книги из ГПНТБ / Некрасов С.С. Технология материалов. Обработка конструкционных материалов резанием учеб. пособие

круга при возрастании сил резания происходит вырывание зерен из связки. При равномерном вырывании зерен по всей поверхности круга на место выпавших зерен в процесс резания вступят новые острые зерна и, таким образом, произойдет самозатачивание абра­ зивного инструмента. Если твердость круга излишне высока, то сила резания не в состоянии вырвать зерно из связки, и в этом слу­ чае происходит «засаливание» круга, что приводит к резкому ухуд­ шению качества поверхности обработанной детали (прижоги, уве­ личение шероховатости и др.). Однако излишне мягкие круги при­ менять также нецелесообразно. Они требуют частых правок, так как зерна легко вырываются из связки и круги теряют свою форму.

Правильный выбор шлифовальных кругов по твердости произво­ дится на основе следующих общих положений. Твердые материалы необходимо обрабатывать мягкими кругами (М—СМ—С). При обра­ ботке вязких материалов (цветных металлов, мягких сталей) также необходимо выбирать мягкие круги (М—СМ), но более крупнозер­ нистые. При шлифовании фасонных поверхностей следует приме­ нять более твердые круги для сохранения фасонного профиля круга. .

Структура абразивного инструмента. Под структурой абразив­ ного инструмента понимают соотношение между абразивными зер­ нами, связкой и порами. Различают три группы структуры (плот­ ная, средняя, открытая), включающие 13 номеров, в зависимости от объемного содержания абразивных зерен в инструменте. Плотные структуры имеют номера 0—3 и содержат соответственно абразивных зерен (по объему) 62, 60, 58 и 56%. Средние структуры имеют номера 4—8 и содержат соответственно абразивных зерен 54, 52, 50, 48 и 46%. Открытые структуры имеют номера 9—12 и содержат соответ­ ственно 44, 42, 40 и 38% абразивных зерен.

Чем более открытая структура, тем меньше будет засаливаться круг. Круги со структурами № 4 и 5 применяют для наружного круглого шлифования; со структурой № 6 — для внутреннего круг­ лого шлифования;' со структурами № 7 и 8 — для плоского шлифо­ вания; со структурами № 9—12 — для отрезки и прорезки канавок на деталях.

Маркировка абразивных инструментов. Выпускаемые промыш­ ленностью стандартные абразивные инструменты маркируют на нерабочих поверхностях. В маркировке указывают: размеры абра­ зивного инструмента; абразивный материал и использованную связку; твердость; номер зернистости; номер структуры; предельно допустимые окружные скорости вращения круга. Например, марки­ ровка Э32СМ1К5 обозначает: электрокорунд нормальный, зернис­ тость 32, средняя мягкость 1, керамическая связка, структура № 5.

Максимальная окружная скорость указывается особо. Работать кругами на скоростях, больших предельно допустимых, запре­ щается .

Выбор, испытание и установка абразивных кругов. Корундо­ вые круги применяют для шлифования деталей из стали, ковкого

201

чугуна, твердой бронзы, для заточки инструментов из инстру­ ментальных сталей. Карборундовые круги применяют для шлифо­ вания деталей из серого чугуна, мягкой бронзы, латуни, алюми­ ния и для заточки инструментов, оснащенных твердыми сплавами. В табл. 23 даны некоторые рекомендации для выбора шлифовального

крута при круглом наружном и внутреннем шлифовании (связ­ ка — керамическая, зернистость 50—32).

Шлифовальные круги рабо­ тают при высоких окружных скоростях (до 70 м/с). Поэтому во избежание разрыва шлифо­ вальных кругов во время рабо­ ты, что может привести к тяже­ лому несчастному случаю, кру­ ги перед установкой на станок испытывают на специальном

стенде. Испытание производится в течение 5—10 мин со скоростью, превышающей рабочую на 50—60 %.

Установка круга на станок должна производиться очень тща­ тельно с обязательной балансировкой. Правильное и надежное крепление круга должно обеспечить его безопасную работу. Круг должен быть зажат между двумя фланцами одинакового размера концентрично оси вращения шпинделя станка. Между зажимными флан­ цами и кругом с обеих сторон ставят прокладки из упругого мате­ риала (картона, резины, кожи и др.) толщиной 0,5—3 мм. Прокладки должны перекрывать зажимную поверхность фланцев и выступать по окружности на несколько миллиметров. При установке круга необходимо выверить концентричность периферии круга относи­ тельно оси шпинделя и перпендикулярность его боковых сторон. Перед установкой шлифовальный круг осматривают для выявления наружных дефектов и проверяют легкими ударами деревянного молотка по боковой поверхности. Шлифовальные круги при рабочем использовании на соответствующих станках должны быть надежно защищены специальными кожухами.

Алмазный инструмент также выпускается в виде кругов, брусков, эластичных лент, резцов и паст. Круги применяют для шлифования и заточки, бруски — для хонингования и суперфиниша, эластич­ ные ленты — для полирования, пасты — для притирки. Алмазное шлифование и заточка в основном применяются при обработке твер­ дых сплавов, другие методы алмазной обработки применимы для стали и чугуна.

Алмазный круг состоит из корпуса (сталь, алюминий, пластмасса) и алмазоносного кольца (часто толщиной 1,5—3 мм). Алмазоносный слой состоит из алмазного порошка (чаще синтетического), связки, наполнителя и пор. Алмазные бруски делают в виде колодки (сталь, пластмасса) с алмазоносным слоем.

202

Для изготовления алмазного инструмента типа кругов, брусков применяют связки трех видов: органические, металлические и кера­ мические. В распространенных органических связках в качестве связующей основы использован порошкообразный бакелит с напол­ нителями в виде карбида бора (Б1), железного порошка (Б2), белого электрокорунда (БЗ),зеленого карбида кремния (Б4). Металлические связки состоят из различных композиций металлов. Наиболее рас­ пространены металлические связки Ml (на бронзовой основе), МСЗ, МП2.

На керамической связке (К.1) изготовляют круги, предназна­ ченные для заточки твердосплавного инструмента вместе со сталь­ ной державкой. Керамические связки состоят из обожженных и из­ мельченных силикатов (порошка стекла, огнеупорной глины).

Важной характеристикой алмазных инструментов, определяю­ щей их производительность и стоимость, является концентрация (содержание) алмазов. За 100%-ную концентрацию принято содер­ жание 4,39 карата алмазов в 1 см3 алмазоносного слоя (или 0,878 мг

в 1 мм3), что занимает около 25% его объема. Инструмент выпускают

сконцентрацией в пределах от 25 до 200% (с интервалом в 25%). Наиболее распространена 100%-ная концентрация алмазов.

Алмазные ленты характеризуются материалом основы, маркой, зернистостью и концентрацией алмазов, родом связки, а также формой и размерами лент. В качестве материала основы применяют стальные ленты толщиной 0,025—0,1 мм, капрон, лавсан и другие ткани. Хорошие результаты при полировании шеек коленчатых валов и кулачков распределительных валов двигателей показали

ленты марки Р9 на лавсановой ткани с алмазоносным слоем, состоя­ щим из алмазов и каучуковой связки.

Алмазные пасты при притирке и полировании обеспечивают получение 9—14-го классов чистоты поверхности. В зависимости от процентного содержания алмазов алмазные пасты изготовляют нор­ мальной (Н) и повышенной (П) концентраций. В зависимости от зернистости содержание по массе алмазов в пасте концентрации Н составляет от 1 до 10%, при концентрации П — от 2 до 20%. Зер­ нистость паст бывает от 60 до 1 мкм.

По консистенции различают твердые пасты Т и мазеобраз­ ные М.

§ 2. ВИДЫ ШЛИФОВАНИЯ

И ЭЛЕМЕНТЫ ПРОЦЕССА РЕЗАНИЯ ПРИ ШЛИФОВАНИИ

Виды шлифования. Различают наружное круглое, внутреннее круглое, бесцентровое, плоское, фасонное и другие виды шлифования (резьбошлифование, зубошлифование, шлицешлифование и др.). Наиболее распространенными видами шлифования являются наруж­ ное круглое, внутреннее круглое и плоское. Особой разновидностью является скоростное шлифование, т. е. шлифование особыми кругами при высоких скоростях шлифовального круга.

203

Наружное круглое шлифование с продольной подачей (рис. 142,а) осуществляют при вращении в одну сторону шлифовального круга и обрабатываемой детали. Кроме того,обрабатываемая деталь (иногда круг) имеет продольное перемещение параллельно оси вращения круга (детали). В конце каждого одинарного или двойного прохода шлифовальный круг получает поперечное перемещение на глубину резания. По этой схеме обрабатывают относительно длинные детали.

Шлифование с поперечной подачей — врезное шлифование (рис. 142, б) применяют для деталей, у которых длина обрабатыва­ емой поверхности меньше или равна ширине В круга. -

При круглом внутреннем шлифовании (рис. 142, в) круг и обра­ батываемая деталь имеют вращательное движение. Кроме того, круг имеет возвратно-поступательное движение подачи и поперечную подачу (на глубину резания) в конце каждого двойного хода. Усло­ вия резания при круглом внутреннем шлифовании менее благо­ приятны, чем при наружном шлифовании (меньшая жесткость шпин­ деля, большая длина соприкосновения круга и детали). Поэтому параметры режима резания берутся примерно в 1,5—2 раза мень­ шими, чем при наружном шлифовании.

Круглое бесцентровое наружное шлифование (рис. 142, г) при­ меняется для шлифования гладких валов. Обрабатываемая деталь 2 располагается на упоре 4 между шлифовальным 1 и ведущим 3 кругами. Шлифовальный круг вращается с окружной скоростью, равной примерно 30—40 м/с, ведущий круг — со скоростью 10—

204

80 м/мин. Ведущий круг располагается под углом а = 1,5 -ь5° к шли­ фующему кругу, благодаря чему обрабатываемая деталь получает от ведущего круга вращательное и поступательное движения (вра­ щательную Од и продольную sIip подачи). Скорость .продольной подачи s„p возрастает с увеличением угла а.

Плоское шлифование осуществляется торцом (рис. 142, д) и периферией круга (рис. 142, е). Обрабатываемой детали сообщается поступательно-возвратное движение, а шлифовальному кругу — вращательное движение и, кроме того, после каждого двойного хода — перемещение в поперечном направлении.

При скоростном шлифовании скорость круга достигает 50— 70 м/с, т. е. в 2—2,5 раза больше, чем скорость при обычном шлифо­ вании. Скоростное шлифование можно применять только с исполь­ зованием высокопористых кругов на керамической связке, обла­ дающей повышенной прочностью. Такие круги имеют меньший объемный вес, что уменьшает центробежную силу и обеспечивает достаточную прочность круга при высоких скоростях. Кроме того, при наличии пористой (открытой) структуры создаются вихревые воздушные потоки, интенсивно охлаждающие обрабатываемую де­ таль.

Износ шлифовального круга зависит от обрабатываемого мате­ риала, характеристики круга (материала абразивных зерен, зер­ нистости, твердости), режима резания. При работе происходит износ круга, затупление зерен, а также заполнение пространства между зернами металлической пылью (стружкой). Поэтому даже при правильном выборе абразивного инструмента и наличии явле­ ния «самозатачивания» приходится периодически править круг для придания ему правильной формы. Износ шлифовального круга по его ширине происходит неравномерно: наиболее интенсивно изнашивается та часть круга, которая встречается с обрабатывае­ мой деталью, — эта часть округляется и выполняет роль заборной части. Затупление круга характеризуется увеличением шероховато­ сти обработанной поверхности, снижением точности обработки, появлением прижогов, уменьшением производительности, появлени­ ем дополнительного шума.

Правкой круга называется процесс удаления с поверхности круга слоя затупившихся абразивных зерен для восстановления режущей способности, придания кругу правильной геометрической формы и балансировки.Средняя стойкость шлифовальных кругов при круглом наружном шлифовании Т = 15 мин. Правят круги при помощи алмазов, заделанных в оправке, алмазных карандашей (мел­ кие алмазы, сцементированные сплавом вольфрама, меди и алюминия в виде цилиндриков), кругов из карбида кремния и металлических шарошек (рис. 143).

Элементы процесса шлифования. Припуски (на диаметр) на шли­ фование валов в зависимости от диаметра, длины детали, наличия или отсутствия термической обработки находятся в пределах 0,2— 1,2 мм. Элементами режима резания при круглом наружном шлифо­

205

вании (см. рис. 142, а) являются: глубина резания (поперечная подача), продольная подача, окружные скорости круга и детали.

Глубина резания t — толщина снимаемого слоя металла за один проход шлифовального круга. Глубина резания совпадает с вели­ чиной поперечной подачи круга, которая осуществляется в крайнем положении круга относительно обрабатываемой поверхности детали, когда круг по ширине частично выходит за пределы детали. При черновом шлифовании глубину резания (поперечную подачу) берут в пределах 0,01—0,08 мм и при чистовом — 0,005—0,015 мм. Про­

где DÄ— диаметр детали в мм;

пл — частота вращения детали в об/мин.

В зависимости от материала и условий обработки допустимая окружная скорость вращения обрабатываемой детали может быть подсчитана по эмпирическим формулам.

При шлифовании периферией круга

206

где Da — диаметр детали в мм; t — глубина резания в мм;

s — продольная подача в долях ширины круга на один обо­ рот детали;

В — ширина шлифования в мм;

С, р, т, X, у, z — коэффициент и показатели степени (табл.

.24); Т — период стойкости круга в мин.

Обычно при круглом наружном шлифовании принимают следую­ щие окружные скорости вращения обрабатываемой детали: при

Таблица 24

Значения коэффициента С и показателей степени р, пг, х, у, г

207

Объем металла, срезаемый за один оборот обрабатываемой де­ тали,

Q — nDnts мм3,

где Dд — диаметр обрабатываемой детали в мм;

i n s — глубина резания и продольная подача в мм.

Силы резания и мощность при шлифовании. Суммарная сила Р,

действующая на обрабатываемую деталь, может быть разложена на три составляющие (рис. 144): тангенциальную Рг, радиальную Рѵ и осевую Рх. При шлифовании сила

Ру = (1,5 ч- 3) Рг.

Силу Рг можно определить по эм­

Мощность УѴд примерно в 60—100 раз меньше мощности NKиз-за медленного вращения детали.

208

Основное (машинное) время шлифования. Для круглого шлифо­ вания с продольной подачей основное (машинное) время определя­ ется по формуле

где L — длина продольного хода стола (круга) в мм; h — припуск на сторону в мм;

Пд — частота вращения обрабатываемой детали в об/мин; s — продольная подача в мм/об;

і — глубина резания в мм (поперечная подача в мм/дв. ход); К — поправочный коэффициент, учитывающий добавочное число проходов без поперечной подачи (на выхаживание); для грубого

При выборе режима резания определяют характеристику шлифо­ вального круга (форму, размеры, материал абразива, связку, зер­ нистость, твердость), глубину резания, число проходов и продольную подачу в долях ширины круга. Затем определяют скорость и частоту вращения детали, которую корректируют по паспорту станка. По принятой фактической частоте определяют фактическую окружную скорость детали. После этого выбирают окружную скорость вращения шлифовального круга (скорость резания), тщательно учитывая недопустимость превышения этой скорости против указанной в ха­ рактеристике круга, и определяют мощность, необходимую для шлифования. Эта мощность должна быть менее или равна мощности на шпинделе станка. Затем подсчитывают машинное время.

§ 3. ОТДЕЛОЧНЫЕ МЕТОДЫ АБРАЗИВНОЙ ОБРАБОТКИ

Для получения особо высоких классов чистоты обрабатываемой поверхности (7—14-й классы) и точности обработки (1—2-й классы) применяют отделочные методы обработки, к которым относятся притирка, хонингование, суперфиниш, полирование и гидроабра­ зивная обработка.

Притирка (или доводка) заключается в удалении с поверхности обрабатываемой детали весьма незначительного слоя металла посред­ ством применения особо мелкозернистого абразивного материала в среде смазки (пасты ГОИ и др.), нанесенного на поверхность ин­ струмента, называемого притиром.

При доводке отверстий используется притир, представляющий собой разрезную втулку с внутренним коническим отверстием. При помощи конического штифта втулку разжимают и контактируют ее рабочую поверхность с поверхностью обрабатываемого отверстия. Притир для вала — также разрезная втулка, устанавливаемая в стальном разрезном корпусе. Давление на обрабатываемую поверх­ ность вала создают стяжным болтом разрезного корпуса.

209

При обработке параллельных плоскостей притирами являются диски, между которыми размещают детали. Притиры (или детали) совершают относительно друг друга сложные движения. Например, при обработке внутренних и наружных цилиндрических поверх­ ностей притиры (детали) имеют вращательное и поступательновозвратное движение.

Притиры обычно изготовляют из серого чугуна, реже меди и свинца, а в некоторых случаях и из пластмассы и даже дерева. В качестве абразивных материалов для притиров применяют порошки алмаза, корунда, карборунда, наждака зер­

ки 2 с абразивными брусками 3. Колодки 2 коническими выступами прижимаются при помощи круговых пружин 7 к нажимным шайбам 5, закрепленным на стержне4с прямоугольным отверстием под палец5. Палец служит для крепления хонинговальной головки на шпинделе станка, а конус 6 — для центрирования головки в отверстии.

В процессе работы хон совершает вращательное и возвратно­ поступательное движение. В конце двойного хода (вниз и обратно) стержень 4 подвигается вниз относительно корпуса 1 и нажимными шайбами 5 раздвигает на несколько микрон колодки с абразивными брусками, т. е. производит радиальную подачу брусков. При нали­ чии на станке гидравлической подачи стержень 4 все время находится под давлением, т. е. имеет место непрерывный прижим брусков 3 к обрабатываемой поверхности детали.

Окружная скорость вращения хона при обработке закаленной стали 10—25 м/мин, серого чугуна — 30—70 м/мин. Скорость осе­

210