Средневзвешенные размеры абразивных частиц

Зернистость шлифовального материала	25	40	50	80	100	125
Средневзвешенный размер абразивных частиц za, мм	0,254	0,4	0,56	0,790	0,940	1,24

Таблица 17.3

Расчетные значения внешнего давления на абразивные частицы, достаточного для достижения микрорезания

Обрабатываемый материал	Твердость материала	Напряжения т, МПа	Напряжения , МПа	Коэффициент трения f	Коэффициент kт	Радиус округления вершины зерна , мкм	Внешнее давление ра, МПа
Сталь 45, нитроцементация, закалка	60...63 HRCэ	900	330	0,28	0,35	min	0,03033
						max	0,12134
Сталь 45, нормализация	183 HB	610	270	0,28	0,58	min	0,01466
						max	0,05864
Латунь ЛС 59-1	100 HB	400	180	0,25	0,58	min	0,00844
						max	0,03376

Впервые на съем металла выступами микро- и субмикрорельефа абразивных зерен указывал Е. Н. Маслов, но он подчеркивал, что при этом снимается стружка, в десятки и сотни раз меньшая по сравнению с вершиной зерна. Более подробно параметры субмикропрофиля, возникающего при правке шлифовального круга, были исследованы Л. В. Худобиным путем получения микрофотографий поверхности круга при больших увеличениях (10 000…30 000^Х) на электронном микроскопе. Анализ полученных микрофотографий показал, что расстояние между выступами субмикрорельефа шлифовального круга после правки составляет около 0,5 мкм, а высота микровыступов – приблизительно 0,1...0,2 мкм. Эти исследования показывают, что съем металла возможен при ничтожно малой глубине внед-рения h_д выступа зерна в поверхность металла. Л. В. Худобиным показано, что именно выступы и впадины микропрофиля поверхности шлифовального круга являются первичными источниками зарождения очагов «засаливания» круга. При высоких температурах, характерных для шлифования, происходит адгезия частиц металла с абразивными зернами, что приводит к снижению производительности обработки и ухудшает качество поверхности. Для восстановления режущей способности круга необходимо сокращать время между правками, а это снижает срок службы шлифовальных кругов. Повышение эффективности съема металла при шлифовании путем уменьшения адгезионных процессов подтверждается исследованиями Н. И. Богомолова.

Подробные исследования микрорельефа свободных абразивных частиц впервые были выполнены П. И. Ящерицыным и А. Н. Мартыновым при разработке метода обработки деталей незакрепленным шлифовальным материалом. В работе показано, что ширина выступов микрорельефа абразивных частиц составляет от 5 до 15 мкм, а высота от 2 до 8 мкм. Ширина и высота выступов субмикрорельефа соответственно имеют параметры 0,15…0,4 мкм и 0,05…0,2 мкм. Радиус округления вершин микровыступов составляет 0,1…0,5 мкм. Микро- и субмикрорельеф абразивных частиц обусловлен кристаллическим строением материала. Так, элементарной ячейкой для кристаллической решетки электрокорунда по данным является острый ромбоэдр, а для карбида кремния – гексагональная призма. Исследования стойкости абразивных зерен на истирание показали, что наименьшей стойкостью обладают зерна из карбида кремния черного и зеленого, несмотря на их большую твердость. Особенно это проявляется при скоростях скольжения до 10 м/с.

При шпиндельной обработке преимущественно использовались свободные абразивные частицы с размерами зерен 0,4…0,5 мм (зернистость 40) из электрокорунда нормального или белого. Поэтому исследования микрорельефа этих зерен были выполнены по известной методике на сканирующем электронном микроскопе JSM – U3 в отраженном свете.

Наблюдение и микрофотографии поверхности абразивных частиц выполнялись при увеличениях 100^Х, 300^Х, 3000^Х. На рис. 17.11 и 17.12 приведены электронно-микроскопические снимки выступов абразивных зерен из электрокорунда нормального марки 14А и электрокорунда белого марки 24А, выполненные при увеличениях 100^Х и 300^Х. Микрофотографии свидетельствуют о наличии развитого микро- и субмикрорельефа поверхности. При этом грани электрокорунда белого (см. рис. 17.12,а) имеют более гладкую поверхность.

а) б)

Рис. 17.11. Электронно-микроскопические фотографии вершины абразивного зерна марки 14А40 при увеличениях: а) Х100; б) Х300

а) б)

Рис. 17.12. Электронно-микроскопические фотографии вершины абразивного зерна марки 24А40 при увеличениях: а) Х100; б) Х300

Более наглядно субмикрорельеф поверхности выступов этих же зерен просматривается на фотографиях (рис. 17.13), выполненных при увеличении 3000Х.

Электронно-микроскопические исследования позволили установить наличие микрорельефа на поверхностях всех исследуемых зерен. При этом микрорельеф имеет более развитый контур на вершинах зерен и на участках сопряжения граней кристалла, а плоскости граней могут иметь сравнительно гладкую поверхность. Исследования показали также, что для размеров частиц от 0,4 до 1,6 мм параметры микро- и субмикрорельефа практически не зависят от размеров зерен, а определяются кристаллическим строением абразивного материала.

а) б)

Рис. 17.13. Электронно-микроскопические фотографии вершины абразивных зерен при увеличении Х3000: а) электрокорунд нормальный 14А40; б) электрокорунд белый 24А40

Для разработки технологии шпиндельной обработки и оценки работоспособности абразивных частиц важно знать стойкость абразивных зерен и характер изменения рельефа поверхности зерен в процессе обработки. Ранее выполненные исследования при центробежно-планетарной абразивной обработке показали, что на крупных абразивных зернах с размерами частиц от 1 до 2 мм в процессе обработки происходят существенное изменение микро- и субмикрорельефа зерен и образование рабочего микрорельефа по мере удаления исходного.

Следует отметить, что важной характеристикой абразивного зерна является его механическая прочность. Исследованиями прочности абразивных зерен, выполненными Н. И. Богомоловым, установлено, что предел прочности зерен из электрокорунда размером от 1 до 1,6 мм составляет 120…420 МПа, а предел прочности при статическом сжатии – 150…1950 МПа. При этом наибольшее значение величины нормальной силы РN в момент разрушения зерна достигает 10...30 Н, а при статическом вдавливании – 60…300 Н.