книги из ГПНТБ / Вульф А.М. Резание металлов

ABC. Максимальная толщина этой площади атах — ВВЪ изме­ ренная по радиусу круга, срезана всеми зернами 1т (где т —.чи­ сло зерен на единице длины круга), расположенными на длине

Значение sin (a -f-В) можно. выразить величинами, доступ­ ными измерению. Согласно рис. 267 имеем

или

где D — диаметр круга в мм; d — диаметр изделия в мм, следо­ вательно,

Учитывая, что при продольной подаче s (в мм/об) круга вы­ сотой В истинная траектория представляется винтовой линией и притом обрабатываемый за один оборот изделия участок будет встречаться с абразивными зернами круга число раз, кратное i =

= - s - [63], делим обе части уравнения (279) на число i:

следующее: уменьшать глубину шлифования t; уменьшать ско­ рость вращения изделия vH; увеличивать скорость вращения круга vK; применять мелко- и многозернистые круги (большое число ш) возможно большего диаметра.

Практика подтверждает эти положения. Так, на основе экспериментальных исследований [171] для получения высокой производительности рекомендуются следующие отношения ско­

При чистовом шлифовании необходимо указанные отношения увеличивать в два—четыре раза, преимущественно за счет ско­ рости круга.

Но вместе с тем надо добавить, что качество обработанной поверхности зависит от ряда других факторов, например: рода и формы зерна, связки, структуры круга, физико-механических свойств обрабатываемого материала, жесткости системы, смазочноохлаждающей среды и др.

В процессе шлифования большое значение имеет не только твердость абразивных зерен (твердые зерна, как правило, обла­ дают более острыми кромками), но, главным образом, характер взаимодействия их с обрабатываемым материалом. Находят, что круги с бакелитовой связкой дают более чистую поверхность (сравнительно с керамическими), так как имеют гладкие поверх­ ности пор, стружка в них меньше застревает и круги меньше за­ саливаются.

452

С увеличением твердости обрабатываемого материала умень­ шается фактическая глубина шлифования / ф , что не может не от­ разиться как на качестве обработки, так и на износе круга. Глу­ бина шлифования уменьшается также с уменьшением жесткости системы, но при этом увеличиваются микронеровности шлифо­ ванной поверхности и форсируется износ круга вследствие дроб­ ления.

Дробление возникает не только в связи с малой жесткостью системы, но еще и в большей степени от дефектов опор шифовальных кругов, неуравновешенности последних, неравномерной по­ дачи. Все это усиливает неровности обработанной поверхности и способствует образованию прижогов, шлифовочных трещин. Замечено, что склонность к таким дефектам возрастает с увели­ чением содержания в сталях легирующих элементов.

Роль смазочно-охлаждающих средств (СОС) в процессе шлифования

Процесс абразивной обработки всегда сопровождается высо­ кими мгновенными температурами и значительными силалш трения, что вызывает ряд нежелательных явлений, связанных с износом инструмента и качеством обработанной поверхности. Естественно, что здесь смазочно-охлаждающие средства должны играть положительную роль, если при выборе их учтены конкрет­ ные условия абразивной обработки, т. е. физико-химико-механи­ ческие свойства обрабатываемого материала, инструмента и сма­

Исследования показали, что при шлифовании нержавеющей стали обработанная поверхность была лучше в случае применения осерненного масла в сравнении с эмульсией. При обдирке шлифо­ вание нередко происходит без применения СОС. Шлифование же, заточка и даже доводка алмазными кругами на металлической связке производятся обязательно с охлаждением.

Охлаждение маслом увеличивает удельный съем металла в не­ сколько раз в сравнении с сухдтм шлифованием, к тому же сни­ жаются потребляемая мощность и шероховатость обработанной поверхности. Особенно значителен эффект при шлифовании жаро­ прочных сплавов с заменой жидкости на водной основе маслами с присадкой серы и хлора.

Титановые сплавы успешно шлифуют, применяя охлаждение высокохлорированным маслом, и удовлетворительно при охлаж^ дении водным раствором нитридов. При этом удельный съем металла снижается с увеличением вязкости масла, а при шлифо­ вании жаропрочных сплавов на кобальтовой основе возрастает.

453

Эффективность смазочно-охлаждающей среды различна для корундовых и карборундовых кругов и зависит от режима шлифо­ вания. Так, при шлифовании титановых сплавов оптимальная скорость круга с зернами SiC равна vK = 20—30 м/с, а для ко­ рундовых кругов несколько ниже. Опыт показал, что шлифова­ ние титановых сплавов карборундовыми кругами (SiC) в несколько раз производительнее, чем электрокорундовыми (А12 03 ). Это объ­ ясняют физическими свойствами абразива: произведение коэффи­ циентов теплопроводности, удельного веса и теплоемкости (кус) у карбида кремния SiC в три раза больше, чем у окиси алюминия.

Изменением степени локализованного нагрева можно объяс­ нить, что на величину и знак напряжений влияют смазочно-охла- ждающие средства. В ряде случаев при охлаждении маслом соз­ давались поверхностные напряжения сжатия, а водными раство­ рами — напряжения растяжения.

ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ НА ИЗНОС АБРАЗИВНЫХ ИНСТРУМЕНТОВ

Если считать, что износ шлифовального круга определяется нагрузкой на зерно круга, и, следовательно, характеризуется ве­ личиной aZmax по уравнениям (280—282), то можно прийти к за­ ключению, что износ круга должен возрастать с увеличением скорости изделия, глубины шлифования, подачи, а также с умень­ шением скорости круга, зернистости т (числа зерен на единице длины круга), диаметров круга и обрабатываемой детали.

Эти положения оправдываются в практике эксплуатации абразивного инструмента, но необходимо иметь в виду еще ряд параметров шлифования, определяющих стойкость абразивного инструмента.

Износ шлифовального круга может происходить различным образом в зависимости от обрабатываемого материала, рода аб­

не влияют существенно на обрабатываемость ее шлифованием. Легирование стали добавками хрома, марганца, никеля незначи­ тельно ухудшает обрабатываемость, в то же время добавки воль­ фрама, кремния, титана и других элементов, значительно повы­ шающих жаропрочность, резко затрудняют обработку шлифова­ нием. Например, при шлифовании углеродистой стали [37] аб­ разивная способность шлифовального круга в 20—40 раз выше, чем при обработке жаропрочных сталей.

Стойкость шлифовального круга определяется в основном взаимодействием (химической реактивностью) обрабатываемого металла с абразивом в условиях высокой температуры. Напри­ мер, исследования [9] показали, что при температуре 1200°С титан и его сплавы реагируют с электрокорундом в шесть раз активнее, чем С карбидом кремния. Зерна карбида кремния имеют

454

максимальный износ при шлифовании чистого железа и минималь­ ный при шлифовании чугуна. Сухое шлифование вызывает склон­ ность их к химическим реакциям с обрабатываемым материалом.

Картина износа абразивного инструмента еще более услож­ няется в зависимости от физико-механических свойств его различ­ ных связок. Например, отмечается, что при шлифовании углеро­ дистых и малолегированных сталей удельная производительность шлифовальных кругов на керамической связке значительно выше в сравнении с бакелитовыми кругами. Объясняют это тем, что при обжиге электрокорундового керамического круга на поверх­

В бакелитовом шлифовальном круге устойчивость абразивного зерна определяется лишь механической прочностью бакелита, облегающего зерно, которое выкрашивается при уменьшении по­ верхности контакта до половины поверхности зерна. Вероятно, этим можно объяснить то обстоятельство, что бакелитовые круги давали меньше прижогов, так как при частом выкрашивании круги работали свежими зернами с острыми кромками.

Наблюдаются четыре разновидности процесса износа абразив­ ного инструмента.

1. Нормальный износ возникает при регулярном выкрашивании зерен по мере их затупления. В этом случае рабочая поверхность круга непрерывно обновляется, наблюдается так называемое са­ мозатачивание. Но это происходит неравномерно, и время от времени возникает потребность в правке круга. Измерения по­ казали, что при нормальном шлифовании в отходе находится 30—40% зерен исходной фракции, а остальное составляют из­ мельченные зерна размером 25—50% от их первоначальной ве­ личины [9].

2. Форсированный износ с осыпанием абразивных зерен на­ блюдается у мягких кругов, когда обрабатываются твердые ме­ таллы. Он имеет место также при обдирке литых заготовок сег­ ментными абразивными кругами с ударной нагрузкой.

3.Износ с налипанием стружки получается при черновом шлифовании вязких металлов, когда сильно деформированная стружка заполняет пространства между зернами и отчасти поры. Трение комков стружки с химически однородным металлом вы­ зывает схватывание металлов (когезию), в результате чего про­ исходит вырывание комка стружек вместе с зернами и даже бло­ ками зерен. Подобное «самозатачивание» значительно ухудшает геометрию рабочей поверхности, сокращает число режущих кромок, выходящих на рабочую поверхность, и тогда необхо­ дима большая правка.

4.Износ с постепенным затуплением режущих зерен происходит при отделочном шлифовании. Как и при резании металлическим инструментом, износ режущих кромок в зависимости от условий

455

При ленточном шлифовании производительность возрастает

сувеличением натяжения абразивной ленты (до известного предела)

иее скорости Vn, а также и других параметров. Например, при шлифовании стали 18ХНВА производительность ленты в минуту

97.ВЫБОР ШЛИФОВАЛЬНОГО КРУГА

Правильный выбор абразивного инструмента — основа успеш­ ного процесса шлифования. Для обработки стали наиболее при­ годны корундовые круги с достаточно вязкими зернами; для шли­ фования чугуна и твердых металлов рекомендуются карборундо­ вые круги, обладающие более твердым зерном.

Высокопористые круги обычно менее прочны сравнительно с плотными, но в меньшей степени засаливаются и, следовательно, особенно пригодны для шлифования мягких и вязких металлов. Структура круга значительно влияет на производительность и ка­ чество обработки. I

Круги с относительно большим содержанием абразивных зе­ рен более производительны и дают чистую поверхность; последнее относится и к мелкозернистым кругам.

Подобные круги применяются для отделочного шлифования и притом с мягкой связкой, чтобы притупившиеся зерна своевре­

дуется мягкий круг при обработке полых изделий, когда особенно вероятна деформация из-за перегрева.

Таким образом, справедливо правило; твердые материалы сле­ дует обрабатывать мягким кругом, так как при шлифовании их абразивные зерна быстрее тупятся и, следовательно, необходима сравнительно мягкая связка, чтобы зерна были своевременно

457

удалены. При шлифовании весьма вязких и мягких металлов, например красной меди, алюминия, латуни и др., способствующих быстрому засаливанию, также необходимы мягкие круги.

При шлифовании предметов с острыми углами (например, многопазовых валов) круг выкрашивается быстрее. Это проис­ ходит также при недостаточно жесткой системе в результате ви­ браций. Поэтому в подобных случаях приходится работать кру­ гами повышенной твердости. На рис. 268 наглядно представлены ориентировочные данные по выбору абразивных инструментов из А 1 2 0 3 и SiC. Сплошными линиями отмечены зоны более выгодного

а также основные закономерности процесса шлифования и физикомеханические свойства обрабатываемого материала и абразивного инструмента в их взаимной связи.

В настоящее время все промышленно развитые страны произ­ водят синтетические алмазы для шлифовальных кругов и доводоч­ ных инструментов и паст. Шлифовальные круги большей частью выпускают на органической и металлической связке и реже на керамической.

Для чистового и доводочного шлифования наиболее пригодны синтетические алмазы на органической связке, что лучше обеспе­ чивает самозатачивание в процессе работы инструмента. Алмазы

458

повышенной прочности хороши для кругов на металлической связке, работающих при сравнительно грубом шлифовании или при отрезке.

Хрупкие поликристаллические алмазные зерна с шероховатой поверхностью и развитыми режущими кромками успешно приме­

Для любой связки алмазного круга, любого вида обработки {отрезки, чернового, чистового, доводочного шлифования) и режима шлифования существует оптимальная марка алмаза [7]. От пра­ вильного выбора ее зависит в основном проиводительность про­ цесса шлифования, иначе неизбежны серьезные просчеты.

и чем меньше ее способность удерживать зерна алмазов в круге, тем большей шероховатостью и хрупкостью должны отличаться применяемые алмазы. И наоборот, для инструмента с твердой связкой надо применять алмазные зерна (СА) наиболее прочные и гладкие.

Хрупкие синтетические алмазы на органической связке обес­ печивают в 1,5—2 раза больший срок службы по сравнению с бо­ лее прочными естественными алмазами. Прочность алмазов зави­ сит также и от их формы: зерна округлой формы прочнее про­ долговатых и тем более игольчатых.

Зерна природных алмазов иногда подвергаются термообра­ ботке, при этом на их поверхности образуется слой графита, увеличивающий шероховатость и способствующий лучшему удер­

зывалось, что выгоднее применять круги большого диаметра, так как нагрузка воспринимается большим количеством зерен и по­ этому износ кругов меньше. Также более экономичны широкие круги, позволяющие работать с большей подачей на оборот из­ делия. Однако указанные размеры ограничиваются динамичес­ кой прочностью инструмента, жесткостью и мощностью обору­ дования.

Последние соображения особенно справедливы в случае гру­ бой обдирки современными абразивными инструментами. Здесь целесообразно применять круги на более прочной связке с более острыми и твердыми абразивными зернами; увеличение зернистости не может существенно повысить интенсивности съема металла;

В литературе рекомендуется при форсированных режимах ре­ зания во избежание пережогов применять круги повышенной

459

пористости (пористость достигается введением в шихту угля, который, выгорая при обжиге, образует поры). Высокопористые круги лучше охлаждаются воздухом — воздушными вихрями. Желательно работать с большей глубиной, при этом рекомендуется новая связка — битое стекло, огнеупорная глина, бура.

При снятии крупных припусков в результате применения твердых кругов появляется огранка на обрабатываемых деталях и усиливается нагрев, что вызывает частую правку инструмента. Тогда рекомендуется [78] вместо снижения подачи на глубину, наоборот, превышать ее некоторое критическое значение, завися­ щее от характеристики круга. При этом наступает самозатачива­ ние, что приводит к значительному сокращению удельного расхода абразива: вместо обычного соотношения г13 получают 1 / 1 ъ и даже х /3 о от снятого объема металла.

При обработке высокопрочных, трудно обрабатываемых сталей и сплавов высокую производительность показывают эльборовые круги. Они намного дороже корундовых, однако стоимость шли­ фования значительно ниже в связи с их высокой производитель­ ностью. Эльборовые круги имеют преимущество даже перед алмазными кругами при заточке режущего инструмента из быстрорежущей стали. И лишь при заточке твердосплавного инструмента хрупких марок (ТЗОК4) алмазные круги могут кон­ курировать с эльборовыми. Круги из КНБ имеют тем большее преимущество передалмазными, чем выше режимы резания и бо­ лее пластичны затачиваемые инструменты. Это вызвано склон­ ностью алмаза к адгезионным связям со сталью и его пониженной теплостойкостью.

Качество заточенных поверхностей инструмента обеспечивается уменьшением подач на глубину шлифования с последующим вы­ хаживанием. При этом снимаются слои со структурными изменениями, благодаря чему повышается износостойкость инструмента в 1,5—2 раза сравнительно с заточкой без выха­ живания.

Опыт показал, что при оптимальных режимах шлифования — заточки (VK — 18 м/с) быстрорежущей стали алмазными кругами расход алмаза в 25—30 раз больше по сравнению с удельным

эльборовым кругом, значительно выше сравнительно с инстру­ ментом, заточенным электрокорундовым (ЭБ) кругом.

Данные по стоимости снятия' 1 г материала инструмента из быстрорежущих сталей при заточке его различными кругами [62] приведены в табл. 58.

На станках с ручной подачей рекомендуется предварительное шлифование твердых сплавов периферией круга, а последующая чистовая и тонкая отделка — чашечными кругами со скоростью в пределах VK ~ 5 -н 15 м/с [159], причем алмазные круги с ме-

460