книги из ГПНТБ / Вульф А.М. Резание металлов

20—30%, больше всего брусовидных зерен (1=0,55ч-0,51) — около 40%. Таким же способом была изучена геометрия зерен. Было

Статистические расчеты показали, что при обдирочном шлифо­

Необходимо подчеркнуть, что расчетные вероятностные гео­ метрические величины исходного зерна должны значительно изменяться в процессе работы по мере износа, частичного и пол­

ции зерен и связки будут сильно изменять указанные выше услов­ ные величины. Их условность возрастает, поскольку радиусы закругления режущих кромок р, также переменные по величине, достигают достаточно больших значений — до 0,1 мм. Все это надо учитывать при анализе физических явлений в процессе шлифования, и в частности трения и температуры, играющих большую роль в абразивной обработке.

ТРЕНИЕ И СИЛЫ РЕЗАНИЯ ПРИ ШЛИФОВАНИИ

Хотя размер среза, снимаемого одним зерном круга, весьма мал (до нескольких микрон), то при большом количестве одновре­

442

и, следовательно,

пPVJS

ИУ

принимается как критерий обрабатываемости металлов шлифова­ нием или как эксплуатационная характеристика абразивного инструмента. Считают, что максимальное значение коэффициента шлифования почти во всех случаях соответствует максимальному значению съема металлов и удельной производительности. Это мнение не совсем правильно, так как величина этого коэффи­

вании алмазными кругами сравнительно с обычными абразивными. Сила трения имеет решающее значение при шлифовании еще

обеспечить оптимальное по величине давление круга; при меньшем давлении алмазные зерна не врезаются в обрабатываемый материал

443

трение, повышается износ инструмента и производительность падает.

При оптимальном давлении вершины алмазных зерен постоянно заостряются за счет мельчайших скалываний, происходит самоза­

Подтверждается и для шлифования положение об увеличении силы резания с увеличением ширины резания при торцевом фре­ зеровании, поскольку В этом случае увеличивается число ЗЕРЕН (зубьев) при контакте инструмента С обрабатываемой деталью и возрастает максимальная толщина среза, приходящаяся на одно зерно. На силы резания, помимо глубины резания и продольной и поперечной подач, влияет и зернистость круга. Так, при алмаз­

ИЗМЕРЕНИЕ СОСТАВЛЯЮЩИХ СИЛ РЕЗАНИЯ ПРИ ШЛИФОВАНИИ

Для измерения сил резания при шлифовании, незначительных по величине, желательно применять приборы с чувствительными датчиками — динамометры с тензометрами сопротивления. На рис. 265, а показана схема устройства для измерения сил резания

444

Рг и Py при шлифовании [65]. Для регистрации силы Ру в любом положении шлифовального круга относительно обрабатываемой детали тензометрические мосты монтируются на переднем и за­ днем центрах — по два плеча (растяжение — сжатие) на проти­ воположных сторонах каждого центра. На двух других противо­

имеют примерно одинаковую чувствительность, что дает возмож­

реохорд прибора и усилитель. Реохорд связан с электродвигателем, приводящим в движение указатель регистрирующей части прибора (каретки с пером).

В схеме предусмотрено регулирующее сопротивление Rn, позво­ ляющее установить начало записи (нулевое положение) в любой точке шкалы прибора.

Некоторые исследователи [75] экспериментально нашли, что силы резания при шлифовании металлов с различными механи­ ческими свойствами (стали 10, 20, У10А, ШХ15, Р18) приблизи­ тельно одинаковы. Объясняют это тем, что под действием высокой температуры шлифования металлы размягчаются и коэффициенты трения при этом также уравниваются. Но все это, очевидно, не относится к жаропрочным сталям и сплавам.

и60-102Г)"

Несмотря на малые силы резания при шлифовании, для вра­ щения кругатребуется сравнительно большая мощность вслед­ ствие больших скоростей вращения. Расход мощности на вращение изделия при его низких скоростях весьма мал. Вместе с тем необ­ ходимо отметить, что при обдирочном шлифовании, когда одно­ временно работающие несколько абразивных кругов срезают слой металла толщиной до 7—6 мм при весьма высокой производитель­ ности (до 360 кг/ч), требуются значительные мощности для вра­ щения инструментов и обрабатываемого изделия.

446

В литературе приводится пример обработки металла торцевым сегментным кругом 03040 мм, на вращение которого затрачивалось 184 кВт и на вращение стола с обрабатываемой деталью 55 кВт.

Температура в процессе шлифования

При высоких скоростях шлифования, наличии тупых углов (больших отрицательных передних углов у) у режущих абразивных зерен наблюдаются значительные упругие и пластические дефор­ мации стружки и обработанной поверхности, царапание (диспер­ гирование), внешнее трение. Все это вызывает тепловые явления, характеризующиеся мгновенной скоростью нагревания зоны ре­ зания (десятки тысяч градусов в секунду), образованием темпе­ ратурного поля достаточной глубины при высокой температуре (до ~1400°С) и быстрым охлаждением (сотни градусов в секунду) вглубь обрабатываемого металла.

Тепловые явления и давление приводят к изменению физиче­ ского состояния металла на определенной глубине, измельчению блоков, текстуированию и даже к фазовым и структурным превра­ щениям в тончайшем поверхностном слое обрабатываемого из­ делия. Исследования показали, что теплота, образующаяся при

далось значительное снижение температурного поля в обрабаты­ ваемой детали при шлифовании кругами повышенной теплопро­ водности (с алюминиевым наполнителем в связке) по сравнению с обработкой обычными кругами. Так, при шлифовании кругами обычной теплопроводности (Як = 2 , 1 к. кал/м-ч-град) темпера­ турное поле на шлифуемой поверхности под кругом имело 1170° С и на глубине h = 40 мкм — 720°С при работе кругом повышенной теплопроводности (кк = 6,7 ккал/м. ч. град) соответственно 990 и 600° С.

Попутно небезынтересно отметить, что в первом случае микро­ твердость изменялась от 290 кгс/мм2 на поверхности до 225 кгс/мм2 на глубине 40 мкм при исходной микротвердости 253; во втором случае соответственно 304—268 и 265. Установлено, что устало­ стная прочность образцов, шлифованных кругами повышенной теплопроводности, на 15% выше. Это связано со значительно сни­ женными поверхностными остаточными напряжениями.

Считают, что локализованный нагрев при шлифовании — главная причина образования остаточных напряжений. Послед­ ние могут быть различных знаков (сжатие или растяжение) и, следовательно, могут способствовать повышению долговечности деталей машин или, наоборот, сокращению срока их службы,

447

поскольку шлифование часто является заключительной техноло­ гической операцией.

раз. Положительное значение имеют тщательный подбор и заправка круга. Например, резкое уменьшение поверхностных растягива­ ющих напряжений и даже переход их в сжимающие напряжения, высокий класс чистоты (10—11-й класс) и точности (1—2-й класс) получали применением длительного выхаживания, тонкой правки мелкозернистого графитового круга, обладающего смазывающей способностью.

Изменением степени локализованного нагрева можно объяс­ нить, что на величину и знак напряжений влияют смазочноохлаждающие жидкости. В ряде случаев при охлаждении маслом создавались поверхностные напряжения сжатия, а водными

Наблюдалось увеличение прогиба обрабатываемой детали при шлифовании с маслом, что, надо полагать, вызвано закономерным увеличением радиальной силы Ру вследствие уменьшения трения. Следовательно, напряженное состояние обрабатываемого изделия определяется как тепловыми, так и динамическими явлениями в процессе шлифования.

При форсированных режимах резания могут появиться локаль­ ные (глубиной до 20 мкм) зоны вторичной закалки с большим ко­ личеством аустенита. Вследствие местного перегрева возникает зона отпуска шлифования, на поверхности образуются прижоги, связанные с рекристаллизацией металла, т. е. с переходом мартенситной структуры в дисперсионный троостит. Причинами п'рижогов могут быть: паразитное трение связки; трение затупившихся зерен; засаливание круга.

В этом отношении весьма положительный эффект получается при шлифовании алмазными кругами с металлической связкой и к тому же с охлаждением. Например, при шлифовании твердо­ сплавных деталей вырубных штампов в зависимости от режимов резания температура на поверхности контакта колебалась в пре­ делах 500—1000°С при работебез охлаждения и 150—230°С — с охлаждением. Была возможность получить шероховатость до 13-го класса чистоты. Стоимость штампов из ВК20 повышалась в три-четыре раза, но стойкость их увеличивалась в 40—50 раз сравнительно со стальными [18].

448

ИЗМЕРЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ПРИ ШЛИФОВАНИИ

Изучение температурных полей при шлифовании помогает разработке рациональных режимов эксплуатации абразивных ин­ струментов. Для измерения температуры удобно использовать принцип полуискусственной термопары. Удачное оформление ее для абразивной обработки металлов показано на рис. 266, а [82]. Шлифуется по поверхности 5 образец из двух половинок; между

5)

0.005

Ф0.03

/ — ш л и ф у е м ы й о б р а з е ц ; 2 — э л е к т р о д ; 3 — и з о л я ­ ц и я ; 4 — г о л о в к а э л е к т р о д а ; 5 — о б р а б а т ы в а е м а я п о ­ в е р х н о с т ь

ними зажимается константановый электрод 2 с таким расчетом, чтобы суммарная толщина электрода с изоляцией 3 обеспечила получение между половинками шлифуемого образца щели шириной не более 0,01 мм (для кругов с зерном ЭБ 25—40). Это необходимо для получения контакта абразивного зерна с обеими кромками образца. Рекомендуется совпадение плоскости разъема шлифуе­ мого обрзца с плоскостью вращения шлифовального круга.

Чтобы обеспечить рекомендуемый контакт при отсутствии проволоки с диаметром менее 0,01 мм, разработана удачная кон­ струкция термоэлектрода полуискусственной термопары для фик­ сирования температурного поля. На рис. 266, б приведена схема

заделки и конструкции термоэлектрода, изготовленного прессова­ нием константановой проволоки 00,03 мм в специальном штампе. Диаметр головки электрода больше суммарной толщины стебля электрода и его изоляции (слюда толщиной 4—5 мкм). При сжатии половинок шлифуемого образца возникает горячий спай термо­ пары материал проволоки — обрабатываемый материал на рас­ стоянии 0,8—1,2 мм от шлифуемой поверхности.

По мере приближения плоскости шлифования к спаю термо­ пара фиксирует температуру глубинных слоев материала. После срезания сплющенной головки электрода термопара автоматически начинает фиксировать контактную температуру.

Иногда применяется оптический метод определения темпера­ туры стружки по снопу искр при обдирочном шлифовании без

Следовательно, за промежуток времени т шлифовальным кругом будет срезана вся заштрихованная на рисунке площадь

450