Характеристику круга выбирают в зависимости от материала детали, типа резьбы, схемы шлифования, возможности применения тех или иных способов правки. Детали из закаленных конструкционных, инструментальных и быстрорежущей сталей шлифуют кругами из электро-, монокорунда, карбида кремния зеленого, эльбора, кубонита. Резьбу деталей из твердых сплавов шлифуют алмазными кругами.
При шлифовании метрических резьб зернистость кругов выбирают в зависимости от шага резьбы. Размер зерна должен быть меньше радиуса дна впадины резьбы, иначе вершина круга будет скалываться. Для получения требуемой стойкости с уменьшением зернистости необходимо увеличивать твердость кругов. Рекомендации по выбору однониточных кругов с зерном из электрокорунда 24А и карбида кремния 63С при шлифований метрической резьбы приведены в табл. 3.2.
При многониточном шлифовании применяют более мягкие и мелкозернистые круги, чем при однониточном. Уменьшение твердости необходимо для облегчения накатывания на рабочей поверхности круга кольцевых канавок, соответствующих профилю нарезаемой резьбы; уменьшение зернистости при этом повышает способность
|
Таблица 3.2 Абразивный материал, зернистость и твердость кругов при шлифовании метрической резьбы закаленных деталей из быстрорежущих и инструментальных сталей (связка кругов керамическая К5, структура № 6)
|
круга сохранять заданный профиль. Для многониточного шлифования пригодны абразивные круги только на керамических связках. Круги на вулканитных и бакелитовых связках не поддаются накатыванию и потому не пригодны для многониточного шлифования резьбы. Для шлифования резьбы метчиков из быстрорежущих сталей применяют однониточные круги из эльбора на керамической связке и круги из кубонита на металлической связке. Для чистового шлифования ревьбы предварительно шлифованных или нарезанных метчиков рекомендуются круги из кубонита КР63/50—100/80 на металлической связке Ml 150 %-ной концентрации. Для шлифования «по-целому» резьбы метчиков с шагом 1 мм и менее применяют круги из кубонита КР50/40— 63/50 Ml 150. Зернистость и твердость эльборных кругов на керамической связке СЮ выбирают в зависимости от шага резьбы, мм:
Круг
0,5—0,75…………………………. ЛМ20-28 Т1-Т2К
0,8—1,0………………………….. ЛМ40-Л4 СТЗ-Т2К
1,0—1,5………………………………… Л4-Л6 Т1-Т2К
Св. 1,5 . . . Л5-Л6 Т1-Т2К
По сравнению с шлифованием резьбы метчиков электрокорундовыми кругами применение кругов из кубического нитрида бора обеспечивает повышение в 1,5—2 раза производительности шлифования за счет повышения режимов резания, сокращения числа проходов и времени, затрачиваемого на правку. Средняя стойкость между правками кругов из кубонита на металлической связке при чистовом шлифовании составляет 780—1 300 метчиков с шагом 1—3 мм. Стойкость кругов между правками может быть повышена до 2000—4000 метчиков, если по мере роста радиуса округления вершины круга последовательно увеличивать шаг шлифуемой резьбы. При шлифовании «по-целому» резьбы метчиков с шагом меньше 1 мм стойкость кругов из кубонита между правками составляет 600 шт. Это значительно, в несколько десятков раз, выше стойкости между правками кругов из электрокорунда.
Круги из кубонита благодаря высоким режущим свойствам зерна легче, с меньшими усилиями шлифуют резьбу. Тангенциальная составляющая сил резания в шесть-семь раз, а нормальная в 1,5—2 раза меньше, чем при работе кругами из электрокорунда. Снижение сил резания приводит и к уменьшению температуры шлифования. При оптимальных режимах температура поверхности при шлифовании резьбы кругами из кубонита составляет 210—290 °С, что на 250—300 °С ниже, чем при шлифовании кругами из электрокорунда. Такое снижение температуры предотвращает появление при — жогов и повышает в 1,5—2 раза стойкость метчиков, точность нарезанной резьбы, уменьшает шероховатость поверхности резьбы.
Трапецеидальную и упорную резьбу на ходовых и зажимных винтах предварительно нарезают на токарных станках. Чистовое шлифование резьбы винтов из конструкционных легированных сталей выполняют кругами из электро-, монокорунда и эльбора после термообработки винтов.
При шлифовании профиля резьбы винтов пар качения широкое распространение находит метод предварительной прорезки резьбы «по-целому» многониточными кругами после термообработки детали. Применение такого метода не только повышает производительность обработки, но и исключает деформацию резьбы, создает равномерный припуск под чистовое шлифование. На Одесском заводе прецизионных станков предварительную прорезку резьбы ходовых винтов из стали 8ХФ (58—60 HRC3) шариковых пар выполняют методом многониточного шлифования кругами из монокорунда 44А16МЗК5. Окончательно профиль резьбы шлифуют однониточными кругами той же характеристики. Увеличение зернистости кругов при шлифовании винтов пар качения по сравнению с метрической резьбой обусловлено увеличением радиуса округления дна впадины резьбы. Уменьшение твердости облегчает накатывание профиля круга и уменьшает вероятность получения прижогов. Для однониточного чистового шлифования резьбы ходовых винтов все большее распространение находят круги из эльбора на керамеческой связке СЮ зернистостью ЛЮ—Л12, твердостью М3—СМ1, формы 1Л2П 400ХЮХ203 и Л2П 500X13X305. Такие круги правят алмазными карандашами, как и обычные абразивные. Применение кругов из эльбора за счет уменьшения температурных деформаций повышает точность винтов, исключает прижоги, фазовые и структурные превращения в поверхностном слое. Стойкость круга между правками возрастает примерно в 50—70 раз.
Возрастает производительность шлифования за счет повышения глубины резания, сокращения числа проходов, повышения стойкости круга. Благодаря большой стойкости профиля круга появляется возможность шлифования длинных (до 2500 мм) резьб.
Режимы резьбошлифования выбирают в зависимости от материала детали, характеристики круга, размеров и профиля нарезаемой резьбы. При глубинном способе шлифования метрической резьбы абразивными кругами рекомендуемая скорость вращения круга 30—35 м/с. Однониточное шлифование точных резьб с шагом до 1,5 мм выполняют со скоростью вращения детали 0,2—0,3 мм/мин за один-два прохода. Черновое многониточное шлифование с врезанием «по-целому» ведут при скорости вращения детали 25—50 мм/мин. Предварительно нарезанные резьбы шлифуют при скорости вращения детали 50—80 мм/мин.
Кругами из эльбора на керамической связке резьбу с шагом до 1 мм шлифуют «по-целому» за один-два прохода. Резьбу с шагом 1 мм и более шлифуют после предварительной накатки и термообработки или после предварительного шлифования многониточными кругами. Припуск на обработку после накатывания 0,4—0,5 мм, после многониточного шлифования 0,2—0,3 мм. Режимы шлифования резьбы кругами из эльбора на керамической связке: скорость вращения круга 35—40 м/с, скорость вращения изделия 0,3— 0,8 м/мин. Кругами из кубонита на металлической связке рекомендуется шлифовать метрические резьбы при скорости вращения круга о = 43 м/с, глубине шлифования 0,1 мм, скорости вращения изделия 1 м/мин. Увеличение указанных элементов режима резания приводит к образованию прижогов. Уменьшение скорости вращения изделия, глубины шлифования допустимо, но снижает производительность шлифования. Уменьшение скорости вращения круга увеличивает его износ. Уменьшение скорости круга при шлифовании резьбы кругами из кубонита ниже 30 м/с нецелесообразно.
Шлифование метрической резьбы твердосплавного инструмента алмазными кругами на металлической связке Ml зернистостью АСВ 63/50 рекомендуется выполнять при скорости вращения круга 30—35 м/с, скорости вращения изделия 0,3—0,5 м/мин, глубине шлифования 0,03—0,05 мм. При указанных режимах обеспечивается отсутствие дефектов поверхности и параметр шероховатости поверхности Ra^0,32 мкм. При черновых режимах допустимо увеличение скорости вращения изделия 1 м/мин, а глубины шлифования до 0,1 мм.
При многониточном шлифовании резьбы закаленных ходовых винтов шариковых пар кругами из монокорунда скорость вращения круга принимают в пределах 27—32 м/с. Скорость вращения детали выбирают в пределах 0,6—2,4 м/мин. При этом большие значения скорости вращения детали принимают по мере увеличения диаметра и длины шлифуемой резьбы и уменьшения ее шага.
Глубину шлифования t выбирают в пределах 0,1—0,25 мм, исходя из условия отсутствия такой толщины слоя, содержащего дефекты структуры (прижоги, отпуск, вторичную закалку), которая не могла бы быть устранена последующим чистовым шлифованием, или последующим витком многониточного круга. Для резьб с шагом Р^.5 мм глубина дефектного слоя равна нулю при глубине шлифования /0<[0,15 мм, а для резьб с шагом 5<Р<Ч0 /о^О,12 мм. Если принимать глубину шлифования t> to, то в поверхностном слое шлифуемой детали возникнет дефектный слой, высота которого при работе кругами из монокорунда 44А16МЗК5 может быть рассчитана по формулам:
Л = 2,8(/ — to)0,83 при Р<5 мм;
h = 5,04(t — to)0,88 при 5<Р<; 10 мм.
Для того чтобы многониточное шлифование ходового винта было наиболее производительным, целесообразно так профилировать круг, чтобы первые витки снимали слой металла большей глубины, а последний виток работал при глубине шлифования t = to, соответствующей отсутствию дефектных слоев. Для этого глубина шлифования каждым витком должна быть рассчитана по формулам:
f=^о + 0,29 h1,2 при Р<5 мм;
/ = /о4-0,16 Л114 при5<Р<10мм.
Обычно число витков многониточного круга при шлифовании резьбы ходовых винтов принимают равным четырем. В этом случае наибольшая глубина шлифования для каждого витка может быть определена по приведенным выше формулам (табл. 3.3).
Чистовое однониточное шлифование профиля резьбы ходовых винтов кругами из монокорунда выполняют в три прохода. Во время первых трех — пяти проходов глубину шлифования выбирают в пределах 0,05—0,08 мм, затем делают два-три прохода с глубиной шлифования 0,02 мм, окончательную обработку
|
Таблица 3.3 Выбор глубины шлифования в зависимости от шага резьбы и порядкового номера витка (Круг 44А16МЗК5, ц„р = 27-ь32 м/с, vM, = 0,6-т-2,4 м/мин)
|
профиля резьбы ведут при ( = 0,01 мм. При работе кругами из эльбора на керамической связке выполняют при скорости вращения круга 30—35 м/с, детали 0,5—0,8 м/мин, глубине шлифования 0,03—0,05 мм.
Правка кругов. Абразивные и эльборовые круги на керамической связке правят алмазными карандашами с неориентированным расположением алмазов типа 04 при помощи специального приспособления, закрепляемого на базовых поверхностях станков. Приспособление (рис. 3.9, а, б) состоит из кулисного механизма, кривошип 1 которого получает вращение от электродвигателя 2 и червячного редуктора. Боковые стороны профиля шлифовального круга 4 правят алмазными карандашами 3, закрепленными в рейках 5, а вершину — алмазом 6, закрепленным на валу зубчатого колеса 7. Режимы правки — продольная подача алмазного карандаша 0,3—0,5 м/мин, поперечная подача — 0,01—0,03 мм/ход. При правке абразивных кругов можно сохранять ту же скорость вращения круга, что и при шлифовании резьбы. Эльборовые круги целесообразно править с уменьшенной до 15—20 м/с скоростью круга. Зерна алмазного карандаша при правке эльборового круга производят хрупкое разрушение и удаление частиц связки вместе с зернами эльбора. Уменьшение скорости вращения круга снижает трение и уменьшает изнашивание алмазного карандаша. Основным методом правки абразивных многониточных кругов на керамической связке является метод накатывания стальными роликами. Накатные ролики изготавливают из высокоуглеродистой, легированной и быстрорежущей сталей. Большей стойкостью обладают накатные ролики из стали Р6М5, тер-
мически обработанные ^ до твердости 63—65 HRC3. На накатных роликах фрезеруют канавки с неравномерным окружным шагом или сверлят в шахматном порядке отверстия, ко — * торые облегчают удаление из зоны хрупкого деформирования частиц связки и отдельных зерен абразива. Форма и профиль накатного ро — Рис. 3.9. Приспособление для правки лика соответствуют резьбошлифовального круга алмазиы — форме И профилю ми карандашами: а — боковых поверхне г т ностеи; о — вершины
резьбы.
Кольцевую резьбу накатных роликов шлифуют на резьбошлифовальном станке однониточным абразивным кругом. Для повышения точности расположения ниток резьбы накатного ролика при его шлифовании рекомендуется не отводить стол при переводе с одной нитки на другую. Для этого на резьбонакатных роликах делают выемку и перевод круга к следующей нитке осуществляют без отвода стола, когда выемка находится против круга. Для лучшего использования резьбонакатных роликов их ширину делают от 1,5 до 3 раз больше ширины заправляемого круга. Изношенные ролики используют для черновой, а новые ролики для чистовой правки. Ролики шлифуют на оправках с точными полированными центрами.
Станки фирмы «Матрикс», «Рейсхауэр» имеют специальные устройства для накатывания резьбы, которые обеспечивают легкое и точное вращение ролика за счет использования игольчатых подшипников и прижим ролика к кругу. В станках, не имеющих таких устройств, ролик устанавливают на оправке в центрах вместо шлифуемого изделия, подводят к шлифовальному кругу и при малой скорости вращения круга 1,5—2,5 м/с накатывают резьбу. Оптимальная частота вращения круга диаметром 300—400 мм — 75—100 об/мин, давление 0,8—1,2 МПа. Для повышения стойкости ролика и точности резьбы многониточных шлифовальных кругов рекомендуется правку кругов вести при определенной подаче и числе циклов в зависимости от характеристики круга и шага резьбы. Для предварительной накатки
глубина врезания ролика за один цикл должна быть 0,02 мм. Для шага резьбы 0,75 мм каждый цикл должен состоять из 25 оборотов круга, для шага резьбы 1,5 мм — 50 оборотов и для шага 2 мм — 65 оборотов. При окончательной правке принимают глубину врезания ролика за один цикл 0,01 мм, число циклов 4—8. Накатыванием можно править и эльборовые круги на керамической связке, но время накатывания увеличивается вдвое за счет уменьшения подачи. Наряду с накатниками при правке многониточных кругов применяют алмазные ролики. Так же, как и у накатника, профиль алмазного ролика соответствует профилю многониточного круга. Ролик можно устанавливать вместо изделия в центрах. Для подачи круга при правке используют механизм заты — лования станка. Скорость подачи меняется за счет изменения скорости вращения кулачка затылования. Возможно применение и специальных приспособлений, обеспечивающих вращение алмазного ролика и движение подачи на круг. В отличие от правки стальным накатником алмазному ролику надо придавать вращение, отличное от той скорости, которую он имел бы, если бы получал вращение от круга, т. е. от скорости обкатки. Применяют попутное направление вращения алмазного ролика и встречное. После попутной правки круг лучше режет и дольше сохраняет высокие режущие свойства, после встречной — повышается стойкость профиля и уменьшается шероховатость поверхности шлифованной резьбы. Встречную правку рекомендуют при шлифовании винтов из сталей с хорошей шлифуемостью, например из стали ХВГ (54—56 HRC3); попутную правку—при обработке трудношлифуемых конструкционных сталей повышенной вязкости (18ХГТ, ЗОХНВА, 20ХГНМ и др.). Подача ролика на один оборот круга должна быть в пределах 0,5—1,0 мкм. Круг при правке вращается с рабочей скоростью. Для уменьшения волнистости профиля круга в конце правки необходимо производить выхаживание в течение 1—2 с (25—50 оборотов круга). Алмазные ролики для правки резьбошлифовальных кругов обычно имеют диаметр 70—100 мм. При изготовлении роликов используют природные алмазы зернистостью 125/100— 200/160 на специальной металлической связке повышенной прочности.
На некоторых резьбошлифовальных станках имеются устройства для правки многониточного круга алмазом. Путем огранки алмазу придают форму пирамидки с углом при вершине 40—45 °. Профилирование
круга происходит в результате сложения продольного и поперечного перемещений алмаза. Продольное перемещение осуществляют ходовым винтом, поперечное — кулачком затылования, придающим возвратно-поступательное движение алмазу.
Алмазные и кубонитовые резьбошлифовальные однониточные круги на металлической связке правят методом шлифования. Для правки используют специальные при
способления, имеющие шлифовальный шпиндель, приводимый от отдельного электродвигателя. На шпинделе устанавливают правящий круг из электрокорунда или карбида кремния зеленого. Приспособления могут быть съемными и стационарными. Съемные приспособления устанавливают на столе станка, стационарные — на шлифовальной бабке вместо приспособления для правки профиля круга алмазными карандашами (рис. 3.10,а, б).
Правящему кругу 2 наряду с вращением при помощи приводного устрой-
ства 1 придают поступательное перемещение вдоль образующей шлифующего круга 3, обе стороны которого правят попеременно. (Приспособление позволяет править алмазный или эльборовый круг без съема обрабатываемой детали 4 со станка.) Оптимальная скорость вращения алмазного или кубонитового круга при правке 1,5—2 м/с. Такая скорость может быть получена путем отключения двигателя привода главного движения и включения специального привода, состоящего из электродвигателя и редуктора и предназначенного для накатывания многониточных кругов. При отсутствии на резьбошлифовальном станке такого привода правку алмазных и кубонитовых кругов следует производить при минимальной скорости вращения шпинделя. Увеличение скорости вращения алмазного или кубонитового круга приводит к повышенному изнашиванию абразивных кругов и снижению производительности правки. Оптимальная скорость правящего круга 16—20 м/с. Ее увеличение приводит к некоторому снижению изнашивания абразивных кругов, но способствует возникновению вибраций и снижает производительность правки.
Производительность правки возрастает с увеличением зернистости абразивных кругов. При правке кругами из карбида кремния 63С СМ2К увеличение номера зернистости с 20 до 40 почти вдвое повышает производительность правки и уменьшает изнашивание круга в 1,2—1,3 раза. Однако слишком большое увеличение размера зерна абразивного круга может привести к возникновению сколов на кромке алмазного круга. Поэтому обычно зернистость правящего абразивного круга принимают на один-два номера больше зернистости алмазного круга или круга из кубонита. Так, при правке кругов АС6 (КР) 125/100 MI 100 % применяют абразивные круги зернистостью 63С (24А) 25—20, а при правке кругов А6(КР)50/40 Ml 100 % — абразивные круги зернистостью 63С (24А) 10—8. Рекомендуемая твердость кругов из карбида кремния М3—СМ2, электро — корундовых — СМ2—Т1. Продольная подача при правке должна быть в пределах 0,05—0,1 м/мин, поперечная подача 0,05—0,1 м/мин.
Для повышения производительности предварительную правку, устраняющую биение резьбошлифовальных кругов, производят алмазным кругом прямого профиля АС2 160/125 Б1 150 %. Окончательную правку в целях получения хороших режущих свойств резьбошлифовального круга производят абразивным кругом.
Процесс абразивной правки алмазных и кубони — товых резьбошлифовальных кругов на металлической связке является достаточно длительным и трудоемким. Скорость съема алмазного слоя составляет 3—5 мм3/мин, а машинное время достигает 3—4 ч в зависимости от степени искажения профиля круга. Существенное повышение производительности правки может быть получено в результате использования и электроэрозионных методов правки. Круг 2 (рис. 3.10,6) из КНБ или алмаза на металлической связке, подвергаемый правке, является анодом. Напряжение к нему подводят через специальное щеточное устройство 3. Питание осуществляют от сети переменного тока напряжением 220 В через понижающий трансформатор с регулируемым выходным напряжением в пределах 4—24 В. Для получения постоянного тока в электрической схеме используют двухполупериодный выпрямитель, собранный по мостовой схеме из полупроводниковых кремниевых диодов ВК2-200. Правящим инструментом служит круг прямого профиля с зерном из карбида кремния 63С25 на металлической токопроводящей алюминиево-цинковой связке типа М5. Напряжение к правящему кругу подводят через корпус приспособления для правки, надежно изолированный от станка. Искровые разряды, возникающие между правящими и резьбошлифовальным кругами, способствуют улучшению режущих свойств вращающегося абразивного круга и значительному снижению усилий, возникающих при правке. Кроме того, происходит удаление связки круга и обнажение за счет этого алмазных или кубонитовых зерен, что повышает режущую способность резьбошлифовального круга.
Электроэрозионную правку алмазных и кубонитовых кругов на металлической связке рекомендуется выполнять при следующих электрических и механических режимах: 1) при предварительной правке — выходное напряжение трансформатора 18—24 В, максимальный ток 40—50 А, скорость вращения абразивного круга 10—15 м/с, резьбошлифовального—1,5—2 м/с, продольная подача 0,1—0,2 м/мин, поперечная подача 0,03—0,05 мм/дв. ход, в зону контакта кругов подают СОЖ — индустриальное масло; 2) при окончательной правке выходное напряжение трансформатора 8—12 В — максимальный ток 5—10 А, продольная подача 0,05—0,1 м/мин, поперечная подача 0,01—0,02 мм/дв. ход. Производительность электроэрозионной правки в семь- восемь раз выше производительности абразивной правки, скорость съема слоя, содержащего зерна алмаза или кубонита, достигает 35—40 мм3/мин. Машинное время электроэрозионной правки алмазного резьбошлифовального круга на связке Ml диаметром 350 мм составляет 25 мин, при абразивной правке — 190 мин, расход абразива снижается в четыре-пять раз. Снижение давления в зоне контакта за счет улучшения режущих свойств кругов повышает точность электроэрозионной правки по сравнению с абразивной. При черновом шлифовании метчиков правку алмазных и эльборовых кругов производят после обработки 70—100 метчиков, а при чистовых проходах после обработки 10—15 метчиков.
Алмазные и зльборовые многониточные круги на металлической связке профилируют и правят пластическим деформированием при помощи фасонного накатного ролика. Накатывание производят на токарном станке. Хорошими эксплуатационными свойствами обладают ролики из стали Х12М (58—62 HRC3). Они не подвержены поломкам, обеспечивают многократное накатывание. Для создания минимального усилия накатывания при сохранении достаточной стойкости ролика его оптимальный диаметр должен быть 30—40 мм. Рекомендуемые режимы накатывания: скорость круга
15 м/мин, прперечная подача 0,05—0,07 мм с последующим калиброванием за пять — восемь оборотов круга. Смазка — индустриальное масло И-12. Усилие накатывания 1700—2000 Н. Алмазные круги, подвергаемые накатыванию, должны быть изготовлены на специальных пластичных связках. Повышение пластичности связки круга может быть получено подогревом алмазного слоя до температуры 500 °С воздействием ТВЧ. Необходимой точности достигают последующей калибровкой в холодном состоянии. Методом пластического деформирования можно накатывать круги по профилю, состоящему из заборной и калибрующей частей. Заборную часть профилируют так, чтобы каждая нитка снимала одинаковую площадь. Для этого угол профиля при вершине нитки следует постепенно уменьшать по мере приближения к калибрующей части. На последней нитке угол профиля должен быть равен углу профиля накатываемой резьбы. Благодаря снятию одинаковых объемов материала каждой заборной ниткой и наличию малых площадок при вершине улучшаются условия шлифования, что обеспечивает равномерное изнашивание заборных и калибрующих ниток и высокое качество резьбы.
Все виды по шлифованию резьбы и правки кругов следует выполнять с охлаждением. В качестве СОЖ рекомендуются: индустриальное масло И-12, смесь,
состоящая из индустриального масла И-12 и сульфо- фрезола, осерненное индустриальное масло (на 10 л масла 80 г серы). Приведенные составы СОЖ обладают хорошим смазочным действием, что способствует уменьшению сил трения и мощности шлифования, обеспечивают отвод теплоты, образующейся в зоне резания. В то же время эти составы способствуют сохранению работоспособности узлов станка, находящихся в зоне резания.