ТОЛЩИНА И ДЛИНА СТРУЖКИ. ПРИ ШЛИФОВАНИИ

Толщина стружек, снимаемых зернами абразивного инстру­мента в процессе шлифования, зависит не только от поперечной подачи, но и от других параметров режима шлифования, а также от характеристики и диаметра абразивного инструмента, диаметра обрабатываемой детали, мощности и состояния станка, в част­ности его жесткости, метода и режима правки и вида правящего инструмента.

Так как на поверхности абразивного инструмента находятся зерна разной величины в пределах одного номера зернистости и расположены они на разной высоте, то толщина стружки при шли­фовании при совершенно одинаковых прочих условиях является величиной переменной. Толщина стружки в процессе шлифования сильно меняется и потому, что после каждого прохода на шлифуе­мой поверхности остаются несошлифованные места — гребешки. Вследствие беспорядочного расположения режущих зерен шаг выступов и впадин этих гребешков непостоянен и при каждом

ИЗ

последующем проходе зерна круга, попадая то на места впадин, то на места выступов, снимают стружку разной толщины, величина которой иногда превосходит величину поперечпой подачи t. Вообще же, как правило, толщина стружки h меньше величины поперечной подачи t. Такое положение объясняется упругим от — жатием системы станок—абразивный инструмент—деталь, проис­ходящим при нарушении равновесия в системе, которое может быть вызвано рядом причин. В связи с этим утверждения некото­рых авторов, что фактическая глубина резания, а следовательно, и толщина стружки получаются в несколько раз больше, чем номинальная поперечная подача, нельзя считать правильными.

Ширина стружки зависит от профиля врезающейся в металл части зерна, толщины стружки, ее деформации и от профиля обра­батываемой поверхности. Так как все эти параметры переменные даже при одних и тех же условиях шлифования, то и ширина стружки является переменной величиной. Общим для всех стру­жек является то, что ширина их, как правило, в 10—20 раз больше, чем их толщина, и во столько же раз меньше наибольших попереч­ных размеров абразивных зерен. Это объясняется тем что шли­фование обычно производится с глубиной резания, во много раз меньшей величины зерен. Таким образом, и сечение стружки яв­ляется величиной переменной. Отсюда можно сделать вывод, что шлифованная поверхность после каждого прохода имеет свой профиль, отличный по расположению и глубине впадин и высту­пов от профиля, полученного при других проходах.

Рассмотрение стружек и их следов позволяет сделать вывод, что они имеют весьма разнообразные профили в сечении: клина, треугольника с большим основанием и малой высотой, трапеции, запятой и т. п.

Длина стружки зависит от ее толщины, соотношения скоростей круга и детали, от вида шлифования и шлифуемой поверхности, т. е. от степени ее неровности и расположения выступов и впадин. Длина стружки, снимаемая зернами одного и того же круга, так же, как толщина и ширина, различна и, помимо указанных выше факторов зависит от расположения зерен в круге и от места их встречи с деталью. Несмотря на такое различие снимаемых одним и тем же кругом стружек по их сечению и размерам, обра­зование их подчиняется общему закону и оказывает большое влия­ние на процесс шлифования.

Толщина стружки. Зависимость удельного напряжения режу­щих зерен шлифовального круга от толщины стружки настолько велика, что принято считать, что толщина стружки оказывает преобладающее влияние на процесс шлифования. Изменение тол­щины стружки сказывается на производительности и условиях работы круга, на его самозатачиваемости и стойкости, на износе и частоте правки, на силах резания и качестве отшлифованной поверхности и т. д.

Шлифовальный круг по своей работе может быть сравнен с фрезой, хотя он и отличается от фрезы прерывистостью режущей кромки, беспорядочным расположением зерен, их формой и геомет­рией и т. п. Поэтому на процесс образования стружки при шлифо­вании, строго говоря, нельзя распространять схему образования стружки при фрезеровании. Несмотря на это, почти во всех кни­гах по резанию металлов и по шлифованию при рассмотрении вопроса образования стружки пренебрегали этими отличиями процесса шлифования, что отмечено И. Г. Брозголем.

При определении толщины стружки по схеме фрезерова­ния некоторые исследователи (Ольден, Джон Гест, А. Гоф­ман, С. Круг, А. Слепак,

Н. Ф. Баранецидр.), и в том числе автор, исходили из следующего представления: в процессе круглого наруж­ного шлифования зерна круга врезаются в обрабатываемую деталь и снимают стружки (рис. 35). Обозначим шлифо­вальный круг—А, деталь—В, толщину стружки — h, дугу контакта круга с деталью—I, число режущих зерен на единицу длины дуги круга — tp, угол РСК — через а и угол РС’К — через (Г Представим себе, что в течение некоторого промежутка времени t процесса шлифо­вания методом врезания зерно, находящееся в точке Р, пере­местится в точку К■ За это же время деталь, вследствие ее враще­ния с меньшей скоростью, пройдет-путь КМ, в результате чего зерно снимет стружку РКМ. Расстояние MN представляет собой максимальную толщину стружки, снимаемую воображаемым от­дельным зерном. Так как в действительности на расстоянии РК

MN

находится i„ зерен, то каждое зерно снимает стружку ——.

1р

Из рассмотрения двух прямоугольных треугольников СКЕ и CKD находим, что | DKE — а + Р-

Из рассмотрения треугольника KMN находим, что MN = — КМ sin (а + Р); но расстояние КМ равно пути детали за время t, Т. е. КМ = vdt.

В действительности на протяжении дуги контакта круга с де­талью РК = / = vKt имеется не одно зерно, a ipl. Так как

і = ± то h = ^Sin (а + Р) = ^sin (а + р). (1)

Из тех же треугольников легко установить, что sin (сЬ — f — (5) =* = 2гїф Y^d, где 1ф — фактическая глубина резания.

Подставляя значение sin (а + Р) в формулу (1) получим, что толщина стружки

<2>

Е. Н. Маслов, рассматривая вопрос о толщине стружки, учел прерывистость режущей кромки и влияние ширины круга и до­полнил формулу (2), введя в зна­менатель величину 2vd, весьма мало изменяющую, однако, ре­зультат при определении тол­щины стружки. Для круглого наружного шлифования с про­дольной подачей он дополнил

формулу (2), отношением,

где s — продольная подача и В — ширина круга.

Формула Ольдена, как и формулы других исследовате­лей, фактически не учитывает влияния отжима системы ста­нок — круг—деталь на толщину стружки.

И. М. Брозголь, исходя из другой схемы образования стружки (рис. 36), считает, что максимальная толщина стружки равна глубине врезания зерна круга в деталь: /і— іф. Фактически при одном и том же режиме шлифования, в зависимости от разной высоты расположения зерен на режущей поверхности и величины упругого отжатая системы, толщина стружек, снимаемых даже только в течение одного их контакта с деталью, будет различна и лежит в пределах h = іф = t — с ± х, где с — величина отжа­тая, направленная в сторону уменьшения глубины резания, t — поперечная подача, х — некоторая часть выступа (+) или впадины (—), оставшаяся не снятой при предыдущем проходе зерна. В тех случаях, когда х = с, глубина врезания равна попе­речной подаче. Когда х имеет знак минус, т. е. зерно попадает во впадину, Ьф меньше t и наоборот. Величина х может быть и больше t. Таким образом, толщина многих стружек tq, снимаемых при шлифовании, превосходит t в 2 раза и более, но не в 15—30 раз, как иногда предполагают. Величина с в процессе шлифования все время меняется: в период врезания она растет, в период выхажи­вания она уменьшается, в период установившегося резания она остается относительно постоянной.

116

Для разных видов шлифования и типов станков величина С имеет различные значения. Так, для круглого наружного шлифо­вания она, как показали опыты В. А. Шальнова, достигает 0,4—- 0,6/, а для плоскошлифовальных станков, работающих перифе­рией круга, 0,2—0,3/, т. е. отжим происходит главным образом у передней и задней бабок круглошлифовального станка.

При шлифовании кругами различной степени жесткости тол­щина стружки при одинаковых режимах получается разная. Так, например, при шлифовании алмазными кругами на органической связке толщина стружки в 2 раза меньше, чем при шлифовании кругами на металлической связке при тех же режимах резания, что объясняется большей жесткостью кругов на металлической связке.

Толщина стружки, подсчитанная для реальных случаев шли­фования по формулам Ольдена—Дженкса, Е. Н. Маслова и дру­гих авторов, принявших ату схему образования стружки, имеет очень малую величину, отличную от фактической толщины стружки, которую можно собрать в процессе шлифования. По мне­нию автора, часть зерен, вершины которых расположены на рас­стоянии h от поверхности круга, срезают тонкие стружки (меньше 1 мк), которые сгорают и потому не могут быть собраны.

Существующие формулы не позволяют точно определить тол­щину стружки. Однако они дают некоторое общее представление о влиянии подач, скоростей и диаметров круга и детали на тол­щину стружки, а следовательно, и на весь процесс шлифования.

Фактически одна сторона стружки (срезаемая данным зерном) менее выпуклая (почти плоская), чем другая. За время контакта зерна круга с деталью она пройдет расстояние во столько раз меньше, во сколько раз скорость детали меньше скорости круга,

т. е. в раз. При нескоростных режимах шлифования это

отношение обычно колеблется в пределах 1 : 40—1 : 100. Так как длина контакта является очень малой величиной, то расстояние, которое пройдет деталь за время контакта с одним (данным) зерном Д/, будет совсем малой величиной. Совсем малой величиной будет и Ah, на которую увеличивается за счет скорости детали максимальная толщина стружки. Однако нельзя делать вывод о том, что скорость детали не влияет на толщину и длину стружки. Правильнее сказать, что хотя скорость детали оказывает незна­чительное влияние на изменение размеров стружки, однако (так как при шлифовании снимается колоссальное количество стружки) она сказывается на производительности процесса. С повышением скорости детали сила резания обычно увеличивается, чем и объясняется повышение производительности. Это положе­ние находит подтверждение особенно при скоростном шлифовании.

Минимальная толщина стружки, которая может быть снята при шлифовании, не зависит, как и при точении, от величины

радиуса притупления. Она может быть меньше, чем величина радиуса зерна, за счет применения при шлифовании высоких скоростей резания и возникающих при этом упругих деформаций.

Длина стружки. Длина стружки, снимаемой при шлифовании одним зерном круга, равна пути зерна, которое оно совершает при соприкосновении с деталью. Этот путь зависит от многих факторов. Дуга контакта зерна круга с деталью может быть равна MN или NL = LM (см. рис. 36) в зависимости от значений ве­личин X.

В случае круглого наружного врезного шлифования, т. е. когда продольная подача отсутствует, длина стружки будет равна приблизительно длине дуги контакта круга с деталью плюс длина дуги в результате поворота детали ДI за время со­прикосновения ее с одним (данным) зерном круга, причем 1Н будет лежать в пределах

Пренебрегая весьма малой величиной, имеем

lH — Da — г — Ra. (3)

Из рассмотрения треугольников 0РА1 и СРМ находим Я2 = (Я_й2)2 + (^)2 н г2 = (г — Л])2 -f — (~тг)2 >

— = NP = PM, R = 0L и г^СК

откуда

~ — h2 (2R — h2) = th (2г — Л,).

Принимая 2R — h2 = 2R и 2г — hx — 2г, так как доли толщины стружки hx и h2 чрезвычайно малы по сравнению с диа­метрами круга и детали, получаем

~ — 2 Rh2 = 2 rhu

отсюда

Ь2 4D

 

следовательно,

TP’ h2 — /іх-р = (іф h2)-p. Решая это уравнение относительно Л2, находим

D+ d

или, пренебрегая величиной как очень малой, получаем

а = 2 (5)

Подставляя вместо h2 ее значения из формулы (4), находим

а = 2 D(D%d) = 2 Уїф У D(D + d) • (6)

Подставляя эти значения а в формулы длины стружки, полу­чаем, что величина 1Н находится в пределах

L — 2& Vt, p У-jj (]T+’dj = 2 I D — f d’ ^

и

(н = 2% Vu D(D + d) ~ У*Ф D + d • ^

При круглом наружном шлифовании длина стружки увели­чивается с увеличением диаметров круга и детали, величины фактической глубины резания, отношения скорости детали к ско­рости круга.

При внутреннем шлифовании дуга контакта между зернами круга и детали будет больше, чем при наружном шлифовании, причем формулы для длины стружки будут отличаться от выра­жений (7) и (8) только знаком минус в знаменателе, так как d~> D, а именно:

l, = 2Vrty^g^. (9)

И

‘- = УІ*У О»)

При плоском шлифовании периферией круга, когда а — : оо,

1Н = 2УЩ (И)

и

L = УОіф. (12)

Следовательно, длина стружки при этом виде шлифования возрастает пропорционально корню квадратному из диаметра круга и фактической глубины резания. Она также увеличивается,

119

но на очень незначительную величину, при возрастании отноше­ния скорости продольной подачи детали к скорости круга.

При плоском торцовом шлифовании дуга контакта каждого зерна круга (сегмента, бруска) с деталью во много раз больше, чем при любом другом виде шлифования, и зависит от диаметра круга, ширины или диаметра шлифуемой детали и отношения скорости детали и скорости круга.

Максимальная длина стружки

/ _ nDa (1 о

‘т ~ 360° ± 60£,’К • ^

Чем больше а, тем длинее стружка, тем хуже условия удале­ния ее из зоны резания, тем более открытой должна быть струк­тура круга. Именно этими обстоятельствами объясняется приме­нение при торцовом плоском шлифовании кругов более открытых структур и составных кругов из сегментов. Расстояния между сегментами, уменьшая поверхность контакта абразивного инстру­мента, одновременно облегчают условия выхода стружки и усло­вия всего процесса шлифования вследствие лучшей вентилируе — мости круга и меньшего нагрева шлифуемой поверхности.

Угол а тем больше, чем больше ширина или диаметр шлифуе­мой детали. Отсюда длина стружки тем больше, чем шире шлифуе­мая поверхность. Из формулы (13) следует, что длина стружки при торцовом плоском шлифовании прямо пропорциональна диаметру круга. Таким образом, чем больше диаметр круга, тем больше должна быть производительность процесса шлифования. С увеличением отношения скорости движения детали к скорости круга длина стружки также увеличивается, однако настолько мало, что ею можно пренебречь. С увеличением скорости круга длина стружки, наоборот, несколько уменьшается.