Основные понятия и термины

Фрезерование, фреза, фреза цилиндрическая, фреза торцовая, кинематика фрезерования, главное движение, движение подачи, попутное фрезерование, встречное фрезерование, темы, основная плоскость, плоскость резания, главная секущая плоскость, главные углы лезвия (,), углы в плане, угол наклона зуба фрезы, угол наклона режущей кромки, скорость резания, подача на зуб фрезы, подача на оборот, толщина среза, ширина среза, сила резания, ее составляющие, мощность резания, износ фрез, стойкость фрез, основное (машинное) время.

Вопросы для самоконтроля

1. Назовите основные виды фрезерования и типы фрез.

2. Каковы кинематические схемы цилиндрического и торцового фрезерования?

3. Дайте определения рабочих поверхностей, режущих кромок и геометрических параметров зубьев цилиндрических и торцовых фрез.

4. Что относится к элементам режима резания при фрезеровании?

5. Что такое сечение среза при фрезеровании? Дайте определение толщины и ширины среза.

6. Какое фрезерование называется встречным и попутным, симметричным и несимметричным?

9. На какие составляющие раскладываются силы резания при торцовом и цилиндрическом фрезеровании? Как влияют различные факторы на окружную силу Р_z? Как рассчитать мощность, потребную на фрезерование?

10. Назовите критерии затупления фрез. Как стойкость фрез зависит от различных факторов?

Г л а в а 11. Процесс шлифования

11.1. Особенности процесса резания при шлифовании

Шлифование– это процесс резания металлов, осуществляемый зернами абразивного, алмазного или эльборового материалов. Признаком, позволяющим квалифицировать шлифование как один из способов обработки резанием, является образование стружки, срезаемой в процессе обработки. Шлифованием можно практически обрабатывать любые материалы, так как твердость зерен абразива (22000…31000HB) и алмаза (70000HB) на порядок и более выше твердости большой гаммы обрабатываемых материалов. Зерна абразива скрепляются специальной связкой в инструменты различной формы или наносятся на ткань (абразивные шкурки). Шлифование применяется чаще всего как отделочная операция и позволяет получать детали 7…9-го (R_a=0,4…1,6 мкм) и даже 6-го квалитетов с шероховатостьюR_a=0,05…0,2 мкм). В некоторых случаях шлифование применяется при обдирке отливок и поковок, при зачистке сварных швов, т.е., как подготовительная или черновая операция. В настоящее время применяется силовое шлифование для съема больших припусков.

Характерными особенностями процесса шлифования являются следующие:

1) многопроходность, способствующая эффективному исправлению погрешности формы и размеров джеталей, полученных после предшествующей обработки;

2) резание осуществляется большим количеством беспорядочно расположенных абразивных зерен, обладающих высокой микротвердостью. Эти зерна, образующие прерывистый режущий контур, прорезают мельчайшие углубления, а объем металла, срезаемый в единицу времени, в этом случае значительно меньше, чем при резании металлическим инструментом. Одним абразивным зерном в единицу времени срезается объем, примерно в 400000раз меньший , чем одним зубом фрезы;

3) процесс срезания стружки отдельным абразивным зерном осуществляется на высоких скоростях резания (30…70м/с) и за очень короткий промежуток времени (в течение тысячных и стотысячных долей секунды);

4) абразивные зерна расположены в теле круга хаотически, а поэтому они чаще всего имеют отрицательные передние углы и угол резания больше 90⁰.

5) большие скорости резания и неблагоприятная геометрия режущих зерен способствует развитию в зоне резания высоких температур (1273…1773 K);

6) управлять процессом шлифования можно только за счет изменения режимов резания, так как изменение геометрии абразивного зерна, выполняющего роль резца или зуба фрезы, практически трудноосуществимо. Алмазные круги с помощью специальной технологии изготовления могут иметь преимущественную (требуемую) ориентировку алмазных зерен в теле круга, что обеспечивает более благоприятные условия резания;

7) абразивный инструмент может в процессе работы самозатачиваться. Это происходит, когда режущие грани зерна затупляются, что вызывает увеличение сил резания, а следовательно, и сил, действующих на зерно. В результате затупленные зерна выпадают, или вырываются из связки, раскалываются, и в работу вступают новые острые зерна;

8) шлифованная поверхность образуется в результате одновременного действия как геометрических факторов, характерных для процесса резания, так и пластических деформаций, сопровождающих этот процесс.

Шлифование выполняется особым видом инструментов – шлифовальными кругами. В отличие от ранее рассмотренных инструментов, лезвия которых имеют определенную чертежом форму и размеры, шлифовальные круги режут абразивными зернами из минералов и сверхтвердых материалов, имеющими случайную форму и взаимное расположение. В резании обычно участвует одновременно большое число абразивных зерен, лезвия которых, каждое, имея малые размеры, образуют режущую поверхность.

Особенностью шлифования является срезание каждым абразивным зерном как режущим зубом небольшого слоя металла, в результате чего на поверхности детали остается царапина ограниченной длины и весьма малой площади поперечного сечения. Обработанная шлифованием поверхность детали образована совокупностью множества царапин – следов резания всех абразивных зерен, расположенных на режущей поверхности шлифовального круга.

При изготовлении деталей машин и приборов шлифование применяется для завершающей чистовой обработки, позволяя получать поверхности точностью по 6…7-му квалитетам с шероховатостью Ra= 0,08…0,32 мкм.

Схемы процесса шлифования.Различают следующие основные схемы процесса шлифования:

– наружное круглое шлифование(рис. 11.1), при которомшлифовальный круг 1 вращается вокруг оси O_k, совершая главное движение D_r. Цилиндрическая заготовка 2 вращается вокруг оси , параллельной оси , совершая движение. Наружные поверхности круга и заготовки взаимно касаются по образующейа–б. Линейные скорости точек шлифовального круга и заготовки, лежащие на линии а–б, могут быть направлены в од-ну сторону или навстречу друг другу. Но во всех случаях скорости точек, принадлежащих кругу, по значению намного больше скорости точек заготовки. Заготовке сообщается возвратно-поступательное движение продольной подачи . По окончании цикла возвратно-поступательно-го движения продольной подачи действует прерывистое движение поперечной подачи, сообщаемое шлифовальному кругу или заготовке. Наружным круглым шлифованием можно обрабатывать и конические поверхности: в этом случае наружная поверхность шлифовального круга «заправляется» на необходимый угол наклона образующей обрабатываемого конуса или оси вращения круга и заготовки пересекаются под тем же углом;

Рис. 11.1. Схема наружного круглого шлифования

– внутреннее круглое шлифование, во время которого шлифовальный круг и обрабатываемая заготовка вращаются вокруг своих параллельных осей совершая соответственно движенияи. Наружная поверхность круга касается внутренней цилиндрической поверхности заготовки. Движения продольнойи поперечнойподач происходят так же, как при наружном круглом шлифовании, и приложены обычно к шлифовальному кругу. Возможна также обработка внутренних конических поверхностей;

– плоское шлифование(рис. 11.2), при котором шлифовальный круг1вращается вокруг оси, совершая главное движение резания. Наружная цилиндрическая поверхность круга касается обрабатываемой заготовки2по линииа–б. В процессе резания заготовке сообщается возвратно-поступательное движение подачиВ промежутках между вовратно-поступательными движениями заготовки шлифовальному кругу сообщается прерывистое движениепоперечной подачи. После обработки плоскости шлифовальному кругу сообщается движение вертикальной подачиОбработка всей плоскости повторяется до тех пор, пока значение суммарной вертикальной подачи не будет равно припуску на обработку данной поверхности шлифованием;

Рис. 11.2. Схема плоского шлифования

Состав шлифовальных кругов.Шлифовальные круги представляют собой элементы, состоящие:

а) из множества абразивных зерен, выполняющих функции режущих зубьев;

б) веществ, соединяющих все абразивные зерна в единую неразъемную конструкцию, имеющую определенную форму, размеры и прочность; их называют составляющими структурного строения круга.

Для нормальной работы шлифовального круга между абразивными зернами и связующими их веществами должны оставаться некоторые промежутки (поры), играющие роль впадин между зубьями, в которых размещается стружка. Размеры пор и плотность их распределения в объеме круга играют существенную роль. От соотношения названных трех составляющих зависят режущие свойства шлифовальных инструментов.

В зависимости от содержания абразивных зерен в объеме шлифовальных кругов их структура может быть плотной,средней,открытой (табл. 11.1).

Таблица 11.1 – Структура шлифовальных кругов

Вид структуры	Плотные	Средние	Открытые
Номер структуры Содержание абразивных зерен, %	0…3 62…56	4…8 54…46	9…12 44…38

Плотная структура шлифовальных кругов схематично показана на рис. 11.3,а. При содержании в круге 50…60% абразивных зерен они весьма плотно располагаются в его объеме. Связующего вещества немного, и оно тонким слоем обволакивает зерна и соединяет их в единое целое. Круги плотной структуры имеют поры малых размеров, в которых может разместиться небольшое количество срезаемой стружки. Поэтому применение шлифовальных кругов с плотной структурой ограниченно доводочными операциями.

а)б) в)

Рис. 11.3. Распределение абразивных зерен, связки и пор в кругах различных структур:

а) структура № 3; б) структура № 8; в) структура № 16;

При средних структурах (рис. 11.3,б) в объеме круга содер-жится 46…54% абразивных зерен, и они расположены более сво-бодно. Связующие вещества более толстым слоем обволакивают зерна и соединяют их в единый монолит. Прочность соединения зерен увеличивается. Расположенные между зернами и связкой поры имеют несколько большие объемы для размещения сре-заемой стружки. Обычно абразивные круги со структурой № 4 со-держат крупные абразивные зерна и применяются для предвари-тельного шлифования. Шлифовальные круги со структурой № 5 и 6 имеют менее крупные зерна и применяются для чистового шлифования, а шлифовальные круги со структурами № 7 и 8 применяются для обработки вязких материалов и финишного шлифования.

Открытые структуры(рис. 11.3,в) характеризуются объемным содержанием 38…44% абразивных зерен, расположенных еще более свободно, увеличением содержания связующего вещества, более прочным соединением зерен, позволяющим повысить прочность круга в целом. Открытые структуры обычно используются при шлифования материалов с высокими режимами резания.

Для алмазных и эльборовых кругов характеристикой струк-туры является концентрациязерен. Здесь условно принимается, что при 100%-й концентрации алмазная или эльборовая составляющая занимает 1/4 объема рабочего слоя круга, а остальной объем занимают связка, наполнители и поры. По массе при 100%-й концентрации в 1 мм³алмазо- или эльбороносного слоя содер-жится 0,88 мг соответственно алмазных или эльборовых зерен. Шлифовальные круги выпускаются с 25; 50; 75; 100; 150; 200 и 250%-й концентрацией.

Форма шлифовальных кругов.Для выполнения шлифовальных операций используют широкую номенклатуру кругов (рис.11.4).

Круги ПП (плоский прямой) имеют плоские торцовые стороны и применяются для наружного и внутреннего круглого, а также для плоского шлифования. Круги ПВ (плоский с выточкой) имеют на одной стороне выемку – эти круги применяют для шлифования плоских и цилиндрических поверхностей с одним плоским торцовым буртом. Круги ПВД имеют выточки с обеих сторон – они применяются для шлифования цилиндрических и плоских поверхностей с двумя плоскими торцовыми буртами. Круги К кольцевой формы применяют для наружного круглого шлифования. Дисковые круги Д используются для прорезки пазов и отрезки. Круги ЧЦ (чашечные цилиндрические) и ЧК (чашечные конические), имеющие форму чашек, и тарельчатые круги 1Т, 2Т, 3Т, где цифрой обозначена модификация круга (в зависимости от углов наклона рабочих конических поверхностей, их протяженности и т.д.), в основном применяют для заточки инструментов.

Рис. 11.4. Обозначения шлифовальных кругов наиболее часто применяемых форм