между собой в отношении

/ф и s соответствует увеличение аг, но увеличению пкрсоот­ ветствует снижение az.

Влияние диаметров круга и детали является сложным. Уменьшение диаметра круга при ц = const мало влияет на az, но при пкр — const вызывает резкое увеличение аѵ особенно при уменьшении диаметра от 200 мм и меньше.

Отмеченная закономерность объясняет тот факт, что при прочих равных условиях круги малого диаметра изна­ шиваются более интенсивно (работают как более мягкие)

круг изнашивается наиболее интенсивно при наружном шлифовании, меньше при плоском и еще меньше при вну­ треннем.

Сравним влияние ид, s и (ф на аг и процесс шлифования, при увеличении пд,зи ?ф в одинаковое число раз, например

72

в 2 раза. Увеличение у, в 2 раза вызывает возрастание аг несколько меньше, чем в 2 раза. Увеличение s в 2 раза вы­ зывает увеличение аг в 2 раза. Действительно,

Увеличение (фв 2 раза вызывает увеличение az в отно­ шении |/2 , т. е. в 1,41 раза.

Из проведенного сравнения следует, что продольная подача значительно влияет на толщину слоя, снимаемого одним абразивным зерном, причем степени влияния ѵди s на аг близки между собой. Экспериментальное исследова­ ние процесса шлифования показывает, что величины ид, s, t значительно влияют и на процесс шлифования — шеро­ ховатость шлифованной поверхности, стойкость круга, силу резания и температуру шлифования.

Для определения средней и наиболее вероятной тол­ щины слоя, снимаемого одним шлифующим зерном, по формуле (65), необходимо знать величины /ф и іф, являю­ щиеся переменными и зависящими от многих условий об­ работки (зернистости, разновысотности, степени затупле­ ния круга и др.).

В работающем шлифовальном круге имеются режущие, давящие и нережущие зерна, причем общее число зерен в круге

2 = 2Р + 2Д + га,

где гр — число режущих зерен; гд— число давящих зерен; 2Н— число нережущих зерен.

= 22% — 10% = 12%, 2Н= 90% — гд = 90% — 12% = = 78%.

Для определенных условий абразивного шлифования 78% абразивных зерен являются нережущими, 12% — давящими и только 10% — режущими.

Измерения круга ЭБ40СМ1К, работавшего 10. мин после правки, позволили установить, что наиболее часто

73

ного зерна в поперечнике.

Для указанных условий при резании работает не более 50% зерен, расположенных на рабочей поверхности круга, т, е.

24 = 2.1,75/о = 3,5/о.

Фактическая глубина резания зерном /ф при шлифова­ нии с удовлетворительной точностью определяется зави­ симостью

/ф = nt,

где t — номинальная глубина резания — поперечная по­ дача; п — число проходов, необходимое для установления стабильно повторяющегося микропрофиля шлифованной поверхности.

Величина п — І-г-12 зависит от формы срезов, зерни­ стости круга, степени разновысотности зерен, их износа и других условий обработки. С увеличением количества срезов второго типа (сегментообразных), величина п возрастает.

Установлены следующие величины п для абразивного шлифования [85]:

В зависимости от условий шлифования толщина среза зерном аг может существенно изменяться. Для примера определим величину а2ср при наружном, круглом шлифо­ вании цилиндрической детали, если дано: ѵд = 20 м/мин;

цкр =^30 м/с; t = 0,01 мм/дв. ход.; D = 300 мм; d = = 50 мм; slB = 0,4; круг зернистости 40. Для данных

74

В соответствии с обобщенной формулой (65), принимая

± 2 уд ^ 0, имеем:

В рассматриваемом случае снимаемые слои будут при­ ближаться к первому типу (запятообразному), и их снятие возможно только при наличии особо острых зерен. В связи с беспорядочным расположением абразивных зерен на ра­ бочей поверхности круга, многие из них будут попадать на выступающие участки микропрофиля шлифуемой поверх­ ности. В этих случаях работа зерна будет происходить при ѵА 60окр и снимаемые слои будут приближаться ко вто­ рому типу (сегменто-образному).

Для условий рассматриваемого примера, согласно формуле (65), получим

= ]/Ö J-0,4 ѵ:-щ- + -gjp 0,4 = 0,027 мм =*27 мкм,

Допустим, что в пределах дуги контакта будет действо­ вать только одно абразивное зерно круга:

В рассматриваемом (частном) случае по формуле (65) получим

«"ер ==Дф-|- — 0,1 -0,4 = 0,04 мм = 40 мкм.

Рассмотрим предельно возможный случай, когда шли­ фование производится без продольной подачи (по методу врезания). Для такого предельного случая, принимая

в формуле (65) также и ~ ■= 1,0, получим агср = /ф. Для

75

=0,1 мм = 100 мкм.

Это будет предельно возможная толщина слоя, снимае­

мая одним абразивным зерном для указанных выше усло­ вий наружного круглого шлифования.

Предельная толщина слоя может быть снята абразив­ ным зерном, если: 1) шлифование производится без про­ дольной подачи (по методу врезания); 2) зерно попало на

слоя, при наличии идеальных, запятообразных, стружек. В связи с массовостью процесса снятия стружек при шли­ фовании следует ожидать, что наиболее вероятными тол­ щинами будут средние слои между указанными предель­ ными.

Общность методов шлифования подтверждает рис. 43. Наружное круглое шлифование можно обратить в плоское шлифование периферией круга путем условного увеличе­ ния диаметра детали до бесконечности. Условный поворот детали на 90° и прекращение вращательного движения детали также приводят к принципиальной схеме плоского шлифования периферией круга. В этом случае значение «продольная подача» приобретает значение «скорость де­ тали».

Процесс микрорезания отдельным шлифующим зерном

Особенности процесса микрорезания. В процессе шли­ фования зерна круга производят массовое микрорезание, т. е. царапание поверхностного слоя материала, поэтому изучение работы отдельного шлифующего зерна сводится

76

прежде всего к изучению механизма процесса царапания материала.

Схема процесса царапания приведена на рис. 44 [82]. Округление царапающего элемента (радиус округления р) обеспечивает высокую механическую прочность царапаю­ щего элемента, большие фактические углы резания (цара­ пания) и наличие неравенства Ру >> Рг. В процессе цара­ пания происходит пластическая деформация металла

Рис. 44. Схема микрорезания (царапания) материала окру­ гленным режущим элементом (острием):

впереди царапающего элемента в зоне k lt k 2, по бокам от него (в зоне / ъ 12) и ниже линии среза (в зоне hu h2). Увеличение толщины снимаемого слоя й вызывает увели­ чение объема металла, захватываемого пластической де­ формацией по всем направлениям, например при а 2 > аі

имеем k 2 О k t, h2 *> hlt е2> ег.

Перемещение царапающего элемента, сопровождаю­ щееся снятием стружки, возможно при наличии скалыва­ ющих напряжений, больших истинного сопротивления материала срезу.

Система сил, развивающихся при микрорезании. Рас­ смотрим случай микрорезания при поступательном пере­ мещении царапающего элемента, имеющего округленную вершину радиуса р, на который действует внешняя сила Р (рис. 45). Разлагая силу Р на составляющие Рг и Рѵ, устанавливаем, что сила Рг срезает стружку, а сила Ру

77

прижимает царапающий элемент к обрабатываемой по­ верхности. На переднюю поверхность царапающего эле­ мента действуют элементарные нормальные силы (N ь N 2, ..,

. . N „) и элементарные реактивные силы трения (Ти

Т2, . . ., Тп). Определить элементарные реактивные силы

внастоящее время не представляется возможным, поэтому

следует их заменить соответствующими суммарными реак­ тивными силами.

При царапании толщина снимаемого слоя является весьма незначительной (несколько микрон) и царапающий

элемент всегда является округленным; поэтому сила реза­ ния (царапания) прикладывается на весьма небольшой контактной площадке. В связи с этим при царапании можно ограничиться единой силой трения царапающего элемента об обрабатываемый металл.

Из условия равновесия сил имеем

Рг = N sin (90° — у) — Т sin у = N (cos у — р sin у); (67) Ру = N cos (90° — у) + Т cos у =

деления силы N воспользоваться равенствами (69) нельзя. Силу N определим исходя из условия прочности материала на срез. Силы N и Т разлагаем в направлении плоскости скалывания m—m и плоскости, ей нормальной, на состав-

78

ляющие S i и Qlt Т' и Т" (рис. 46), где S срезающая сила, преодолевающая сопротивление металла скалыванию; Q— сила, сжимающая металл в направлении, нормальном

кплоскости скалывания. Силы

Допускается, что при деформировании поликристаллических тел в плоскости скалывания возникают силы трения, пропорциональные нормальному давлению, в соот­ ветствии с чем срезание слоя металла произойдет при усло­

где /' — площадь срезаемого слоя; тср — напряжение при срезе; р' — коэффициент внутреннего трения деформируе­

мого металла в направлении плоскости скалывания. •

f

Подставляя в формулу (72) вместо /' величину где f — поперечная площадь царапания, имеем

Подставляем в выражение (73) значения S и Q из фор- w мул (70) и (71):

- Й т г = N ([cos (V + Ѳ) — И sin (у + в)] — p'[sin (Y + Ѳ) +

+ pcos(Y + 0)]}

или

ё у г = N[(1 — НИ.') cos (y + Ѳ) — 0х + И-') sin (y + Ѳ)],

откуда

79

Подставляем значение N из выражения (74) в формулы

(67) и (68):

80