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

Углы режущей части резца, как и любого другого инструмента, влияют на процесс резания. Правильно выбрав углы резца, можно значительно уменьшить интенсивность износа его режущей части (увеличить стойкость) и обработать в единицу времени большее количество деталей.

Правильно выбранный передний угол облегчает снятие стружки, уменьшает трение и износ по передней поверхности резца. Чем боль­ ше передний угол у, тем меньше угол заострения ß, меньше «тело» резца и, следовательно, его прочность (см. рис. 4, а /).

При обработке твердых материалов, когда действуют большие силы при обработке прерывистых поверхностей, сопровождающейся ударом, и в некоторых других случаях угол у следует выполнять очень малым, а еще лучше — отрицательным. При отрицательном переднем угле «тело» у режущей кромки будет больше и, следова­ тельно, повысится его прочность (рис. 4, а III). При обработке пре­ рывистых поверхностей, если передний угол положительный, удар приходится на самую режущую кромку, а если отрицательный, то на некотором расстоянии от режущей кромки, отчего она не подвер­ гается такому быстрому разрушению.

Резание сопровождается большим трением передней поверхно­ сти об обрабатываемую поверхность и задней—-об обработанную поверхность, а следовательно, и большим тепловыделением.

Правильно выбранный задний угол а уменьшает трение задней поверхности об обработанную поверхность. При большом значе­ нии заднего угла уменьшается угол ß, т. е. ослабляется прочность режущей кромки. Усилие на сжатие стружки при резании в основ­ ном зависит от угла резания б. Чем меньше этот угол, тем меньше требуется усилие.

Различные материалы, например сталь, чугун, медь, образуют при обработке стружку разных видов. Металлы средней твердости (твердая сталь) образуют стружку скалывания, элементы которой связаны друг с другом довольно прочно и имеют вид ступеней (см. рис. 3,5). При обработке мягких металлов (меди, мягкой стали и др.) образуется стружка, верхняя сторона которой имеет мелкие

ее отделены друг от друга и имеют вид чешуек неправильной фор­ мы. В отличие от стружки скалывания стружка надлома имеет не­ ровную поверхность со стороны, обращенной к передней грани рез­ ца, а противоположная сторона у нее гладкая. Такая стружка обра­ зуется, например, при обработке чугуна и бронзы.

На форму стружки влияют не только свойства обрабатываемо­ го материала — сопротивление разрушению, пластичность, твер­ дость, его структура (наличие остаточного аустенита), химические свойства, но и условия резания.

С уменьшением угла резания б, толщины снимаемого слоя стружки t и увеличением скорости резания стружка по своему ха-

П

рактеру приближается к сливной. При использовании смазывающеохлаждающих жидкостей стружка также приближается к сливной.

По виду стружки можно судить о качестве процесса резания. Образование сливной стружки вместо стружки скалывания и над­ лома свидетельствует о правильном выборе режимов резания и правильном назначении углов резца.

После механической обработки резанием свойства поверхност­ ного слоя материала несколько изменяются. Поверхностный слой на глубине 0,1—0,5 мм становится более плотным, твердым, умень­ шается его пластичность. Это явление называется наклепом метал­ ла. При обработке разных металлов различны и изменения поверх­ ностного слоя. Чем вязче металл, тем выше степень и глубина на­ клепа. При обработке хрупких металлов наклеп не образуется. Сте­ пень и глубина наклепа поверхностного слоя металла зависят от свойств материала и условий обработки.

§ 2. АБРАЗИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ.

ОБРАБОТКА АБРАЗИВНЫМИ КРУГАМИ

Под абразивными материалами понймают тонко измельченные вещества в виде зерен, полученные дроблением природных и искус­ ственных минералов.

Для шлифования используют абразивные материалы — природ­ ные и синтетические. К природным относятся алмаз, наждак, ко­ рунд, окись хрома, окись железа; к синтетическим — электрокорунд,

фит, алмаз). Это редкий минерал, обладает высокой твердостью по сравнению с другими природными и синтетическими материалами, уступает в твердости лишь борсиликарбиду. Алмазы, применяемые для правки абразивных кругов, изготовления кругов, брусков, инст­ рументов, используемых в горнодобывающей промышленности, на­ зывают техническими. Масса алмаза измеряется каратами, один ка­ рат равен 0,2 г.

Академией наук СССР разработаны методы получения синтети­ ческих алмазов, которые имеют очень шероховатую поверхность и изрезанные ребра, круги с синтетическими алмазами высокопроиз­

веществ. Зерна корунда очень твердые, при размоле образуют ра­ ковистый излом с острыми гранями; но прочность зерен корунда не очень велика: под усилиями резания быстро разрушаются. Поэтому корундовые круги не могут работать, где требуются большие уси­ лия резания.

12

Э л е кт р о к о р у н д — искусственный корунд, получаемый элек­ трической плавкой материалов, богатых окисью алюминия (напри­ мер, боксита и глинозема). Различают три вида электрокорундов:

а) электрокорунд нормальный, содержащий не менее 87% окиси алюминия и имеющий цвет от серо-коричневого до темно-коричне­ вого. Его получают методом восстановительной плавки бокситов;

б) электрокорунд белый, содержащий не менее 97% окиси алю­ миния и имеющий белый или светло-розовый цвет. Его получают переплавкой чистого глинозема;

в) монокорунд — разновидность электрокорунда. В зависимости от количества примесей разделяется на два вида: первый содержит окиси алюминия от 96,5 до 97,4% и второй — от 97,5 до 98,5%. Мо­ нокорунд обладает высокой режущей способностью. Круги из мо­ нокорунда имеют почти в два раза большую стойкость, чем нор­ мальные электрокорундовые круги. При шлифовании кругами из монокорунда детали нагреваются незначительно, следовательно, расширяются мало. Деталь от круга дополнительно не отжимается и поэтому достигается большая точность шлифования.

Э л е к т р о к о р у н д х р о м и с т ы й и т и т а н и с т ы й - — ис­ кусственные материалы, изготовляемые на базе электрокорунда бе­ лого с добавкой в процессе электроплавки окиси хрома или окиси титана. Окислы хрома и титана упрочняют кристаллическую решет­ ку окиси алюминия и одновременно придают зерну очень высокую вязкость.

К а р б и д к р е м н и я — химическое соединение кремния и уг­ лерода, получаемое в электрических печах при температуре 2100— 2200° С* из кварцевого песка и кокса. Зерна карбида кремния име­ ют темно-синюю и зеленую окраску с цветами побежалости и ме­ таллическим блеском. Карбид кремния очень твердый материал, ус­ тупает по твердости лишь алмазу, борсиликарбиду и эльбору; его зерна имеют острые режущие грани и способны выдерживать тем­ пературу до 2050° С. Различают два вида карбида кремния — кар­ бид кремния черный КЧ и карбид кремния зеленый КЗ. В послед нее время получен карбид кремния зеленый высокой чистоты, содер­ жащий карбида не менее 99,5%, обладающий повышенной абразив­ ной способностью. Производительность инструментов из этого ма­ териала на 20—25% выше, чем из других карбидов кремния.

К а р б и д б о р а получают в электропечах при температуре 2000—2350° С из -технической борной кислоты и малозольного угле­ родистого материала (например, нефтяного кокса, пекового кокса, сажи и т. д.).

сплавов он показывает высокую стойкость и обеспечивает хорошее качество поверхности.

* Единицей измерения термодинамической температуры по Международной системе единиц (СИ) является градус Кельвина ГОСТ (9867—61). Численные зна­ чения термодинамической температуры, выраженные в градусах Кельвина (°К) и Цельсия (°С), характеризуются следующим соотношением: Т°К = НС + 273,16.

13

О к и с ь ж е л е з а получают переработкой железного купороса

ищавелевой кислоты, применяют в виде порошка.

Ок и с ь х р о м а — порошок темно-зеленого цвета получают из

бихромата калия с примесью серы.

К у б и ч е с к и й н и т р и д б о р а изготовляется с 1966 г. 1в ви­ де зерен порошков, микропорошков для абразивных инструментов. Круги из этого материала обладают повышенной стойкостью, не дают прижогов на поверхности деталей. Рекомендуется для шлифо­ вания высоколегированных закаленных сталей и сплавов, обработ­ ка которых электрокорундами, карбидами кремния, алмазом не эф­ фективна.

Абразивные зерна при помощи различных веществ — связок соединяются в круг, брусок, сегмент и таким инструментом произво­ дится абразивная обработка.

Каждое абразивное зерно круга представляет собой резец. Ко­ личество таких резцов в круге зависит от величины зерна, от рас­ стояния между зернами, от диаметра и высоты круга.

В круге малого диаметра — десятки тысяч абразивных зерен, в круге большого диаметра и высоты — сотни тысяч зерен. Так, круг диаметром 200 мм, высотой 40 мм и зернистостью 50 имеет на пе­ риферии круга более 200 тыс. режущих зерен.

Режущая способность абразивных инструментов, т. е. способ­ ность обрабатывать тот или другой материал, зависит от формы зе­ рен— радиуса скругления зерна р и угла при вершине е (аналогич­ но углу при вершине резца).

Чем меньше р и е, тем лучше происходит процесс шлифования, ибо р характеризует угол б, а уменьшение его способствует умень­ шению сил резания и образованию стружки, приближающейся к сливной. Величина радиусов скругления р синтетических материа­ лов уменьшается в такой последовательности — электрокорунд нор­ мальный, электрокорунд белый, монокорунд, карбид кремния чер­ ный, карбид кремния зеленый.

Чем больше процентное содержание окиси алюминия или соот­

жению относительно обрабатываемой поверхности. Образующаяся при шлифовании стружка имеет очень малые размеры.

Процесс резания при шлифовании протекает примерно следую­ щим образом: абразивное зерно приближается к обрабатываемой поверхности острой кромкой; вначале кромка скользит по поверхно­ сти детали, сдавливая металл; затем, когда давление кромки зерна превзойдет силу сцепления частиц металла, начинается отделение стружки.

Для врезания в твердый металл, например в закаленную сталь, твердый чугун и другие, материал режущего инструмента должен обладать очень высокой твердостью. Для углубления в обрабаты­ ваемый материал и среза стружки инструмент должен иметь ост­

14

рые режущие кромки. Чтобы в процессе резания при высоких тем­ пературах, образующихся в месте контакта инструмента и заготов­ ки, материал инструмента не потерял режущей способности, он дол­ жен обладать большой температурной стойкостью, а чтобы от уси­ лий, возникающих при резании, инструмент не ломался, он должен иметь большую прочность. Этими требованиями следует руководст­ воваться при выборе абразивного материала.

Твердость абразивного материала определяют вдавливанием в него алмазной пирамиды с углом при вершине 136°. При этом мик­ ротвердость выражается в кгс/мм2:

При высокой температуре в зоне резания микротвердость сни­ жается, поэтому затрудняется вдавливание зерен в поверхность об­ рабатываемого материала.

Чтобы сохранять высокую микротвердость, необходимо интен­ сивно охлаждать абразивный инструмент. Прочность абразивных

ного предел прочности при сжатии равен 75,7 кгс/мм2 и при изги­ бе— 8,72 кгс/ммг, у карбида кремния эти величины соответственно равны 224 и 15,5 кгс/мм2, у монокорунда 304 и 36 кгс/мм2. Проч­ ность зерен увеличивается с уменьшением размеров зерен.

§ 3. ЗЕРНИСТОСТЬ АБРАЗИВНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Шлифовальный круг, брусок или порошок изготовляется из аб­ разивных зерен определенного размера, чтобы снимаемые ими стружки были бы примерно одинаковыми. Дня снятия большой стружки, применяют шлифовальные круги с крупными зернами, для снятия небольшой стружки — с зернами помельче.

Опыт показал, что при однородном составе зерен уменьшается износ круга, улучшается качество поверхности шлифованной де­ тали, повышается производительность и точность обработки.

При подготовке абразивного материала большие куски его раз­ мельчают в дробилках до получения зерен требуемых размеров. После дробления зерна очищают от посторонних примесей. Подвер­ гают химической и термической обработке и просеивают на ситах для сортировки по размерам.

Размер зерен — зернистость абразивных материалов определяет­ ся размерами сторон ячеек двух сит, через которые просеивают аб­ разивные зерна. Из-за недостаточной точности размеров ячеек ме­ таллических сит, на которых просеивается абразивный материал, и

15

способов разделения зерен только до 55—60% зерен одинакового размера остается на сите.

Внастоящее время найдены новые методы просева, позволяю­ щие получать до 70% одинаковых зерен.

Впроцессе размельчения зерна приобретают разную форму. Инструмент, изготовленный из зерен только одинаковой формы, обеспечивает большую производительность и продолжительность работы без правки (стойкость). В настоящее время разработан способ разделения зерен по форме. Инструменты из таких зерен применяются для ответственных видов шлифовальных работ.

Номера зернистости абразивных материалов по ГОСТ 3647—71 задаются длиной стороны ячейки сита в сотых долях миллиметра (по ГОСТ 3647—46 размеры определялись количеством проволочек

сита на длине в один дюйм — меш).

Большие размеры зерен соответствуют тому размеру отверстий

2)шлифпорошки — 12; 10; 8; 6; 5; 4; 3;

3)микропорошки — М63; М50; М40; М28; М20; М14.

Микропорошки обозначаются буквой М и цифрой, показывающей наибольший размер зерна в микрометрах {мкм)\

4) тонкие микропорошки — М10; М7; М5.

В результате дробления, а затем разделения зерен по размерам каждый номер зернистости характеризуется содержанием отдель­ ных фракций в процентах по весу. Получить в промышленных усло­ виях только одну фракцию зерен практически невозможно. Поэто­ му в каждом номере зернистости различают основную, крупную, предельную, мелкую и комплексную фракции.

Основная фракция абразивного порошка — это совокупность аб­ разивных зерен одного интервала размеров, преобладающих по ко­ личеству данного абразивного порошка. Размеры устанавливаются нормативно-техническими документами.

Крупная фракция абразивного порошка — совокупность абра­ зивных зерен, размеры которых превышают размеры зерен основной фракции на один интервал размеров.

Предельная фракция абразивного порошка — совокупность аб­ разивных зерен, размеры которых превышают размер зерен основ­ ной фракции на один-два интервала.

Мелкая фракция — совокупность абразивных зерен в порошке, размеры которых меньше размеров зерен основной фракции на один-два размера.

Комплексная фракция — совокупность абразивных зерен, разме­ ры которых колеблются относительно размеров основной фракции на ± один интервал.

Размер зернистости характеризуется размером только основной фракции.

16

Номер зернистости дополняется буквенными индексами В; П; Н; Д в зависимости от процентного состава основной фракции, при соблюдении норм по остальным фракциям. Например 80П; Ml ОД и т. п.

Чем больше содержание основной фракции, тем более одноро­ ден состав порошка абразива и лучше условия шлифования.

Зернистость крута выбирают в зависимости от вида шлифова­ ния, величины съема материала, требуемой шероховатости поверх­ ности и точности обработки. Круги с крупным зерном увеличивают съем металла, повышают производительность труда, но при этом на поверхности детали остаются глубокие риски; поэтому их при­ меняют на обдирочных работах.

Мелкозернистые круги используют при чистовом и тонком отде­ лочном шлифовании, обеспечивающем точность свыше 1-го класса (допуск до 1—2 мкм).

Все более широкое распространение в инструментальном произ­ водстве получают алмазы. Природные алмазные зерна и порошки по ГОСТ 9206—59 обозначались буквой А и цифрой, соответствую­ щей пределам крупности зерен, синтетические алмазы — АС. По ГОСТ 9206—70 после букв, указывающих абразивный материал, имеется дробь. В числителе дроби проставляется наибольший раз­ мер зерна, а в знаменателе — наименьший. Размеры синтетиче­ ских алмазов, изготовляемых промышленностью, указаны в спра­ вочниках.

Микропорошки из природного алмаза обозначаются AM и АН, из синтетических алмазов — ACM и АСН. а за буквенным обозна­ чением указываются размеры зерен основной фракции от — до. Микропорошки марок АСН и АН обладают повышенной абразив­ ной способностью. Они применяются для обработки природных и синтетических алмазов, корундов, спецкерамики и других сверх­ твердых и хрупких труднообрабатываемых материалов. Микропо­ рошки из эльбора обозначают ЛМ.

Применение алмазных и эльборовых кругов позволяет получать шероховатость поверхности 12—14-го класса.

§ 4. СВЯЗКИ И СТРУКТУРА ШЛИФОВАЛЬНЫХ КРУГОВ

Абразивные зерна после сортировки по размерам соединяют в единую прочную массу для образования шлифовального круга опре­ деленной формы при помощи связующего вещества.

Связующие вещества делятся на неорганические и органические. К неорганическим относят металлическую, керамическую, силикат­ ную и магнезиальную связку, к органическим — бакелитовую, глифталевую и вулканитовую.

Связки. Алмазные зерна и зерна эльбора соедишнет металлыческой или бакелитовой связками. Металлическая Ісв^& р бывает вольфрамо-кобальтовой, железо-никелевой, меднр-о^о^фй'ной. На

металлической связке изготовляют кольца с 100%-ной концентра­ цией алмаза, что соответствует содержанию в 1 мм3 алмазоносного слоя 0,878 мг алмаза, или 150 и 200%-ной концентрации. На бакели­ товой связке изготовляют круги 50 и 25%-ной концентрации (при 50%-ной концентрации — 0,439 мг\ при 25%-ной — 0,219 мг алмаза).

К е р а м и ч е с к а я с в я з к а представляет собой стекловидную или фарфороподобную массу, составные части которой — огнеупор­ ная глина, полевой шпат, кварц и другие материалы. Смесь из связ­ ки и абразивного зерна прессуется в форме или отливается. Литые круги более хрупки и пористы, чем прессованные. Различная твер­ дость кругов достигается путем подбора состава связки, а порис­ тость— режимами прессования.

Керамическая связка устойчива при высоких температурах, об­ ладает большой химической стойкостью, а потому допускает при шлифовании применение различных смазывающих и охлаждающих жидкостей. На керамической связке изготовляют шлифовальные круги из электрокорунда нормального, электрокорунда белого, кар­ бида кремния черного и зеленого.

Для выполнения ответственных шлифовальных операций инст­ рументы применяют из электрокорунда на керамических борных связках. Окись бора улучшает процесс затвердевания (кристалли­ зации) связки, увеличивает прочность и уменьшает объем связки. Керамические борные связки позволяют повысить производитель­ ность кругов на 20—30%.

Скорость кругов на керамической связке может достигать 65 м/сек. Однако при работе со скоростью вращения круга более 50 м/сек необходимо упрочнять защитный кожух круга и произво­ дить ужесточение конструкции станка. Тонкие круги на керамиче­ ской связке не могут воспринимать боковых нагрузок.

обеспечивает прочного закрепления зерен в круге, так как жидкое стекло слабо сцепляется с абразивными зернами. Круги на сили­ катной связке применяются в тех случаях, когда обработка выпол­ няется без охлаждения и в то же время обрабатываемая поверх­ ность не должна перегреваться. Круги на этой связке достаточно водо- и щелочноустойчивы. Они обеспечивают большую производи­ тельность, чем круги на бакелитовой связке. При нагреве затупив­ шиеся зерна легко освобождаются из связки и в работу вводятся новые зерна. Скорость кругов на этой связке — до 30 м/сек.

М а г н е з и а л ь н а я с в я з к а представляет собой смесь каус­ тического магнезита и хлористого магния (цемент Сореля). Приме­ няется для изготовления кругов из наждака и природного корунда.

Круги на магнезиальной связке неоднородны, быстро и неравно­ мерно изнашиваются, т. е. малостойки. Они очень чувствительны к сырости, под действием которой разрушаются, а также к повышен­

18

смолу в виде порошка или бакелитового лака. Это наиболее рас­ пространенная из органических связок.

Круги на бакелитовой связке изготовляют из различных абра­ зивных материалов. Они обладают высокой прочностью и эластич­ ностью, устойчивы при переменных нагрузках, но пористость их ни­ же, чем у кругов на керамической связке.

В настоящее время начали изготовлять круги на бакелитовой связке с добавлением наполнителя — криолита, что позволило уве­ личить стойкость кругов на 50% по сравнению с кругами, не напол­ ненными криолитом.

Круги на бакелитовой связке работают при скоростях 35— 70 м/сек и более. На этой связке изготовляют круги малой толщи­ ны (высоты) для отрезных работ.

При работах, когда температура круга достигает более 300° С, связка быстро выгорает, а зерна легко выкрашиваются. Под дейст­ вием щелочных жидкостей бакелитовая связка частично разрушает­ ся, а потому применение охлаждающих жидкостей с содержанием соды более 1,5% не рекомендуется.

Г л и ф т а л е в а я с в я з к а получается при взаимодействии глицерина и фталевого ангидрида. Она по виду напоминает кани­ фоль. На глифталевой связке инструмент изготовляют примерно так же, как и на бакелитовой. Зерна перемешивают с увлажните­ лем, затем с измельченной глифталевой смолой. Эту массу протира­ ют через сетку и формуют на гидравлических прессах в пресс-фор­ мах до получения заданного объемного веса. Затем производится термообработка в камерных сушильных печах с электроподогревом. Водостойкость и упругость таких кругов больше, чем кругов на ба­ келитовой связке, но прочность и теплостойкость меньше. Приме­ няется для окончательного шлифования и доводки поверхностей до шероховатости V 10—V 11. Скорость кругов на этой связке —

35—50 м/сек.

Для шлифования высокоуглеродистых сталей во избежание прижогов и трещин применяют круги на бакелитовой и глифталевой связках.

В у л к а н и т о в а я с в я з к а в своей основе имеет синтетиче­ ский каучук. Для изготовления кругов абразивный материал сме­ шивают с каучуком, а также серой и другими компонентами в ма­ лых количествах. В специальных формах под прессом абразив­ ную смесь вулканизуют, при этом каучук становится твердым и эластичным. При температуре выше 150° С каучук размягчается и набивается в промежутки между зернами абразива. Круги на такой связке засаливаются и часто требуют правки.

Круги на вулканитовой связке благодаря их эластичности ус­ пешно используют для прорезных и отрезных работ. Они обладают хорошей полирующей способностью и позволяют работать со ще­ лочными охлаждающими жидкостями. Скорость кругов на вулка­ нитовой связке 18—80 м/сек.

С в я з к и с у п р о ч н я ю щ и м и м а т е р и а л а м и . В на­ стоящее время освоен выпуск кругов с тканевыми прокладками или