книги из ГПНТБ / Лурье, Г. Б. Основы технологии абразивной доводочно-притирочной обработки учебник

Г л а в а VII

СУЩНОСТЬ ПРОЦЕССА АБРАЗИВНОЙ ДОВОДОЧНО-ПРИТИРОЧНОЙ ОБРАБОТКИ

§ 47. ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ О ПРОЦЕССАХ

М е х а н п ч е с к и й п р о ц е с с при д о в о д к е. При доводке абразивные зерна помещаются между об­ рабатываемой поверхностью и притиром. Под воздейст­ вием давления и при взаимном перемещении притира и обрабатываемой поверхности будет происходить мнкрорезание — царапание, пластическое деформирование и истирание выступающих гребешков на обрабатывае­ мой поверхности'. Основную роль по снятию металла при механической доводке выполняют абразивные зерна, твердость которых выше твердости обрабатываемого ме­ талла. В зависимости от давления и размера зерен по­ следние внедряются в обрабатываемую поверхность на разную глубину. При весьма малой глубине внедрения происходят упругие деформации без образования стру­ жек. В этих случаях имеет место трение между абра­ зивными зернами и обрабатываемой поверхностью, в ре­ зультате которого происходит износ — истирание тон­ кого слоя на обрабатываемой поверхности. По данным 3, И. Кремень, переход от упругого к пластическому деформированию при обработке закаленной стали про­

зивных зерен может иметь место пластическое дефор­ мирование и смятие выступающих гребешков на обра­ батываемой поверхности. По данным 3. И. Кремень,

191

переход от пластического деформирования металла к образованию стружки происходит при относительной глубине внедрения зерна

± - > 0,5.

Р

При относительно большей глубине внедрения зерен может иметь место образование стружек.

Под воздействием механического процесса происхо­ дит также упрочнение поверхностного слоя — повыше­ ние микротвердости, возникновение остаточных сжимаю­ щих напряжений. Величина и глубина залегания оста­ точных напряжений определяются режимом обработки. Развитие процесса пластической деформации протекает в основном путем скольжения, т. е. перемещения от­ дельных частей кристалликов по определенным кри­ сталлографическим плоскостям. Можно представить, что процесс скольжения является движением одного слоя атомов относительно другого под действием деформи­ рующей силы. Скольжение начинается тогда, когда воз­ никают критические сдвигающие напряжения, достаточ­ ные для начала скольжения. Упругая деформация рас­ пространяется почти со скоростью звука. Для осуществ­ ления пластической деформации требуется время. По­ этому при больших скоростях деформации имеет место частичное протекание пластической деформации.

По данным И. М. Брозголь, при доводке роль пла­ стических деформаций, вызывающих течение металла, возрастает по сравнению со шлифованием. По ориен­ тировочным подсчетам при шлифовании на пластиче­ скую деформацию, вызывающую снятие стружки, тра­ тится только 20% общей работы шлифования. Осталь­ ные 80% затрачиваются на упругую и пластическую деформации. При доводке работа, затраченная на сня­

и при шлифовании, затрачивается на пластическую и упругую деформацию.

Х и м и ч е с к и е я в л е н и я п р и д о в о д к е . До­ водка — сложный процесс. Здесь помимо непосредст­ венно механической обработки имеют место химические явления и адсорбция, (которые могут происходить при соответствующем подборе рабочей среды. По данным акад. И. В. Гребенщикова, поверхность металла всегда

192

покрыта оксидной пленкой. Эта пленка кристалличе­ ская, она весьма прочна и снимается с поверхности ме­ талла с большим трудом. Под влиянием химического реагента (например, серы и других компонентов, входя­ щих в состав абразивно-доводочных смесей) на металле молено создать И более мягкие пленки, которые удаля­ ются даже сравнителмю мягкими абразивными порош­ ками (например, окисью хрома). Особенностью таких пленок является их способность притягивать к себе (ад­ сорбировать) тонкоизмельченные вещества и прочно их удерживать. Таким образом, сущность разработанного акад. И. В. Гребенщиковым метода доводки заключает­ ся в образовании на притираемой поверхности тончай­ шей мягкой пленки (например, сульфидной), обладаю­ щей большой адсорбционной способностью. Эта пленка адсорбирует на своей поверхности дисперсные частицы мягкого абразива (окиси хрома)-. Также адсорбционно эти частицы прилипают и к поверхности притира. Бла­ годаря разным скоростям движения заготовки и при­ тира пленка, покрывающая обрабатываемую поверх­ ность, срывается в тех местах, где притир близко под­ ходит к гребешкам, оставшимся после предварительной обработки.

Обнажившаяся поверхность металла под влиянием химического реагента вновь покрывается пленкой, ко­ торая снова срывается мягким абразивом и выступаю­ щие частицы на поверхности постепенно сглаживаются. Таким образом, при этом процессе первоначально ока­ зывается химическое воздействие, а затем механическое.

Работами акад. П. А. Ребиндера установлено влия­ ние адсорбции на механические свойства поверхностных слоев металла, при этом может происходить облегчение процесса доводки за счет:

образования и развития большого числа поверхност­ ных микротрещин под влиянием адсорбции поверхност­ но-активных веществ рабочей среды, при скалывании металла зона предразрушения может развиваться на известную глубину под поверхностью диспергируемого слоя;

облегчения пластического течения обрабатываемого металла без разрыва в наружных слоях, прилегающих к поверхности, в результате проникновения адсорбцион­ ных слоев вглубь металла по микрощелям вдоль пло­ скостей скольжения, своеобразное внутреннее смазоч-

ное действие облегчает течение металла п пластический сдвиг;

понижения коэффициента "внешнего трения, т. е. обычное смазывающее действие рабочей среды.

В процессе резания химически активные добавки и смазки жидкотекучн и тем самым, оказывая химическое и физико-химическое воздействие на металл, способству­ ют более равномерному распределению абразивных зе­ рен, а также выносу .из зоны "резания осколков абра­ зива и стружки. Время обработки зависит от добавки поверхностно-активных веществ, например, олеиновой пли стеариновой кислоты и др. Это объясняется изме­ нением толщины покрывающей .металл пленки и, следо­

т. е. чем длиннее углеродная цепочка, тем большее химическое воздействие оно оказывает на механические свойства металла.

Таким образом, доводка является процессом ком­ плексным и включает: пластическое течение микро­ рельефа обрабатываемой поверхности, резание абразив­ ными зернами или истирание тончайшего поверхностно­ го слоя, химическое воздействие поверхностно-активных веществ (стеариновой, олеиновой кислоты и др.) на об­ рабатываемую поверхность.

С п о с о б ы д о в о д к и . Существует несколько спо­ собов доводки:

притирами, предварительно шаржированными (внед­ ренными в их поверхность) абразивными порошками, при этом обращается внимание, чтобы абразивные ча­ стицы не растирались, а вдавливались в материал при­ тира. Этот способ обеспечивает высокую точность, но является более трудоемким. Шаржирование заключает­ ся во внедрении и достаточно прочном закреплении абразивных зерен в ферритных и графитных включе­ ниях на поверхности чугуна. Лучшие результаты по шаржированию достигаются, когда размеры зерен наи­ более близки к размерам ферритных и графитных вклю­ чений и при повышенной однородности зернового со­ става;

притирами, шаржирующимися абразивами в процес­ се работы, при этом абразивная суспензия подается периодически или непрерывно. При этом способе ма­ териал притира должен быть мягче обрабатываемого

194

материала, либо иметь на •поверхности мягкие включе­ ния (феррита, графита), с тем, чтобы абразив мог внед­ риться в процессе обработки иод давлением в поверх­ ность притира. При этом обеспечивается большая про­ изводительность, но меньшая чистота поверхности по сравнению с предыдущим способом;

свободными нешаржирующимися абразивами. При этом абразив выбирают мягкий, мало способный внед­ ряться как в обрабатываемый материал, так и в мате­ риал притира.

§ 48. ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА ПРОЦЕСС ДОВОДОЧНОПРИТИРОЧНОЙ ОБРАБОТКИ

мальный и белый, монокорунд, карбид кремния, карбид бора, кубический нитрид бора, синтетические алмазы, крокус, окись хрома и др. Притиры, покрытые порошка­ ми алмаза или кубического нитрида бора, наиболее дол­ говечны, и процессобработки протекает более интенсив­

ботке закаленной стали, но предпочтителен при обработ­ ке чугуна.

кругления увеличиваются. Так, например, для электро­ корунда белого с увеличением зернистости от M l до М7 среднее значение радиуса закругления возрастает от 0,11 до 0,3 мкм. Радиусы закругления при вершине зерен оди­ накового размера для разных абразивных материалов различны. Наименьшие радиусы имеют зерна синтетиче­ ского алмаза и монокорунда, наибольшие — зерна гли­ нозема. Средние значения углов заострения при вершине

данного абразива. Измельчение зерен абразива является основной причиной снижения съема металла при увели-

чении продолжительности использования абразива. Со­ хранение своей формы при измельчении делает целесооб­ разным повторное использование его после извлечения из отходов.

Дробление абразивного зерна есть полезный процесс, поддерживающий зерно все время в состоянии, пригод­ ном для работы. Измельчение абразивных зерен происхо­ дит главным образом в момент заклинивания их между поверхностью притира и обрабатываемой поверхностью, когда они упираются двумя' своими наиболее удаленны­ ми друг от друга точками в обе поверхности. Расстояние между этими поверхностями больше наименьшего и мень­ ше наибольшего размера зерна основной фракции и по­ степенно уменьшается по мере измельчения зерен абра­ зива. В работу при этом включается все большее и боль­ шее количество зерен. По мере увеличения количества зерен в рабочем пространстве уменьшается давление на каждое зерно. А так как с уменьшением размера абра­ зивного зерна увеличивается его относительная прочность, то в результате снижается интенсивность дробления аб­ разивных зерен, но также уменьшается и интенсивность съема металла.

Интенсивность съема металла в меньшей степени объ­ ясняется постепенным сглаживанием поверхности и при­ туплением вершин абразивных зерен и переходом от ре­ зания к изнашиванию. Чем больше твердость абразива относительно твердости обрабатываемого металла, тем больше время, потребное для его округления.

Исходный микрорельеф обрабатываемой поверхности непрерывно изменяется во время доводки. В результате пластических деформаций поверхностный слой в процес­ се резания выравнивается, что изменяет характер шеро­ ховатости.

З е р н и с т о с т ь а б р а з и в н о г о м а т е р и а л а . Размеры абразивных зерен имеют важное влияние на ин­ тенсивность процесса доводки. С увеличением размера абразивных зерен съем металла возрастает в степени 0,6; это увеличение наблюдается в пределах зернистости от М5 до №6. Увеличение производительности объясняется тем, что с увеличением размера зерна возрастает разру­ шающая его нагрузка и, следовательно, увеличивается возможность работать с повышенным давлением. Однако разрушающая нагрузка возрастает медленнее, чем-изме­ нение размеров абразивного зерна. Большие по размеру абразивные зерна имеют меньшую относительную проч-

ность, чем мелкие, и потому процесс дробления абразив­ ных зерен у больших по величине зерен происходит быст­ рее. Съем металла зависит также от степени соответст­ вия между размерами зерна и включений феррита и гра­ фита на поверхности чугунных притиров, так как от это­ го зависит прочность удержания абразивных зерен при шаржировании. Имеет также значение однородность зер­ нового состава абразива.

С увеличением размеров абразивного зерна высота микронеровностей на обрабатываемой поверхности воз­ растает в степени 0,5.

Н а с ы щ е н и е п о в е р х н о с т и п р и т и р а аб ­ р а з и в о м . Исследования показали, что по мере увели­ чения количества участвующих одновременно в работе абразивных зерен, съем металла сначала возрастает,-а по достижении известного предела увеличение количест­ ва абразивных зерен не вызывает заметного увеличения съема металла. Существует оптимальное насыщение аб­ разивными зернами поверхности притира. При увеличе­ нии количества зерен давление на каждое зерно снижает­

нагрузку, увеличение количества абразивных зерен уве­ личивает и съем металла. Если количество абразивных зерен возрастает настолько, что давление на каждое зер­ но будет ниже разрушающей его нагрузки, то за счет снижения съема металла каждым отдельным зерном мо­ жет произойти общее снижение съема металла. Чем вы­ ше предел прочностТГ~абразивных зерен и их твердость,- тем ниже уровень оптимального насыщения поверхности притира.

3. И. Кремень предложил характеризовать степень насыщения поверхности притира абразивом числом Ыя внедренных зерен на 1 мм2 поверхности притира. Ниже приведена плотность насыщения чугунного притира аб­ разивными микропорошками при доводке концевых ме­ рительных плиток:

Как видно, плотность насыщения колеблется в зна­ чительных пределах, что, по-видимому, связано с неод-

'197

породностью зернового состава абразивных микропо­ рошков.

По данным X. Лихтенберга, оптимальное число зерен на 1 мм2 при зернистости M l 8 должно составлять 1000 зе­ рен и они будут покрывать 8% поверхности притира. При концентрации абразивных зерен меньше оптимальной производительность обработки будет снижаться, при большей — будет происходить перемалывание и повы­ шенный расход абразива без улучшения показателей об­ работки.

На практике насыщенность и равномерность распре­ деления абразива при предварительном его шаржирова­ нии в поверхность притира проверяют по внешнему виду. Блестящие пятна указывают, что притир недостаточно насыщен абразивом, либо последний неравномерно рас­ пределен.на его поверхности. В этом случае шаржирова­ ние продолжают до тех пор, пока поверхность не станет равномерно серой. Излишний абразив смывают кероси­ ном. Лишние абразивные зерна могут создать на обра­ батываемой поверхности царапины и надипы.

однократная подача абразива пепед началом довод­ ки, при этом имеет место затухающий процесс съема ме­ талла с убывающей производительностью. Это объяс­ няется измельчением зерен до такой степени, что они ста­ новятся близкими по своей величине к толщине пленки, покрывающей поверхность притира и состоящей из рабо­ чей жидкости или пасты, частичек обрабатываемого ме­ талла и материала притира:

периодическая подача абразива, при этом имеет мес­

дости обрабатываемого металла интенсивность процесса доводки снижается. Наиболее низкий съем наблюдается при обработке твердых сплавов. Поэтому для обработки твердых сплавов применяются порошки алмазные и из кубического нитрида бора. С повышением твердости ста­ ли чистота поверхности улучшается. Доводка повышает микротвердость на 100—150 кПмм2. При доводке в по­ верхностных слоях возникают напряжения сжатия. Мак­ симальная величина остаточных напряжений равна 120—

198