книги из ГПНТБ / Терган, В. С. Плоское шлифование учеб. пособие

162

мы, номенклатуры, трудоемкости изготовляемых изделий и приме­ няемого оборудования различают три типа производства (табл. 3).

Индивидуальным производством называют такое производство,

при котором изделия выпускаются единицами или в небольших ко­ личествах.

Серийным производством называют такое производство, в кото­ ром изделия изготовляются партиями или сериями. В зависимости от величины и частоты повторяемости серий или партий и трудоем­ кости изготовляемых деталей различают мелкосерийное, серийное и крупносерийное производство.

Массовым называют такое производство, когда на предприятии непрерывно изготовляют в больших количествах одни и те же, по­ стоянно повторяющиеся изделия.

§ 2. ПРОЦЕСС РЕЗАНИЯ ПРИ ШЛИФОВАНИИ

Основные характеристики процесса. Шлифование представля­ ет собой процесс сверхскоростного резания, осуществляемого мас­ сой абразивных зерен, расположенных по периферии или торцевой поверхности шлифовального круга.

Процесс резания при шлифовании можно рассматривать как суммарное царапание обрабатываемой поверхности абразивными зернами.

Процесс резания при шлифовании отличается следующими осо­ бенностями: 1. Шлифовальный круг имеет не сплошную, а преры­ вистую режущую кромку, так как абразивные зерна находятся друг от друга на некотором расстоянии.

2.Процесс шлифования заключается в очень тонком срезании от­ дельными зернами-—резцами материала детали.

3.Зерна круга в отличие от резцов имеют неправильную округ­

На рис. НО, б процесс резания еще не начинается, деформиро­ ванный металл приближается к передней поверхности режущего

зерна.

На рис. 110, в показан момент, когда в результате деформации металла и движения режущей кромки абразивного зерна его пе­ редняя поверхность сталкивается с образовавшимся выступом ме­ талла, сдвигает его, и скалывает стружку. Стружка успевает на­ греться до оплавления и уносится в виде застывшей капельки ме­ талла.

4.Абразивные зерна, находящиеся на режущей части круга, рас­ положены на различном расстоянии от поверхности круга, поэтому

вобрабатываемую поверхность зерна внедряются на различную, очень малую глубину и вызывают лишь упругую деформацию. При этом происходит большое трение и, следовательно, тепловыделение.

Некоторые зерна вообще не участвуют в процессе резания, так как попадают в срезанные предыдущими зернами участки поверх­ ности (канавки) металла. Только 6—8% абразивных зерен, распо­ ложенных на режущей части круга, участвуют в съеме металла.

В процессе шлифования под влиянием увеличивающейся на­ грузки на затупившиеся зерна последние могут выкрашиваться или раскалываться. При этом обнажаются новые острые кромки зерен. Таким образом, в отличие от резца круги могут самозатачиваться.

5.Снятие стружки зерном происходит за очень незначительное время (0,0001—0,00005 сек), т. е. практически мгновенно, но бла­ годаря большому количеству зерен процесс стружкообразования протекает для всего круга непрерывно.

6.Высокая твердость и термостойкость абразивных зерен, а так­ же увеличение пластичности обрабатываемого материала из-за местного нагрева в зоне контакта круга с деталью дают возмож­ ность обрабатывать очень твердые материалы (стальные закален­ ные детали, твердые сплавы, высокотвердые чугуны и др.).

7.Высокая температура в зоне контакта абразивного зерна и де­ тали приводит к интенсивному нагреву поверхности, образовавшей­ ся риски. После выхода зерна из зоны контакта начинается охлаж­ дение, но поверхность не успевает полностью охладиться до тех пор, пока в работу вступает новое зерно. Можно считать, что новое зерно начинает резание при температуре примерно 600° С.

Таким образом, в процессе шлифования резание осуществляет­ ся при высокой температуре детали, тогда как резание резцами или фрезами — при значительно более низкой. Это обстоятельство при­ водит к необходимости учитывать при шлифовании физико-механи­ ческие свойства стали и чугунов при температуре 600° С, а не в хо­ лодном состоянии.

При высоких температурах материал имеет меньшую твердость и прочность и потому обрабатываемость его более легкая чем хо­ лодного материала.

Ряд легирующих элементов способствует сохранению высоких механических свойств в нагретом состоянии, т. е. делает сталь бо­ лее жаропрочной. Наиболее эффективными элементами, повышаю­

164

щими жаропрочность, являются вольфрам, молибден, кремний, ти­ тан. Поэтому стали, легированные этими элементами, шлифуются труднее углеродистых конструкционных сталей.

Легирование конструкционных сталей добавками хрома, марган­ ца. никеля ухудшает обрабатываемость стали шлифованием незна­ чительно, а добавки вольфрама, кремния, титана и других элемен­ тов, значительно повышающих жаропрочность, резко ухудшают об­ рабатываемость стали шлифованием.

Стружка, снимаемая при шлифовании и размещаемая в порах шлифовального круга, при выходе из зоны шлифования под дейст­ вием центробежных сил и струи охлаждающей жидкости удаляется с поверхности круга. При сравнительно больших сечениях снимае­ мой стружки, превышающих размер пор между зернами круга, она вдавливается в поры круга с такой силой, что действия силы и струи охлаждающей жидкости уже недостаточны, чтобы ее удалить. Та­ кой режим шлифования ведет к быстрому засаливанию круга и бра­ ку деталей.

Средняя толщина стружки, снимаемой одним зерном абразив­ ного круга, имеет также большое влияние на стойкость и произво­ дительность шлифовального круга.

Параметры шлифования. Рассмотрим основные параметры, ха­

ных зерен круга, измеряемая в м/сек. Эта скорость представляет путь, выраженный в м, который проходит любая точка круга, на­ ходящаяся на наибольшем диаметре круга DKза I сек.

Так как скорость обрабатываемой детали по сравнению со ско­ ростью абразивного круга очень мала, то ее величиной пренебрега­

сзакрепленной на нем деталью относительно шлифовальной бабки

вм/мин. Ее часто называют скоростью изделия. Главным движени­ ем подачи называется перемещение детали на станках с прямо­ угольным столом. Оно осуществляется при возвратно поступатель­ ном движении стола (рис. 111, а и б), а на станках с круглым сто­

лом— при вращении стола (рис. 111, в и г).

При вращении круглого стола окружная скорость изделия за­ висит от расстояния, на котором расположена обрабатываемая по­ верхность от оси вращения стола, т. е. от радиуса. На большем ра­ диусе скорость большая, а на мёньшем — мёныпая. Поэтому на та­ ких станках принимают среднее значение цДср —скорость изделия, отнесенную к среднему диаметру dnp шлифования:

165

на столе, мм; Ов — внутренний (наименьший) диаметр расположения дета­

лей на столе, мм; Вя — ширина обрабатываемой детали, мм;

к— количество рядов деталей.

Втаблицах режимов резания обычно принимают ^пР = 0,7Он.

3. Г л у б и н а рез а - н ия t — величина припу­ ска в миллиметрах, сни­ маемая кругом за один проход. Фактическая глу­ бина резания несколько меньше, чем величина пе­ ремещения круга вместе с бабкой перпендикуляр­ но обрабатываемой по­ верхности, st за счет от­ жатая круга и детали под действием усилий резания и износа круга при обра­ ботке.

4. П о п е р е ч н а я по­

но закрепленной детали в миллиметрах за один ход прямолинейно движуще­ гося стола или шлифо­ вальной бабки (см. рис. 111, а) или за один обо­ рот вращающегося стола в направлении, перпенди­ кулярном главному дви­

ше ширины круга, при шлифовании периферией круга, или диамет­ ра круга, при шлифовании торцем круга. При ширине круга боль­ шей, чем ширина детали, поперечную подачу не производят (см.

рис. 111, б, г).

166

На процесс резания при шлифовании влияют такие величины, как толщина и длина стружки.

При обработке детали шлифовальный круг подается на деталь, и зерна его врезаются на глубину резания, при этом каждое зерно снимает слой металла а (толщину стружки). Эту величину можно определить по формуле:

при шлифовании периферией круга

ѴкZ

где ид— скорость движения детали, м/мин; ѵк — окружная скорость круга, м/сек-,

Z — число зерен, приходящееся на единицу длины круга, шт.; і — глубина резания, мм\

DK— диаметр круга, мм\ k — коэффициент.

Толщина стружки влияет на ход процесса шлифования. От нее зависят нагрузка на зерно, шероховатость шлифуемой поверхнос­ ти, стойкость круга. Для повышения стойкости круга и повышения класса шероховатости поверхности рекомендуется уменьшать тол­ щину стружки.

Толщину стружки можно уменьшить, снизив скорость движе­ ния детали и повысив скорость круга. В меньшей степени толщи­ на стружки зависит от глубины шлифования и диаметра круга.

Износ круга уменьшается при снижении скорости детали или повышении скорости вращения круга. Если круг засаливается, то следует увеличить толщину стружки, уменьшив скорость круга ѵ-л или увеличив скорость детали ѵя.

Д л и н а с т р у ж к и — часть длины дуги, которую проходит абразивное зерно за время контакта с обрабатываемой поверхно­ стью.

Чем больше диаметр круга, тем больше дуга контакта и тем больше выделяется тепла. Условия отвода тепла одинаковы как при малой, так и при большой дуге контакта. Поэтому при боль­ шой длине стружки удаление ее затрудняется, стружка прилипа­ ет к кругу и засоряет его.

При больших скоростях круга длина стружки уменьшается. Более короткую стружку можно получить за счет снижения глуби­ ны шлифования, но при этом понижается производительность.

§ 3. РЕЖИМЫ ШЛИФОВАНИЯ

Скорость шлифования, или скорость вращения круга, имеет большое значение для процесса шлифования, так как производи­ тельность шлифования возрастает почти пропорционально ско-

Ш

рости круга. Чем больше скорость его вращения, тем меньше тол­ щина и сечение стружки. Поэтому для уменьшения износа круга, уменьшения нагрузки на круг при обработке нежестких деталей, а также для повышения класса шероховатости обрабатываемой по­ верхности нужно увеличить скорость Еращения круга. Но увеличе­ ние скорости ограничивается прочностью круга и жесткостью стан­ ка. Выбирать скорости нужно по наибольшим допустимым значе­ ниям, указанным в ГОСТ 4785—64, в зависимости от формы круга, связки, обрабатываемого материала, вида шлифования, конструк­ ции станка. Определение наивыгоднейшей с к о р о с т и д е т а л и производят по формуле:

для шлифования периферией круга

Тт . с . в*пр

где С — коэффициент;

Т— экономическая стойкость круга (время в минутах меж­ ду двумя правками), при которой стоимость операции получается наименьшей, зависит от материала круга, требующейся точности обработки, размеров круга, ме­ тода шлифования;

t — глубина шлифования, мм\

S — поперечная подача, в мм на ход стола при прямоли­ нейно движущемся столе или в мм на оборот стола при вращающемся столе;

ßnp — приведенная (сплошная) ширина шлифования, мм\ m, X, у, г — показатели степени, приводимые в справочниках, за­

висят от материала детали, размеров детали и др. При шлифовании стали периферией круга на проход экономиче­

ская стойкость обычно равна Т — 25 мин, торцом круга — Г = = 40 мин. Значения Т указаны для наименьшей скорости шлифо­ вания.

Впр— это фактическая ширина слоя металла, снимаемого кру­ гом;

для станков с прямоугольным столом

для деталей кольцевой формы

(D2 — d 2) q 0,785 (D2 — d 2) q

ßnp = -

4L

для станков с вращающимся столом

Впр

F • q

я • d.пр

168

для деталей кольцевой формы

где F — шлифуемая поверхность одной детали, мм2;

ц — количество одновременно обрабатываемых деталей;

L — длина участка прямоугольного стола, на котором распола­ гаются обрабатываемые детали, мм;

rfnp — средний диаметр шлифования, мм;

D — наружный диаметр обрабатываемой детали, мм; d —'Внутренний диаметр обрабатываемой детали, мм.

Шлифуемая площадь детали и габаритная площадь, которой де­ таль устанавливается на стол станка, могут не совпадать. Поэтому вводят понятие степень заполнения стола /Сзап

установленными на столе (включая просветы) мм2. Режимы, обеспечивающие экономически эффективное шлифова­

ние, не совпадают с режимами, обеспечивающими наибольшую про­ изводительность. Последние значительно увеличивают затраты на электроэнергию, износ шлифовальных кругов, станка и др.

Глубину шлифования выбирают в зависимости от обрабатывае­ мого материала и вида шлифования. При черновом шлифовании выгодно работать с наибольшей глубиной резания (шлифования), допускаемой зерном круга, деталью и станком. При этом глубина резания не должна превышать половины поперечного размера зерна.

можности появления прижогов. При отделочном шлифовании глу­

нескольких миллиметров.

Поперечную подачу измеряют в долях высоты круга. Для чер­ нового шлифования она составляет 0,4—0,7, а при чистовых рабо­ тах— 0,2—0,3 высоты круга на один ход стола. Чем больше вели­ чина подачи, тем выше производительность, но ниже класс шерохо­ ватости поверхности.

Наиболее рациональные режимы резания ѵк, vß, t, хПОп выби­ рают по таблицам справочника. Режимы, указанные в табл. 4,

169

можно брать за основу, но в каждом конкретном случае следует учитывать возможности станка, условия работы, требуемую точ­ ность и шероховатость поверхности обрабатываемых деталей.

Т а б л и ц а 4

Рекомендуемые режимы резания при плоском шлифовании

ЛОМ

§4. УСИЛИЯ, ДЕЙСТВУЮЩИЕ В ПРОЦЕССЕ ШЛИФОВАНИЯ,

ИМОЩНОСТЬ, ЗАТРАЧИВАЕМАЯ НА ШЛИФОВАНИЕ

Шлифовальный круг, врезаясь в поверхность детали абразив­ ными зернами, снимает стружку. Чем большую стружку нужно срезать и чем прочнее материал детали, тем большую силу реза­ ния нужно приложить к кругу.

Силу резания, приложенную к кругу, можно разложить на три составляющие (рис. 112): окружную Рг, реакцию Ру и усилие по­ дачи Рх.

О к р у ж н а я , или тангенциальная, сила Р2 направлена парал­ лельно шлифуемой плоскости и касательно к окружности шлифо­ вального круга. Величина Pz определяет величины крутящего \ю- мента и мощности, которые необходимо затратить на шлифо­ вание. Сила Pz расходуется на отделение стружки и преодоле­ ние сил трения между кругом и обрабатываемой поверхно­ стью. На отделение стружки у закаленной стали затрачивает­ ся 30—50% тангенциальной

Рис. 112. Усилия резания при шлифовании: силы, у незакаленной стали —

а — периферией круга, б — торцом круга 25—30%, на преодоление сил

.170