САМОЗАТАЧИВАЕМОСТЬ, ИЗНОС И СТОЙКОСТЬ

Абразивные и алмазные инструменты в отличие от металличе­ских обладают свойством восстанавливать режущую способность в процессе работы в результате обламывания, выкрашивания и даже вырывания целых зерен. Поэтому суммарная длина кон — 88

такта режущих кромок зерен с поверхностью в течение процесса шлифования все время меняется, что, в свою очередь, вызывает в каждое мгновение различную суммарную работу, совершаемую зернами абразивного и алмазного инструмента.

В зависимости от характеристики абразивных и алмазных ин­струментов и условий работы (обрабатываемый материал, режим шлифования, применяемый для обработки станок и т. п.) это свойство самозатачиваемости проявляется по-разному и опреде­ляет величину показателей работы и в первую очередь стой­кость инструмента между правками. Под стойкостью пони­мается измеряемая во времени работоспособность абразивного инструмента между двумя правками или машинное время его работы. Под правкой понимается принудительное затачивание рабочей поверхности, совершаемое специальными правящими инструментами.

Чем больше и равномернее самозатачиваемость, тем больше стойкость абразивного и алмазного инструмента. Это положение является общим правилом почти для всех видов шлифования. При резьбошлифовании стойкость круга зависит в большей сте­пени от стойкости его режущей кромки, чем от самозатачивания всей его режущей поверхности. При сильном, но неравномерном самозатачивании круга его стойкость снижается.

Наибольшим самозатачиванием обладают абразивные инстру­менты, имеющие невысокую степень твердости (мягкие и средне­мягкие) и работающие при тяжелых режимах резания, особенно на обдирочных и плоскошлифовальных работах торцом круга, а также алмазные круги на органических связках из синтетиче­ских алмазов марок АСО и АСП.

Самозатачивание наступает, когда силы резания превосходят прочность зерен или силу их сцепления со связкой. В абразивном и алмазном инструменте имеются зерна различной формы и часть из них имеет трещины, раковины и другие дефекты, что способ­ствует их обламыванию. Зерна соединяются со связкой и друг с другом с разной величиной соприкосновения и разным коли­чеством связки и поэтому для вырывания их из тела круга тре­буются разные силы. Часть зерен, особенно карбида кремния, совершенно не скреплены между собой связкой или скреплены настолько слабо, что достаточно небольших сил для их вырыва­ния и некоторого обновления режущей поверхности. Этому спо­собствует также разновысотность расположения зерен относи­тельно обрабатываемой детали.

Износ круга является результатом ударов и трения зерен о шли­фуемый материал, вследствие чего происходит разрушение связки и самих зерен. При разрушении зерен карбида кремния получаются более крупные осколки, чем при разрушении зерен электроко­рунда, вследствие чего износ кругов из карбида кремния больше. Это явление вызывается тем, что для разрушения зерен карбида
кремния должна быть приложена меньшая сила, чем для зерен электрокорунда, примерно на 20%.

Абразивный круг в процессе шлифования изнашивается сле­дующим образом. Сначала выпадают плохо закрепленные зерна, а у хорошо закрепленных зерен происходит истирание работаю­щих граней; затем, по мере увеличения степени затупления и воз­растания сил резания, происходит скалывание частиц этих зерен и снова истираются образовавшиеся новые грани и т. д. При ска­лывании с вершины зерна частиц размером 0,03—0,05 мм шли­фование этим зерном за данный период стойкости прекращается, так как глубина шлифования обычно не превышает этой величины.

Подпись:Это говорит о том, что в процессе шли­фования скалываются и частицы мень­шей величины. Зерна, ориентированные к обрабатываемой поверхности гранями с тупыми углами, скорее выкрашива­ются, причем облом происходит по наи­более слабым местам зерна. Износ и налипание при шлифовании кругами из карбида кремния чугунных деталей меньше, чем стальных.

Таким образом, износ и стойкость круга зависят как от обрабатываемого материала и режима работы, так и от расположения зерен. Износ зерен возрастает с увеличением ско­рости круга и глубины резания: он больше при работе с охлаж­дением эмульсией, чем при работе всухую, и меньше при охлаж­дении маслом вследствие уменьшения работы трения. Соотношение износа круга и съема металла за период стойкости может быть выражено кривыми (рис. 28), из которых видно, что начальный износ круга после правки значительно больше, чем к концу пе­риода стойкости, а наиболее высокий съем металла в середине этого периода.

Чем больше коэффициент трения между обрабатываемым мате­риалом и кругом, тем больше износ круга. Поэтому, например, при шлифовании нержавеющей стали на режущих поверхностях зерен появляются большие площадки износа, чем при шлифовании конструкционных сталей, коэффициент трения у которых меньше.

Характер ^износа алмазных кругов такой же, как и абразив­ных, но Ту кругов из синтетических алмазов на органических связках ^скалывание зерен происходит чаще, а образуемые пло­щадки износа на вершинах зерен несколько меньше.

При шлифовании титановых сплавов режущие поверхности зерен получают зазубренную форму, что дает основание предпо­ложить наличие диффузионного износа зерен и сплава в результате высокой температуры контакта и химического взаимодействия между зерном, связкой и сплавом. Установлено также, что при
шлифовании стали кислород воздуха, окисляя обработанную по­верхность и снимаемую стружку, способствует ускорению износа абразивных зерен.

При шлифовании деталей из жаропрочных сплавов стойкость кругов в 15—20 раз ниже, чем при обработке детален из конструк­ционных сталей. Стойкость зависит также от метода и режима правки. Если с абразивного инструмента при правке снять не­большой слой, то его стойкость будет ниже, чем при съеме не­сколько большего слоя. Опытом установлено, что при правке следует снимать слой не меньше 0,05 мм. Это не распространяется на автоматическую правку.

Подпись: Рис. 29. Форма круга в резуль-тате износа На кромках абразивных инструментов зерна закреплены менее прочно, вследствие чего абразив­ные инструменты изнашиваются быстрее именно в этих местах. Поэтому круги при всех видах шли­фования, и особенно при круглом и плоском шли­фовании, периферией круга изнашиваются нерав­номерно (рис. 29). Чем больше подачи, тем больше неравномерность износа. Поэтому резьбошлифо­вальные круги, круги для шлифования шеек ко­ленчатых валов и т. п. имеют меньшую стойкость.

Стойкость зависит от износа абразивного и алмазного инструмента. Она уменьшается с увели­чением износа при работе абразивного и алмазного инструмента "с затуплением и увеличивается при его работе с самозатачиванием. На стойкость влияют размеры абразивного инструмента. Она больше у кругов больших диаметров и ширины, чем у кругов малых диаметров, так как в этом случае зерна реже участвуют в работе вследствие меньшего числа оборотов при одинаковой скорости шлифования. Стойкость также выше при шлифовании деталей больших диамет­ров и имеющих прерывистую поверхность. Стойкость зависит от всех факторов шлифования, вида и количества охлаждающей жидкости, режима шлифования и от того, какой из элементов режи­ма преобладает (глубина резания, величина продольной подачи, скорость детали), от характеристики круга и, в частности, от его структуры. Так, при плоском шлифовании круги с открытой струк­турой имеют более высокую стойкость, чем круги той же характе­ристики с плотной структурой. Чем выше требования к качеству поверхности и мельче зернистость кругов, тем меньше стойкость.

При определении стойкости по числу обработанных деталей стойкость определяется прежде всего припуском, снимаемым при шлифовании этих деталей. Чем больше припуск, тем меньше стой­кость. Стойкость зависит от состояния станка: чем он исправнее, тем больше стойкость.

При точении стойкость резца тем меньше, чем выше скорость резания. При шлифовании, наоборот, стойкость как правило, уве­

личивается с повышением скорости резания, так как сечение сни­маемой одним зерном стружки уменьшается. Так, при шлифова­нии шатунных шеек коленчатых валов было установлено, что при работе кругом диаметром 1100 мм со скоростью 34 м/сек стойкость круга между правками равнялась шести валам. При шлифовании этим же кругом со скоростью 23 м/сек стойкость круга снизилась до двух валов. Разница в поведении резца и абразивного инстру­мента объясняется их разной теплостойкостью и условиями работы.

Круги из монокорунда и белого электрокорунда имеют, как правило, особенно при чистовом шлифовании, более высокую стойкость (в 1,5—2 раза), чем круги из электрокорунда и карбида кремния, вследствие чего износ их меньше. Так, круги из моно­корунда изнашиваются при тех же условиях на 30% меньше электрокорундовых кругов.

В большинстве случаев шлифования самозатачиваемость на­блюдается или в малой степени (у мягких и среднемягких кругов), пли почти совсем не проявляется, так как возникающие силы резания являются не всегда достаточными для скалывания и вы­рывания затупившихся зерен. В этих случаях шлифование через некоторое время после правки осуществляется затупленным абра­зивным инструментом, вследствие чего расход мощности возра­стает. При этом силы резания возрастают и часть менее прочных и слабо закрепленных зерен самозатачивается, вследствие чего резание совсем не прекращается, и постепенно ухудшается. С увеличением скорости круга явление самозатачиваемости про­является больше, вследствие чего возрастает и стойкость круга.

Затупление круга является результатом истирания зерен. Хотя путь, проходимый каждым зерном за время его работы, весьма невелик, скорость работы зерна значительна, что и опре­деляет его износ. Износ зерен в результате истирания достигает за период стойкости круга 0,05 мм и более. Затупление круга чаще всего характеризуется образованием на его кромках закруг­лений и на выступах зерен гладких площадок; при этом поры и частично зерна, даже острые, забиваются прилипшей к ним стружкой. Затупление круга вместе с тем сопровождается умень­шением его износа и съема металла.

Не следует смешивать засаливание круга с затуплением. Засаливание может происходить и при острых зернах круга, если стружка застревает в порах круга, а также когда для шлифования выбран круг не той структуры, которая требуется для данной работы. Засаливание также зачастую является следствием недо­статочного охлаждения, неправильного выбора твердости и зер­нистости круга и пр. Засаливание круга снижает его стойкость, вызывает дробление, вибрации и другие пороки. По мере засали­вания и затупления круга возрастает величина отжатия. Для уменьшения отжатия иногда увеличивают глубину резания, чтобы таким путем сколоть или вырвать затупившиеся зерна и вызвать 92

самозатачивание круга. Однако это не всегда приводит к желаемым результатам. Поэтому при увеличении отжатия выгоднее произ­вести правку круга, чем тратить время на выхаживание (шлифо­вание без подачи на глубину)

При большом затуплении зерен возникает неравномерный износ и волнистость круга, приводящие к появлению огранности на шлифуемой детали.

При шлифовании алмазными кругами, особенно на металличе­ской связке, засаливание также выражается в забивании пор круга снимаемой стружкой, что ухудшает резание, увеличивает удельный расход круга и опасность возникновения трещин на шлифуемой поверхности вследствие резкого повышения темпера­туры. Алмазные круги на металлических связках необходимо более часто править, чем круги на органических связках.

Самозатачивание абразивного и алмазного инструмента и его износ позволяют вступать в работу новым режущим кромкам и зернам, находившимся в начальный период работы вне зоны шлифования, т. е. на большем, чем фактическая глубина резания, расстоянии от режущей поверхности абразивного инструмента. Чем вязче обрабатываемый металл и тверже абразивный инстру­мент, тем больше склонность его к затуплению и засаливанию.

Стружка, получаемая при шлифовании вязких металлов (жаро­прочные сплавы, алюминий, медь, бронза и т. п.), не обладает необходимой упругостью и потому легче сцепляется с зернами круга и сплющивается на зернах круга или между ними при последующих его оборотах, создавая явление налипания, которое также может быть отнесено к засаливанию, так как уменьшает режущую способность и стойкость круга. Чем больше очагов нали­пания возникает на рабочей поверхности круга, тем быстрее круг теряет режущую способность, возникает большее трение и тепло­выделение, больше опасность возникновения прижогов и дробле­ния, меньше стойкость круга. Это явление в значительной степени напоминает явление образования нароста металла на резце при точении, фрезеровании и т. п., который возникает при несвобод­ном резании, особенно в условиях обработки пластичных метал­лов с большим трением при температурах свыше 300 С. При шли­фовании такой слой металла сцепляется с зернами круга настолько прочно, что для удаления его шлифовальный круг необходимо править. При шлифовании чугунных деталей налипания не про­исходит, так как способность круга к свариванию очень низкая.

Мелкозернистые круги изнашиваются медленнее, чем крупно­зернистые, так как могут выдерживать значительно большие давле­ния. На каждое зерно мелкозернистого круга приходится во столько раз меньшее удельное давление, во сколько раз число одновременно работающих зерен больше, а оно, например, у круга зернистости № 5 в 60—70 раз больше, чем у круга зернистости № 40. В связи с этим при шлифовании мелкозернистыми кругами резко

возрастает число снимаемых стружек и расход мощности на еди­ницу объема снятого металла значительно повышается.

Крупнозернистые и высокопористые абразивные инструменты обладают более высокой степенью самозатачиваемости, чем та­кие же инструменты с плотной структурой и мелкозернистые. Абразивные инструменты на вулканитовой и бакелитовой связках лучше самозатачиваются, чем инструменты на керамической связке, и поэтому имеют, как правило, большую стойкость. Стойкость в зависимости от условий применения абразивного инструмента колеблется в очень больших пределах; например, стойкость кругов для внутреннего шлифования при разных работах изменяется от 0,5 до 30 мин. При круглом наружном шлифовании она состав­ляет от 7 до 80 мин, при бесцентровом шлифовании на проход от 30 до 300 мин, при бесцентровом шлифовании методом врезания от 7 до 70 мин и т. д.

От самозатачиваемости зависит не только стойкость, но и про­изводительность, расход абразивного инструмента, а также дру­гие технико-экономические показатели шлифования. Чем больше сила Ру, тем быстрее и интенсивнее происходит самозатачивание, чем меньше сила Ру, тем больше вероятность работы круга с за­туплением. Возможность самозатачивания круга повышается с уве­личением глубины резания и скорости детали и с уменьшением числа зерен в круге, т. е. с повышением степени зернистости и скорости круга.

Чем больше самозатачиваемость абразивного инструмента, тем больше его удельный износ и правка необходима реже. Съем металла в единицу времени при этом повышается.

Износ кругов при шлифовании составляет очень малую долю общего расхода кругов; на правку же расходуется до 95% рабо­чего объема кругов и больше, особенно при правке заменителями алмазов.

Только при обдирочном круглом и плоском шлифовании, при разрезке, при шлифовании шариков и в некоторых других спе­циальных случаях шлифования износ кругов составляет от 50 до 90% от их рабочего объема. В этих случаях самозатачивание является результатом износа кругов в процессе шлифования.

Круги сильно изнашиваются также при шлифовании жаропроч­ных сплавов. При этом часто наблюдается налипание сплава, вследствие его большой вязкости, на зерна круга. Поэтому для шлифования многих жаропрочных сплавов применяют круги из карбида кремния, зерна которого легче выкрашиваются и скалы­ваются, уничтожая таким путем налипание и создавая самозата­чиваемость круга. Стойкость и износ круга зависят не только от условий работы, но и от типа связки, твердости и зернистости. Так, круги на бакелитовой связке при тех же условиях работы изнашиваются быстрее, чем круги на керамической связке, осо­бенно круги твердостей М3—СМ2. Износ этих кругов выше при 94

работе с охлаждением, особенно керосином или маслом, в резуль­тате снижения твердости круга под влиянием охлаждающей жидкости, чем при работе всухую. Износ зерен при работе с охла­ждением водными эмульсиями больше, чем при охлаждении масляными растворами.

Между твердостью и износом абразивных инструментов суще­ствует почти такая же зависимость, как между твердостью и глу­биной лунок, получаемых при измерении твердости. С увеличе­нием степени твердости удельный износ уменьшается, а с возра­станием степени зернистости увеличивается. Удельный износ уменьшается с увеличением времени шлифования и возрастает с увеличением степени пористости. При шлифовании деталей малых диаметров удельный расход кругов больше, чем при шли­фовании деталей больших диаметров, поэтому при шлифовании, например, деталей, диаметром до 25—50 мм выбирают более твердые круги. При увеличении диаметра круга износ его умень­шается.

Крупнозернистый абразивный инструмент изнашивается бы­стрее, чем мелкозернистый, что объясняется большими силами резания, которые возникают при работе крупнозернистым инстру­ментом, так как режимы работы в этих случаях всегда выше. При увеличении скорости детали, при той же скорости круга, износ повышается. Увеличение поперечной и продольной подач понижает стойкость круга и увеличивает его износ, хотя съем металла в единицу времени при этом тоже увеличивается.

Износ зерен круга за время контакта в течение одного оборота

где Д—Дг — износ круга за время контакта;

п — число оборотов круга за это же время. Обычно Ди равно 0,001—0,0001 мк..

Updated: 28.03.2016 — 16:35