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

трения — 50—75%. Коэффициент трения при шлифовании неза­ каленной стали кругами из электрокорунда составляет примерно 0.55, а закаленных сталей примерно 0,2. Это обстоятельство объяс­ няет примерно одинаковую мощность, расходуемую на шлифование

фовании стремится изогнуть шпиндель, на котором закреплен круг, а при торцевом — прижать шпиндель к осевым подшипникам и, ес­ ли круг несколько наклонен и работает только одной стороной, так­ же и изогнуть шпиндель.

У с и л и е п о д а ч и Рх действует в плоскости шлифования, вы­ зывая дополнительный прогиб шпинделя.

Соотношение между Pz и Рѵ изменяется в зависимости от ре­ жимов шлифования:

Ру = ( 1, 5 - 2) • Рг.

Окружное усилие при периферийном шлифовании определяют по формулам:

для стали

Рг = 2 5 -^ . /0.5350,53^ кгс

Ѵк

для чугуна

= 21 — • 7°>33 • S0-33, кгс.

Ѵк

Окружное усилие увеличивается с повышением скорости дета­ ли, величины подачи и глубины шлифования, но уменьшается с уве­ личением скорости круга. С уменьшением диаметра в результате из­ носа снижается окружная его скорость и возрастает окружное уси­ лие.

Усилие и мощность повышаются при увеличении твердости кру­ га. Поэтому при обработке массивных деталей на мощных станках следует использовать твердые круги, а на маломощных станках мягкие самозатачивающиеся, работающие всегда острыми кромка­ ми, и крупнозернистые круги, меньше дробящие стружку и работаю­ щие с незначительными усилиями резания.

Мощность, затрачиваемую непосредственно на процесс шлифо­ вания, определяют по формуле

N = ^ кет,

102

где Pz— усилие, кгс *;

ѵк— скорость круга, м/сек] 102 — коэффициент перевода килограммометров в киловатты.

* Для перевода силы, выраженной в килограммах, в ньютоны нужно значение силы в килограммах умножить на коэффициент 9,80665. 1 кгс = 9,80665 н.

171

В настоящее время часто используют показатель, характериризующий удельный расход мощности на съем единицы объема ме­ талла за 1 мин, приходящийся на 1 мм ширины круга.

§ 5. ТЕПЛОТА, ОБРАЗУЮЩАЯСЯ ПРИ ШЛИФОВАНИИ. ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОВЕРХНОСТИ

В зоне контакта абразивного круга и обрабатываемой детали возникает высокая температура, достигающая в некоторых случа­ ях 1000—1600° С. При всех процессах резания выделяется тепло, но при шлифовании его выделяется намного больше, чем при об­ работке резцами, фрезами или другими многолезвийными инстру­ ментами. Это объясняется следующим: скорость шлифования в 10—20 раз превышает скорость обработки резцами и фрезами; аб­ разивные зерна имеют, как правило, отрицательные передние углы и поэтому при резании затрачивается много энергии на прижатие шлифовального крута к детали, в результате стружка более измель­ чается и выделяется много тепла. Выделяющееся тепло нагревает абразивный круг, обрабатываемую деталь и окружающий воздух. Так как воздух и абразивный круг обладает небольшой теплопро­ водностью, выделяющее тепло в основном поглощается обрабаты­ ваемой деталью; количество теплоты, поглощаемой деталью при снятии 1000 мм3 металла абразивным кругом, составляет 10,7—- 13,5 ккал, стружка уносит всего 2—8%, а в деталь отводится от 70 до 85% выделяемой теплоты. Вследствие этого в момент снятия стружки в зоне резания образуется так называемая мгновенная тем­ пература. Мгновенную температуру отличают от установившейся температуры поверхностного слоя детали, которая намного меньше мгновенной.

Установившаяся температура характеризуется количеством теп­ ла, поглощаемым деталью, равным количеству тепла, отводимым от детали охлаждающей жидкостью.

В процессе окончательного шлифования установившаяся темпе­ ратура должна быть примерно равной температуре цеха, ибо изме­ рительный инструмент, которым пользуются для контроля детали, имеет температуру цеха. Чтобы избежать ошибок, измерение по­ верхностей должно производиться при примерно одинаковой тем­ пературе детали и инструмента (20±2°С). Иногда мгновенная тем­ пература бывает настолько высокой, что стружка размягчается, спе­ кается и даже плавится.

80% энергии при шлифовании затрачивается на нагрев и лишь

20% на деформацию кристаллической решетки.

За счет высокого нагревания и быстрого охлаждения поверхно­ сти закаленная сталь в поверхностном слое получает вторичную за­ калку и высокий отпуск. Под этим тонким поверхностным слоем получается отпущенный слой (структура троостит), а далее деталь имеет структуру исходного металла.

Часто структурные изменения сопровождаются появлением на поверхности детали цветов побежалости. Такое состояние поверх­ ностного слоя называется прижогом.

172

Образование прижогов недопустимо, так как они снижают меха­ нические свойства поверхностного слоя металла. Прижог в зависи­ мости от причины, его вызвавшей, может быть сплошным, когда значительная часть поверхности металла сплошь окрашена в цве­ та побежалости, и местным, когда перегретым оказываются от­ дельные участки на поверхности.

Появление сплошных прижогов на поверхности детали может быть вызвано следующими причинами:

1. Завышением глубины шлифования, вследствие чего средняя толщина стружки, снимаемой одним зерном шлифовального круга, получается слишком большой; в результате резко увеличивается давление абразивных зерен на обрабатываемую поверхность, уве­ личивается работа трения и происходит усиленный нагрев поверх­ ности.

2.Завышенной твердостью и несоответствием условий работы выбранного шлифовального круга, что также вызывает чрезмерное давление шлифующих зерен на поверхность детали; увеличивается работа трения и происходит усиленный нагрев поверхности.

3.Недостаточной интенсивностью охлаждения и неправильным подбором способа подвода смазочно-охлаждающей жидкости'.

4.Заниженной скоростью движения детали. При этом нагретая царапина, сделанная абразивным зерном, не успевает охладиться до того, как следующее зерно врезается в нее, вызывая дополни­ тельный нагрев поверхности.

5.Несвоевременной, нерациональной или неправильной правкой круга, когда на круге не образовались абразивные зерна с остры­

ми режущими кромками. Резание производится тупым кругом. Местные прижоги могут появиться при вибрации станка (в ре­

зультате плохой балансировки круга), биении круга (из-за неточ­ ной центровки и закрепления круга на фланцах), а также в резуль­ тате неисправностей подшипников шпинделя. Прижоги на поверх­ ности детали обнаруживают по цветам побежалости, а также трав­ лением детали, которое не оказывает влияния на качество поверхно­ сти. Травление производят в растворе азотной кислоты (2—5%) в этиленгликоли или в этиловом спирте, затем деталь промывают, осветляют в растворе соляной кислоты, нейтрализуют в растворе кальцинированной соды и предохраняют от коррозии в растворе нитрида натрия. Так как структура троостита более чувствительна к действию кислот, чем другие структуры, то поверхность без при­ жогов остается светлой, а отпущенная при прижоге темнеет и тем сильнее, чем мягче стала сталь.

При хорошо шлифованной поверхности (малой шероховатости) требуется слабое травление, при грубой шлифовке, когда на по­ верхности остаются большие неровности, необходимо применять более длительное травление в*более крепких растворах.

Прижоги достигают 2 мм глубины, иногда при этом твердость поверхности уменьшается с 62—64 до 45—55 единиц HRC.

Разные структуры стали занимают разные объемы. Поэтому участки с изменившейся структурой растягиваются или сжимаются

173

другими участками и в поверхностном слое возникают внутренние напряжения. Особенно вредны растягивающие напряжения, дости­ гающие очень больших значений (80—100 кгс/ммг), уменьшаю­ щие прочность, надежность и долговечность детали.

Глубина распространения остаточных напряжений внутрь дета­ ли составляет величину до 0,08 мм, а интенсивно напряженный слой достигает глубины примерно 0,01 мм.

Если выбрать рациональные режимы шлифования, то можно до­ биться сжимающих остаточных напряжений, которые увеличивают усталостную прочность и долговечность детали.

Если внутренние напряжения превышают сопротивление мате­ риала на разрыв, то в детали возникают шлифовочные трещины. Причины образования шлифовочных трещин аналогичны причинам образования прижогов, поэтому на практике шлифовочные трещи­ ны сопровождаются возникновением прижогов.

Для уменьшения возможности возникновения прижогов и тре­ щин следует:

1.Подводить обильное количество смазочно-охлаждающей жид­ кости, уменьшающей коэффициент трения между шлифуемой де­ талью и кругом.

2.Уменьшать глубину шлифования и работать без подачи на глубину в конце шлифования.

3.Применять более мягкие круги. Если нельзя работать мягки­ ми кругами, необходимо увеличить скорость движения детали. В ре­ зультате этого уменьшится время нагревания каждого участка и увеличится усилие шлифования, что будет способствовать самоза­ тачиванию круга.

4.Применять круги из электрокорунда хромистого, циркониево­ го, электрокорунда белого, эльбора вместо кругов из электрокорун- ( да нормального.

5.Применять сегментные круги, вместо кольцевых, при торце­ вом шлифовании.

6.Увеличить наклон оси шлифовальной бабки при торцевом шлифовании, чтобы сократить длину контакта круга с деталью.

Для выявления шлифовочных трещин применяют различные ме­ тоды. Детали из магнитных материалов проверяются методами магнитной дефектоскопии.

Для немагнитных материалов применяют люминесцентную де­ фектоскопию.

Для нержавеющих и жаропрочных материалов применяется лю­ минесцентная дефектоскопия с использованием красителя «Судан», отличающегося высокой способностью заполнять малейшие трещи­ ны и поры. В настоящее время применяют также дефектоскопию при помощи вихревых токов.

§ 6. ШЕРОХОВАТОСТЬ ПОВЕРХНОСТИ

Качество шлифованной поверхности характеризуется не только физико-механическими свойствами поверхностного слоя, но и мик-

174

ронеровностями, т. е. шероховатостью поверхности, 'штрихами об­ работки и их направлением, формой неровностей.

Микронеровности (неровности небольшой высоты) поверхности зависят от формы режущего инструмента, подачи, зернистости, твердости, структуры, шлифовального круга, скорости резания, виб­ рации круга, детали, станка и других причин.

Различают 14 классов шероховатости поверхности (ГОСТ 2789—73) в зависимости от высоты микронеровностей, обозначаю­ щихся Rz или среднеарифметического отклонения профиля поверх­ ности Ra в микрометрах.

Среднее арифметическое отклонение профиля определяют сле­ дующим образом (рис. 113): складывают все величины измеренных расстояний точек профиля от средней линии профиля и делят на число этих точек

ц _ 4'1 + Уз Ч~ Уз + ■• • 4~УП

ая

Высоту неровностей Rz определяют, как среднее расстояние меж­ ду пятью высшими точками выступов и пятью низшими точками впадин, измеренных от линии, параллельной средней линии

Ra и Rz определяются на участке установленной длины.

По ГОСТ 2789—73 Ra и Rz должны быть не более чем указано в табл. 24 для данного класса шероховатости. Измерение шерохо­ ватости производится на участке определенной длины I = 0,08—

—0,25; 0,8; 2,5; 8 мм.

Классы шероховатости поверхностей от 6 до 14 дополнительно разбиваются на три разряда — а, б, в (табл. 25), чтобы ограничить величину допускаемых 'микронеровностей тремя значениями в пре­

делах одного класса.

Шероховатость поверхности условно обозначают знаком V, с указанием класса шероховатости, например Ѵ8, или класса и раз­ ряда шероховатости — Ѵ6 а.

Шероховатость поверхности измеряется щуповыми приборами (профилометром и профилографом) и оптическими (микроинтер­ ферометром и двойным микроскопом).

175

прибора переводит напряжение в микроны, соответствующие клас­ су шероховатости, что позволяет сразу читать полученный резуль­ тат.

Шероховатость поверхности деталей оценивается также сравне­ нием с шероховатостью поверхности эталонных образцов, рассмат­ риваемых совместно под лупой или микроскопом. Например, по данным измерения Rz = 25 мкм требуется определить класс шеро­ ховатости поверхности. По таблице (ГОСТ 2789—73) устанавлива­ ем, что измеренная величина Rz находится в пределах 40—20 мкм и соответствует шероховатости 4-го класса (V4); если Ra = = 0,45 мкм, то устанавливаем, что это значение соответствует 8-му классу шероховатости (V8) или точнее — 8 б (Ѵ8 б).

Шероховатость поверхностей 7—9-го классов обеспечивается чистовой и отделочной обработкой — шлифованием, прошиванием, развертыванием, алмазным точением и растачиванием.

Шероховатость поверхностей 10—12-го классов получается в ре­ зультате шлифования при большой скорости, хонингования, притир­ ки и суперфиниширования (отделочные виды обработки).

В ГОСТ 2789—73 на шероховатость поверхности, кроме пока­ зателей Ra и Rz приведен дополнительный ряд показателей, более полно характеризующих микронеровности поверхности (например, расстояние между микронеровностями, поверхность контакта, на­ правление штрихов при обработке и др.).

Плоское шлифование при нормальных производственных услови­ ях обеспечивают классы шероховатости поверхности, указанные в табл. 5.

Однако по ряду причин при плоском шлифовании на обработан­ ной поверхности могут появиться следующие дефекты:

1. Грубая шероховатость. Причины: применение крупнозерни­ стого круга, грубая правка круга, чрезмерная глубина шлифования.

2. Хаотическое направление следов обработки. Причины: непра­ вильное или неплотное закрепление алмаза в алмазодержателе, алмазодержателя в приспособлении при правке круга.

176

ности

3. Небольшие спиральные следы или следы, направленные пер­ пендикулярно движению стола. Причина: осевой люфт абразивно­ го круга, работающего периферией.

4.Царапины самой разнообразной формы и направления. При­ чины: загрязнение охлаждающей эмульсии.

5.Следы дробления. Причины: чрезмерный зазор в опорах шпин­ деля, недостаточная жесткость шпинделя, дисбаланс деталей, вра­ щающихся вместе со шпинделем, недостаточная смазка или чрез­ мерное заполнение густой смазкой масляных ванн подшипников, наличие грубой сшивки на приводном ремне, дисбаланс приводных

электродвигателей и гидронасосов, укрепленных на станке, люфт з направляющих шлифовальной бабки, жесткий реверс стола, вызван­ ный неудачной конструкцией гидропанели или плохой ее регулиров­ кой, влияние других близко расположенных машин, особенно рабо­ тающих с ударной нагрузкой, применение слишком твердого и мел­ козернистого круга и неправильный выбор режима шлифования.

Для устранения этих дефектов и получения необходимого каче­ ства шлифованной поверхности необходимо хорошо знать устройст­ во станка, содержать его в исправном состоянии и строго выполнять требования, предъявляемые к обработке.

§ 7. СМАЗЫВАЮЩЕ-ОХЛАЖДАЮЩИЕ ЖИДКОСТИ И МЕТОДЫ ИХ ПОДВОДА

ми абразивного инструмента и обрабатываемой поверхностью; удаляет из зоны резания стружку и абразивную пыль.

Таким образом, применение смазывающе-охлаждающей жидко­ сти позволяет улучшить условия труда, увеличивает срок службы станка, так как абразивная пыль не попадает на направляющие и подшипники, очищает поры круга от пыли и стружки, сохраняя режущую способность круга и уменьшая количество его правок.

Правильный подбор смазывающе-охлаждающей жидкости по­ вышает качество шлифуемой поверхности и увеличивает стойкость круга. Применение смазывающей жидкости позволяет также ис­ пользовать более твердые круги.

Чем тверже шлифовальный круг, тем больше выделяется тепла при шлифовании и, следовательно, обильнее должно быть охлаж­ дение.

При шлифовании конструкционных и легированных сталей при­ меняют смазочно-охлаждающие жидкости следующих составов.

1.1%-ный раствор кальцинированной соды и 0,15%-ный нитрита натрия.

2.2%-ный водный раствор мыльного порошка и 3—10%-ный

эмульсола.

3.1%-ный раствор триэтаноламина и 0,3%-ный нитрита натрия.

4.3,5%-ный водный раствор нейтрального эмульсола па основе

олеиновой кислоты.

5. 3%-ный водный раствор эмульсола НГЛ-205 (увеличивает стойкость кругов и повышает чистоту обрабатываемой поверхно­

сти на один класс).

6. 5—10%-ный раствор эмульсола марки СДМУ, в состав ко­ торого входит дисульфид молибдена (повышает стойкость круга

в2—4 раза и качество поверхности на один-два класса).

7.Состав из 0,1% олеиновой кислоты, 0,2% триэтаноламина, 0,9% мылонафта и воды при шлифовании сталей 40Х, Х9СА (улуч­ шает чистоту поверхности на два класса, повышает стойкость кру­

га).

8. Раствор концентрата ТУН — 12 частей триэтаноламина, 24 ча­ сти уротропина, 12 частей нитрита натрия, 52 части воды в соотно­ шении 1 часть ТУН на 3 части воды (для алмазной заточки инстру­ ментов).

При шлифовании алюминия применяют следующие смазываю- ще-охлаждающие жидкости:

состав из 0,2% мылонафта, 0,2 олеиновой кислоты, 0,5 триэта­ ноламина, 0,2 тринатрийфосфата, 0,2 ОП-7 (вспомогательных ве­ ществ), 98,7% воды;

состав из 50% керосина и 50% веретенного масла.

При грубом шлифовании чугунных деталей охлаждение произ­

ТУН на 3 части воды. Для шлифования направляющих чугунных станин рекомендуют состав: 0,5—0,8% триэтаноламина, 0,1—0,2% нитрита натрия, остальное вода.

Иногда чугунные и медные детали шлифуют без охлаждения, но в этих случаях применяют пылеотсосы.

Детали из никеля и его сплавов шлифуют без охлаждения. При шлифовании без охлаждения следует применять более мягкие кру­ ги, чем при шлифовании с охлаждением, чтобы уменьшить теплооб­ разование и избежать шлифовочных прижогов.

Для обеспечения хорошего качества шлифования необходимо

178

тщательно очищать охлаждающую жидкость от абразивной пыли и металлической стружки. Для этого применяют фильтры, магнит­ ные сепараторы и центрифуги, устанавливаемые у станка.

Если в смазочно-охлаждающей жидкости имеется примесей свы­ ше 0,03% по весу, то шероховатость обрабатываемой поверхности ухудшается примерно на один разряд. При количестве примесей свыше 0,1% шероховатость ухудшается на 1—3 разряда и на шли­ фованной поверхности появляются риски. При этом стойкость кру­ га уменьшается на 15—20%.

Использованную охлаждающую жидкость очищают от частиц металла и абразива в трех отстойниках: в первом и втором оседают крупные частицы, в третьем — очень мелкие. Иногда в баки насыпа­ ют стружку, шлак, песок, чтобы лучше фильтровалась (очищалась) жидкость.

Для тонкой очистки СОЖ (до 0,03—0,05% примесей) применя­ ют магнитные сепараторы. При использовании сепараторов с фильт­ ровальной бумагой примеси остаются менее 0,03%. Для особо тон­ кой очистки СОЖ применяют центрифуги. В цехах, где смонтирова­ но большое количество станков, обрабатывающих детали с одина­ ковой смазочно-охлаждающей жидкостью, используются централи­ зованные системы охлаждения. Система состоит из мощного насо­

Специальные заслонки патрубка должны предотвращать обильное разбрызгивание СОЖ. Патрубок должен быть наклонен под углом 15° к горизонту, чтобы струя СОЖ подавалась до зоны контакта круга и изделия. Из-за пористости круга, неровностей его поверх­ ности и большой скорости круг нагнетает большое количество воз­ духа, затрудняющее попадание СОЖ в зону шлифования.

Ширина заслонок подбирается так, чтобы струя жидкости по­ крывала высоту круга. Количество подаваемой СОЖ для станков обычной точности рекомендуется 0,8—1,0 л/мин на 1 мм высоты круга, для станков повышенной точности 1,2—1,5 л/мин на 1 мм высоты круга. В последнее время к насадкам придается устройство, сообщающее струе СОЖ ультразвуковые колебания. Для этого в трубопровод вставляется алюминиевая насадка к торцу, которой прикрепляется специальный источник колебаний с ультразвуковой частотой диапазоном 20—40 кгц (магнитострикционный преобра­ зователь). Патрубок располагают на очень близком расстоянии от шлифовального круга — до 0,05 мм. Поток СОЖ попадает на круг при действии на жидкость колебательных движений. За счет того, что колебательные движения передают жидкости импульсы энер­ гии, пузырьки воздуха, имеющиеся в жидкости, расширяются и сжимаются (кавитация). Встречая на своем пути препятствия (по­ верхность круга), пузырьки лопаются. При этом происходит воз­ действие на поверхность круга, заключающееся в отрыве от поверх­ ности микроскопических частиц. Это явление приводит к тому, что

из пор круга вырывается металлическая стружка, уносимая жидко­

стью.

Смазочно-охлаждающие жидкости, содержащие масло и во­ ду, служат питательной средой для различных бактерий. Бактерии вызывают загнивание и разложение эмульсии. Для предотвраще­ ния загнивания и продления срока годности эмульсии применяют различные добавки к ней. Хороших показателей достигают при применении порошка гексахлорофена (ГХФ), вводимого в эмуль­ сию в 5%-ном водном растворе каустической соды. Состав эмуль­ сии с добавкой ГХФ следующий:

2—3 месяцев.

Перечисленные охлаждающие жидкости не имеют ядовитых примесей, вызывающих раздражение кожи рук, разъедающих ме­ талл и покрытие станков. Перед употреблением необходимо про­ верить состав и свойства смазывающе-охлаждающей жидкости.

Охлаждающая жидкость поступает в зону шлифования по тру­ бопроводу под определенным давлением от специального насоса, установленного на станке.

Смазывающе-охлаждающая жидкость в зону резания подается несколькими способами:

из патрубка со скошенным торцом, скос которого обращен к де­ тали;

из специального инжекторного устройства (рис. 115) распыливанием — охлаждение туманом;

через поры шлифовального круга.

Улучшаются также условия срезания стружки, поэтому умень­ шается температура и улучшается качество поверхности детали, а также стойкость круга. Рекомендуется этот метод для шлифова­ ния трудношлифуемых жаропрочных и других сталей и цветных сплавов.

В т о р о й с п о с о б — применяется для подачи охлаждающей жидкости в виде мелких капелек. Капли, попадая на нагретую де­ таль и инструмент, быстро нагреваются и испаряются, отбирая у де­ тали и инструмента очень большое количество тепла.

Жидкость распыляется специальным инжекторным устройством (рис. 115). Из сопла струя воздушно-жидкостной смеси истекает со скоростью более 300 м/сек. Быстро расширяясь на выходе, струя резко охлаждается до температуры 2—4° С. Попадая на нагретую поверхность детали и круга, капли жидкости нагреваются до кипе­ ния и испаряются. При этом отбирается от круга и детали большое количество тепла.

Струя воздушно-жидкостной смеси разрывает оболочку пара

180