ТЕПЛООБРАЗОВАНИЕ И СИЛЫ РЕЗАНИЯ. ПРИ ШЛИФОВАНИИ АБРАЗИВНО-АЛМАЗНАЯ. ОБРАБОТКА

Т ЕП ЛООБРАЗО В А Н И Е

Производительность шлифования, качество шлифуемой по­верхности и поверхностного слоя в значительной степени зависят от температурных условий, в которых протекает процесс шлифова­ния. Прижоги, трещины, структурные изменения поверхностного слоя, выражающиеся в отпуске или вторичной закалке, коробле­ние и другие деформации являются результатом высоких темпе­ратур, возникающих на поверхности шлифуемой детали. Поэтому изучение теплообразования в этих условиях имеет большое зна­чение.

Процессы шлифования близки к процессам трения и износа тем, что они протекают в условиях сильного тепловыделения от упругих и остаточных деформаций в результате той большой работы, которая совершается абразивными зернами, отделяющими громадное число стружек при значительных удельных давлениях. В работе трения определенную роль играет также связка, скреп­ляющая зерна между собой, которая хотя и не производит реза­ние, но интенсивно участвует в теплообразовании.

Общее число стружек снимаемых периферией круга за один проход при круглом центровом шлифовании:

nDHnKipL

где L — длина шлифуемой поверхности в мм;

s — продольная подача детали в мм/об; пк и пд — число оборотов круга и детали в минуту;

D — диаметр круга;

Н — его высота;

ip — число зерен на 1 мм ширины круга.

Для того чтобы представить сабе, в течение какого времени происходит снятие стружки, нагрев шлифуемой поверхности, износ и остывание зерен круга, определим эти параметры для

конкретного случая шлифования кругом D = 500 мм, Н — 50 мм, при пк — 1400 об/мин, пд = 140 об/мин, L = 500 мм, s = = 20 мм/об и ір — 3.

Подпись: k =Подпись: = 58875000 стружек.3,14-I400-500-500-50-3

140-20

ТЕПЛООБРАЗОВАНИЕ И СИЛЫ РЕЗАНИЯ. ПРИ ШЛИФОВАНИИ Подпись: сек.

Время, за которое каждое из зерен круга, расположенных в один ряд по ширине на его периферии, снимет стружку

Таким образом, чем больше скорость и диаметр круга, а также число зерен в нем, т. е. чем меньше его зернистость, тем меньше время, за которое снимается стружка. Влияние скорости детали на время ip чрезвычайно мало, поэтому в этой формуле оно не учтено.

Для круга диаметром 500 мм, зернистостью 25, т. е. при ір = 3, работающего со скоростью 1400 об/мин:

*р = 3714-500-1400-3 = °>°°00009 сек.

Каждое зерно за период стойкости работает время, измеряемое сотыми или десятыми долями секунды. Так, для данного примера при стойкости круга 30 мин каждое зерно фактически работает только 0,0378 сек, чем и объясняется весьма малый износ круга за период его стойкости.

т

Скорость нагрева vT — ~j~ град/сек, где Т — температура

шлифуемой поверхности. При Т = 1000° С vT ~ 1,11 X х 109 град/сек.

Подпись: и ТЕПЛООБРАЗОВАНИЕ И СИЛЫ РЕЗАНИЯ. ПРИ ШЛИФОВАНИИ ТЕПЛООБРАЗОВАНИЕ И СИЛЫ РЕЗАНИЯ. ПРИ ШЛИФОВАНИИ

Возможное время для остывания каждого зерна

Для данного примера t0 = 0,0428 сек, т. е. в десятки тысяч раз больше, чем время нагрева. Фактически каждое зерно осты­вает почти с той же скоростью (несколько большей), с которой нагревается. Поэтому круг при шлифовании остается всегда холодным.

При снятии стружки с большой скоростью происходит деформа­ция (уплотнение) шлифуемой поверхности, сопровождаемая тре­нием, и возникает очень высокая температура. Так как каждая отделяемая стружка имеет чрезвычайно маленький объем, изме­ряемый тысячными долями кубического миллиметра, а время, за которое выделяемое при шлифовании тепло, поглощается стружкой, ничтожно мало, стружка зачастую нагревается до температуры, близкой к температуре плавления стали (HOO­DOO0 С), и частично сгорает.

При шлифовании деталей из титана стружка сгорает или спе­кается еще в момент ее отделения, при шлифовании деталей из стали — после отделения. Стружка весьма мала и потому, погло­щая тепло, изменяется в цвете, оплавляется, сплавляется в ша­рики, распадается на отдельные частицы — искры и сгорает. Сгорание стружки происходит вследствие интенсивного окисления кислородом воздуха, содержащегося в металле углерода. Различ­ные примеси, находящиеся в металле, определяют интенсивность окисления и нагрева стружки и изменяют форму пучка искр, что позволяет таким методом контролировать марку шлифуемого металла.

Имеется ряд специальных сплавов и металлов, при шлифова­нии которых искрения совсем не наблюдается (например, цинк, свинец, вольфрам, платина, золото, серебро, берилий и др.). Такие сплавы и металлы очень плохо шлифуются электрокорундо — выми кругами и несколько лучше мягкими кругами из карбида кремния. У большинства металлов теплопроводность с возраста­нием температуры ухудшается. Только у алюминия и некоторых жаропрочных сплавов коэффициент теплопроводности с повыше­нием температуры возрастает. При шлифовании с малой скоростью, например 0,5 м/сек (практически совершенно неприменяемой), время отделения стружки увеличивается и стружка не нака­ляется до красного каления и не сгорает; поэтому при шлифова­нии с такой скоростью искрообразования не происходит. Таким образом, в повышении температуры главную роль играет скорость резания.

При скорости 1 м/сек при прочих равных условиях шлифова­ния стружка накаляется и часть ее отделяется в виде искр. В то же время при точении со скоростью 60 м/мин стружка не нагревается до такой температуры, что является результатом большего объема снимаемой стружки и лучшего, вследствие этого, теплообмена. Таким образом, вторым фактором, определяющим величину теплообразования и среднюю температуру стружки, является ее масса.

По данным Я — Г. Усачева, при точении быстрорежущими резцами со скоростью v = 10ч-20 м/мин в стружку уходит 60— 80% тепла, образующегося в процессе резания, причем с повы­шением скорости этот процент растет. Остальная часть тепла уходит в режущий инструмент (15—20%), обрабатываемую де­таль (4—5%) и в. окружающую среду (1%).

При шлифовании, т. е. в условиях работьГс высокими скоро­стями (30—50 м/сек), когда основная работа затрачивается на преодоление сил трения, пока еще не установлено, какая доля общего тепла, возникающего при шлифовании, уходит в стружку, абразивный инструмент, деталь и окружающую среду. По данным различных исследований, в зависимости от режима шлифования И метода охлаждения в деталь уходит 20—80%, в шлифовальный

Ш

круг 9—13% тепла, образующегося при шлифовании, в стружку до 8%, в охлаждающую жидкость до 13%.

Увеличение нагрева пропорционально повышению твердости и плотности структуры металла шлифуемых деталей, увеличению глубины резания и уменьшению скорости детали.

Теплопроводность абразивных инструментов в десятки раз ниже, чем у металлов. Так, например, у наиболее распростра­ненных абразивных инструментов из электрокорунда средней зернистости и средней твердости (40СМ) коэффициент теплопро­водности X равен 1,7 ккал! (м-ч-град), у таких же инструментов из карбида кремния 3,35 ккал/(м-ч-град), у деталей из конструкцион­ной стали50 ккал/(м •ч-град), удеталей из чугуна 40 ккал (м • наград). Поэтому абразивный инструмент нагревается значительно меньше, чем шлифуемая деталь.

Такой низкий коэффициент теплопроводности абразивных инструментов объясняется наличием в них пор, запол­ненных воздухом, у которого коэффициент теплопроводности 0,02 ккал!(м -ч-град). Поэтому Я, кругов падает прямо пропор­ционально росту пористости кругов. В зависимости от харак­теристики кругов и температуры шлифования X электрокорундовых кругов находится в пределах 0,2—0,3 ккал/(м-ч-град), X кругов из карбида кремния находится в пределах 0,3—8 ккал!(м-ч-град).

Жаропрочные сплавы, имеющие весьма малый коэффициент теплопроводности, плохо шлифуются, и в результате круги имеют низкую удельную производительность. Так, например, у сплава ХН77ТЮ X = 0,023 кал!(см-сек-град), т. е. в 4 раза худший, чем у стали 45 (Я = 0,11 кал/(см-сек-град), и к тому же сплав ХН77ТЮ имеет высокую микротвердость и склонность к нали­панию стружки, что и определяет его плохую обрабатываемость и малую удельную производительность — в 10 раз ниже, чем у стали 45. Низкий коэффициент теплопроводности твердых сплавов, например у сплава Т15К6 X = 0,065 кал!(см-сек-град), также обусловливает их трудную обрабатываемость, несмотря на то, что они шлифуются кругами из карбида кремния, зерна которых имеют меньшие радиусы округлений и более высокий класс чистоты поверхности. Отсюда следует вывод, что между теплопроводностью и обрабатываемостью существует зависимость: чем ниже коэффициент теплопроводности, тем хуже обрабаты­ваемость. Теплопроводность аустенитных сталей хуже, чем мартен­ситных.

На температуру поверхности детали и процесс шлифования оказывают влияние все факторы процесса шлифования: характе­ристика и размеры абразивного инструмента и особенно форма, углы и расположение зерен, режим работы, свойства обрабаты­ваемого материала, размеры шлифуемой детали, охлаждающая жидкость, время шлифования и др. Комплексным фактором тепло­образования является трение абразивных зерен и деформация 124

металла. С увеличением глубины и времени шлифования темпе­ратура шлифуемой детали, как показали опыты Е. Н. Маслова, возрастает, что объясняется большим расстоянием между зернами, участвующими в этом случае в резании, и большим контактом их с обрабатываемой поверхностью.

С увеличением скорости шлифовального круга температура поверхности шлифуемой детали уменьшается, о чем свидетель­ствует опыт скоростного шлифования. Падение температуры вызвано тем, что с увеличением скоростей резания уменьшается время контакта между кругом и деталью и увеличиваются коли­чество и скорость истечения охлаждающей жидкости. Таким обра­зом, влияние скорости отделения стружки в данном случае локали­зуется этими факторами.

С увеличением твердости, уменьшением номера структуры и величины абразивных зерен в круге температура возрастает, так как при таких условиях шлифования в единицу времени снимается большее количество стружек, т. е. затрачивается большая работа, а на удаление затупившихся зерен твердого круга также необхо­димо затрачивать больше усилий. Увеличение размеров и скорости шлифуемой детали способствует более интенсивному отводу тепла. Это необходимо учитывать, особенно при шлифовании деталей из закаленных сталей, теплопроводность которых после закалки снижается, а также при шлифовании деталей из легированных сталей. Детали, имеющие меньшие диаметр и массу, хуже отводят тепло, и поэтому поверхности их больше подвергнуты опасности прижога и образованию трещин, а следовательно, и структурным изменениям шлифуемого поверхностного слоя металла.

Трещины являются результатом перегрева шлифуемой по­верхности на 800—1000° С, причем глубина их на закаленных сталях примерно равна глубине слоя закалки. Трещины и при — жоги могут привести к увеличению хрупкости, потере ударной вязкости и усталостному разрушению. Причиной образования прижогов и трещин при шлифовании может явиться неправиль­ная термическая обработка стали. Такие случаи наблюдались при обработке жаропрочных сплавов (ЖС-6). Внутренние напря­жения в термически обработанных деталях из стали требуют осторожного шлифования. При несоблюдении этого условия воз­можно возникновение трещин. Чем больше нагрев поверхности и чем резче происходит ее охлаждение, тем выше напряженность поверхностного слоя, тем больше опасность появления трещин.

Прижоги являются результатом более высокой, чем это тре­буется, твердости кругов, их засаливания и вибраций, неодно­родности структуры, неуравновешенности, а также большой глу­бины резания. Прижоги и трещины возникают главным образом на закаленных стальных деталях, имеющих высокую твердость и прочность, а также на деталях, изготовленных из металлов, имеющих низкую температуропроводность. Так, например, шли­

фование деталей из жаропрочных сплавов, имеющих в отличие от других металлов низкую теплопроводность, происходит в усло­виях образования высокой температуры и плохого отвода тепла, вследствие чего и возникает опасность появления прижигав и трещин. Шлифование быстрорежущих сталей, имеющих меньшую теплопроводность по сравнению с углеродистыми, требует по этим же причинам большой осторожности и умения.

Прижоги, как правило, сопровождаются понижением твердости и износостойкости поверхностного слоя. При прижогах темпе­ратура поверхностного слоя бывает настолько высокой, что обра­зует вторично закаленный слой. Глубина этого слоя обычно не превосходит сотых долей миллиметра и зависит от условий и режима шлифования, характеристики круга и свойств обрабаты­ваемого материала. Чем больше нагрев поверхности и резче происходит ее охлаждение, тем выше напряженность поверхност­ного слоя, больше опасность, появления трещин.

Иногда напряжения, возникающие при нагреве поверхности, настолько велики, что происходит коробление детали. Такие случаи наблюдаются особенно при плоском шлифовании тонких деталей.

Как показали исследования, особенно сильное влияние на глубину измененного поверхностного слоя оказывает скорость детали. Чем она меньше, тем выше опасность прижога и глубина измененного слоя, и наоборот. Поэтому при появлении в процессе шлифования прижогов и трещин прежде всего следует увеличить скорость детали.

Для снижения опасности возникновения трещин при шлифо­вании деталей из жаропрочных сплавов рекомендуют повышать скорости детали до 70 м/мин, что позволяет уменьшить время контакта между кругом и деталью и время действия мгновенной температуры, возникаемой при шлифовании.

Увеличение поперечной подачи, особенно внезапное, что иногда наблюдается при неисправных механизмах подачи, также способствует появлению прижогов и трещин. Увеличение скорости круга снижает глубину деформируемого поверхностного слоя.

Появление прижогов иногда вызывается разновысотностью расположения зерен, особенно в тех случаях, когда эта разновы — сотность неравномерна, вследствие чего происходит то большой, то малый съем металла. Опасность прижогов возрастает также с увеличением интенсивности снимаемого слоя и уменьшением диаметра шлифуемой детали.

Увеличение степени твердости круга, уменьшение размера зерен и номера структуры помогают образованию прижога и трещин.

Чем больше радиус скруглення у вершины зерен, тем выше температура при образовании стружки этим зерном.

Неоднородность твердости и неуравновешенность круга также могут явиться причиной возникновения трещин, особенно при


шлифовании закаленных быстрорежущих сталей. Иногда имеют место случаи возникновения прижогов и трещин при шлифовании одним и тем же хорошо до этого работавшим кругом, что некото­рыми исследователями объясняется как результат изменения твердости круга под воздействием охлаждающей жидкости. В дей­ствительности же это является результатом неоднородности твердости круга.

Шлифование всухую и недостаточное охлаждение способствует появлению прижогов. Весьма чувствительны к нагреву и прижо — гам и потому требуют весьма интенсивного охлаждения стали с высоким содержанием углерода и хрома. При шлифовании дета­лей из чугуна прижоги бывают реже в связи с тем, что содержа­щийся в чугуне графит действует как смазка, уменьшающая износ зерен круга и защищающая поверхность детали от при­жогов.

При недостаточном охлаждении трещины возникают даже чаще, чем при шлифовании всухую. Трещины образуются и вслед­ствие резкого охлаждения детали.

Часто причиной появления трещин является шлифование де­талей после азотирования. Поэтому детали, которые должны быть подвергнуты азотированию и шлифованию, следует сначала шлифовать, а затем азотировать и после этого хонинговать.

Увеличение ширины круга и продольной подачи вызывает рост теплообразования пропорционально количеству работающих зерен. Поэтому при работе широкими кругами не следует приме­нять те же режимы, что и при шлифовании узкими кругами. При прочих равных условиях в этих случаях круги должны быть мягче.

Под воздействием высоких давлений и нагрева в процессе шлифования контактные поверхности обрабатываемого материала и зерен абразивных инструментов претерпевают некоторые физи­ко-механические изменения. Для выявления этих изменений Г. В. Бокучава определял микротвердость зерен абразивных материалов в нагретом состоянии. Данные, полученные при по­мощи прибора типа ПМТ-3 с алмазным наконечником в виде че­тырехгранной пирамиды (табл. 19) показали, что особенно умень­шается микротвердость у карбида кремния.

При температуре 900° С твердость электрокорунда равна твердости карбида кремния, а твердость электрокорунда с добав­кой окиси хрома даже выше, т. е. этот материал оказался более стойким при нагреве. Однако из этих данных нельзя сделать вывод о том, насколько и изменяется ли вообще твердость режущей поверхности зерен в процессе шлифования под воздействием мгно­венного, происходящего в миллионную долю секунды, теплового удара. Зерна под воздействием нагрева изнашиваются быстрее, чем при его отсутствии. Однако мгновенный нагрев вызывает изменения твердости и ускорения износа зерен в такой же степени,

Таблица 19

Микротвердость абразивных материалов при нагреве

Абразивный материал

Температура в

°С

20

600

600

700

800

SO0

1000

1100

1200

13С0

Карбид кремния. .

3300

2460

2250

2180

1710

1520

1385

1170

970

Электрокорунд. . Электрокорунд с до­бавками окиси

2460

2350

2250

2050

1850

1490

1250

980

570

410

хрома…………………

2700

2620

2500

2200

2150

2000

1490

1250

660

590

как при длительном нагреве. С увеличением скорости резания абразивного инструмента одной и той же твердости его износ уменьшается, хотя мгновенная температура при этом увеличи­вается.

Износ зерен в течение одного контакта с деталью

где п — число оборотов круга в минуту;
с — стойкость круга в минуту;

т — износ круга на сторону в мм за период стойкости.

Для круга, работающего при 1500 об/мин, имеющего с — — 10 мин и т — 0,05 мм, износ в течение одного контакта будет равен 0,000003 мм. Таким образом, если оплавление зерен в про­цессе шлифования и имеет место (в чем мы сомневаемся), то на износ их оно едва ли влияет.

Влияние смазочно-охлаждаю щей жидкости. Сухое шлифова­ние все более вытесняется шлифованием с охлаждением. Его применяют при работе на обдирочно-подвесных шлифовальных станках, при плоском шлифовании на торцошлифовальных стан­ках с вертикальным шпинделем, при заточке некоторых режущих инструментов, когда охлаждение мешает наблюдению, при отрезке и в некоторых других случаях. Производительность при сухом шлифовании обычно выше, а удельный съем металла в 3 раза ниже, чем при работе с охлаждением водными эмульсиями. Шли­фование чугунных деталей во избежание коррозии также произ­водится всухую. Во всех прочих случаях шлифование произво­дится с охлаждением, так как снятие стружки при шлифовании сопровождается большим местным тепловыделением и нагревом детали, вызывающим высокие температурные местные напряже­ния, сильным измельчением стружки и забиванием пор круга, значительным пылевыделением вследствие износа круга и боль­шим трением зерен круга и связки об обрабатываемый металл. 128

Применяемые при шлифовании жидкости должны: 1) обладать хорошими охлаждающими свойствами во избежание нагревания поверхностного слоя детали; 2) обладать смазочными свойствами для уменьшения трения при резании и снижения износа круга, для сохранения на более длительное время режущей способности круга и получения качественной поверхности изделий; 3) спо­собствовать удалению из пор круга стружки и абразивной пыли, а также налипшего металла с зерен круга и уменьшению его засаливания. Охлаждающие жидкости могут также обладать свой­ствами, повышающими производительность шлифования.

Смазочно-охлаждающие жидкости не должны затруднять на­блюдения за работой. Поэтому при чистовом шлифовании приме­няют обычно прозрачные жидкости, а при черновом — эмульсии.

Применяемые жидкости не должны: 1) разъедать и корро­зировать детали станка и шлифуемые детали; 2) содержать вред­ные компоненты; 3) быстро портиться, загустевать и содержать выпадающие в виде осадков вещества, засоряющие поры круга; 4) загораться под действием искр, а также сильно вспениваться и нагреваться. Чем холоднее жидкость, тем лучше ее охлаждаю­щее действие, поэтому, если это возможно, ее следует охлаждать в процессе работы.

Обилие смазочных веществ в жидкости может повлечь закупо­ривание пор круга и его засаливание, а следовательно, уменьше­ние стойкости и преждевременную правку круга.

Охлаждающее и смазочное действие так же, как и способность создавать прочные и термостойкие защитные пленки, предохра­няющие зерна от износа и нагрева, у разных жидкостей различны. Оно тем выше, чем выше ее теплопроводность и теплоемкость. Так, у водного раствора хлористого натрия оно в несколько раз выше, чем у других водных растворов и масел. Однако применение этого раствора нельзя рекомендовать из-за коррозирующего действия. Теплопроводность масла в 4 раза хуже, чем воды, по­этому и жидкости на масляной основе обладают худшей охлажда­ющей способностью.

Вследствие значительной теплоемкости и прозрачности хоро­шей охлаждающей жидкостью должна бы была быть вода. Однако в чистом виде ее нельзя рекомендовать для охлаждения, так как она плохо смывает абразивную пыль и вызывает коррозию на шлифуемых деталях и частях станка.

Наиболее распространенными жидкостями, служащими для охлаждения и обладающими хорошей способностью поглощать тепло, являются водные растворы, содержащие небольшое коли­чество кальцинированной соды, мыла и пр., водные эмульсии на масляной основе.

Так, при круглом наружном, внутреннем и плоском шлифова­нии деталей из инструментальных, конструкционных и легиро­ванных сталей применяют 1,5—3%-ный раствор эмульсола или соды с добавкой мыла. Хорошими охлаждающими жидкостями, применяемыми при шлифовании стальных и чугунных деталей, являются также водные растворы, содержащие: 0,8% кальци­нированной соды и 0,25% нитрида натрия, или 0,5% соды и 0,5% нитрида натрия и 0,35% сульфофрезола, или водные растворы с добавкой 0,5—0,8% тринатрийфосфата и 0,25% нитрида натрия. Эти добавки даются для уменьшения поверхностного натяжения воды и тем самым повышения ее смачивающих и охлаждающих свойств. Чем меньше поверхностное натяжение охлаждающей жидкости, тем больше удельная производительность шлифования.

Нитрид натрия способствует образованию пленок, предохра­няющих деталь от коррозии, и поэтому добавляется в охлажда­ющие жидкости. Недостатками этих жидкостей являются их ничтожное смазочное действие вследствие отсутствия у соды этих способностей, а при применении мыла еще и вспенивание. Повышение концентрации раствора не улучшает его охлаждаю­щего действия и поэтому не рекомендуется.

Детали при охлаждении водными растворами с добавками, предохраняющими от коррозии, не получаются такого высокого класса чистоты, как при охлаждении масляными эмульсиями. При шлифовании кругами на бакелитовой связке содержание соды в растворе снижается до 0,5—1%, так как более крепкий раствор понижает прочность бакелитовых кругов. Содовые рас­творы, разрушающе действуют на окраску станков и оставляют белый налет на деталях. Поэтому вместо соды часто применяют триэтаноламин или тринатрийфосфат, обладающие антикорро­зийными свойствами, хорошей смывающей способностью и повы­шающие режущую способность круга.

Для повышения стойкости режущей кромки круга и умень­шения шероховатости шлифуемой поверхности, например, при резьбошлифовании в качестве смазочно-охлаждающей жидкости применяют сульфофрезол, представляющий собой осерненное масло и обладающий хорошими смазочными свойствами и пони­женными по сравнению с водным раствором охлаждающими свойствами.

Применение сульфофрезола при резьбошлифовании повышает стойкость круга в 1,5 раза. Теплопроводность сульфофрезола в 15 раз меньше, чем воды, вследствие чего шлифуемая деталь нагревается больше, чем при охлаждении водными растворами. При добавке в сульфофрезол 10%-ного дизельного топлива нагрев значительно уменьшается. При применении такой смеси для охлаждения при шлифовании жаропрочных сплавов износ круга резко уменьшается и удельная производительность возрастает на 20—35%.

Смазочное действие жидкости проявляется в том, что на шли­фуемой поверхности металла и абразивных зерен образуется пленка этой жидкости, препятствующая засаливанию круга (на­липанию) и уменьшающая трение между кругом и деталью, а сле­довательно, снижающая величину сил, возникающих при шли­фовании. К таким жидкостям, помимо названных выше, относится керосин, широко применяемый при шлифовании шарикоподшип­ников, хонинговании и суперфинишировании разных деталей. При охлаждении керосином для повышения класса чистоты по­верхности шлифуемых деталей увеличивают вязкость керосина путем добавки мыльных веществ и эмульгаторов.

При шлифовании деталей из цветных металлов (меди, латуни, бронзы) рекомендуется применять водные эмульсии или мине­ральные маловязкие масла, чтобы избежать появления пятен на шлифуемых деталях. При шлифовании деталей из магния также следует применять химически неактивные масла или вести шли­фование всухую. Применять водные эмульсии при шлифовании деталей из магния не рекомендуется во избежание его загорания. Магниевую стружку следует собирать отдельно и удалять из цеха. При шлифовании пластмасс рекомендуется применять водные эмульсии или растворы, содержащие 2—5% раствори­мого масла. При шлифовании деталей из никеля применяют минеральные маловязкие масла, а при шлифовании деталей из алюминия и дуралюмина — минеральные масла в смеси с керо­сином.

Детали из титана рекомендуется шлифовать при vK —— 10 н-12 м/сек кругами из монокорунда, или белого электрокорунда зернистостью № 40—16, твердостью СМ1—СМ2 с применением охлаждающей жидкости, содержащей 5% водного раствора ни­трита натрия, или с охлаждением высокосортным маслом. При шлифовании деталей из титана со скоростью 25—35 м/сек, когда происходит интенсивное искрение, использовать масла в каче­стве охлаждающих жидкостей не рекомендуется.

Применять масла в качестве смазочно-охлаждающих жидкостей рекомендуется в тех случаях, коґда надо дольше сохранить про­филь круга (при резьбошлифовании, зубошлифовании и фасонном шлифовании) и уменьшить теплообразование в зоне резания. При шлифовании деталей из жаропрочных и магниевых сплавов с охлаждением сульфофрезолом с добавкой 10% дизельного топ­лива удельный съем металла резко повышается, приближаясь к удельному съему легированных сталей, а относительный износ круга уменьшается.

При хонинговании и суперфинишировании широко применяются также смеси керосина с индустриальным маслом. При хонингова­нии применяется также 5%-ная эмульсия с добавкой 0,2% три — натрийфосфата. При шлифовании основная роль смазочно-охлаж­дающей жидкости заключается не в охлаждении круга, а в уда­лении из пор круга попадающей стружки и обломков зерен, в предотвращении налипания стружки и в охлаждении шлифуе­мой поверхности.

В зависимости от характеристики и толщины круга, вила шлифования, формы и размеров шлифуемой детали изменяется интенсивность подачи охлаждающей жидкости. При внутреннем шлифовании, она в 1,2- -1,3 раза выше, чем при круглом наружном шлифовании, и в 2 раза больше при плоском торцовом шлифова­нии. Чем больше толщина круга, тем обильнее должно быть охлаждение: 5—8 л/мин на 10 мм толщины круга. Чем плотнее структура круга и чем выше его твердость, тем лучше должно быть охлаждение. При шлифовании тонких и полых деталей охлаждение должно быть особенно обильным.

image47Однако во избежание разбрызгивания охлаж­дающую жадность подают со скоростью 15— 20 л! мин.

Некоторые иностранные фирмы выпускают шлифовальные станки с мощными насосами, подающими жидкость под давлением до 600— 700 кГ/см’г, в результате чего снятая стружка смывается с круга. Фирма Эксцелло выпустила станки для шлифования лопаток, позволяющие подавать 70—ПО л охлаждающей жидкости в минуту и повышать режимы резания на 15— 20%.

При шлифовании деталей из алюминиевых и жаропрочных сплавов особенно часто наблю — Рис. 37. Схема по — Дается явление слипания и налипания стружки дачи охлаждающей на зерно из-за плохой смачиваемости стружки.

ЖИДКОСТИ Для борьбы с этим явлением в состав жидкостей

вводят различные специальные смачиватели, а также добавки, препятствующие реакции между абразивным и обрабатываемым материалом. Так, при обработке титаносодер­жащих сплавов, особенно склонных к химической реакции с окисью алюминия зерен электрокорунда, в охлаждающую жидкость вво­дят пассивирующие добавки (тринатрийфосфат, нитрит бария и др.), которые препятствуют этой реакции, создавая на зернах и поверхности металла прочные пленки. Очевидно по этой причине керосин, применяемый в качестве охлаждающей жидкости, при шлифовании деталей из титаносодержащих сплавов значительно повышает стойкость круга. Для уменьшения прилипания в охлаж­дающую жидкость иногда добавляют серу или хлорсодержащие вещества, предохраняющие от адгезии.

Жаропрочные сплавы в отличие от других металлов имеют низкую теплопроводность, повышающуюся с повышением темпе­ратуры, а поэтому нахождение условий наилучшего охлаждения их в процессе шлифования имеет особенно важное значение. При шлифовании нержавеющих сталей аустенитного класса рекомен­дуется применять концентрированные растворы охлаждающей жидкости.

Во всех случаях шлифования охлаждающая жидкость должна подаваться в место соприкосновения круга с деталью (рис. 37). Максимальное количество жидкости попадает в место контакта круга с деталью в тех случаях, когда угол наклона насадка отно­сительно горизонтальной оси круга равен 75°. Чем больше ско­рость подачи жидкости, т. е. чем больше количество жидкости, подаваемой в единицу времени, тем меньше ее распыление, лучше, охлаждение и условия шлифования. При бесцентровом шлифова­нии охлаждающую жидкость следует подавать в место контакта

image48

Рис. 38. Устройство для подачи охлаждающей жидкости через отверстие шлифовального круга:

I — резиновый шланг; 2 — кран; 3 — трубка; 4—полость; 5—шлифовальный круг; € — распределительные трубки; 7 — фланец; 8 — прорезь

рабочего круга с деталью, а не регулирующего круга. При прекра­щении шлифования подачу жидкости надо отключать за 1—2 мин раньше прекращения вращения круга, чтобы оставшаяся жид­кость не создавала его дисбаланса при возобновлении процесса шлифования.

Для улучшения охлаждения предложен метод, при котором охлаждающая жидкость подается через фланцы в отверстие круга (рис. 38) и через отверстие круга, вследствие центробежной силы, на его периферию. Жидкость, подаваемая таким способом, уда­ляет стружку из пор круга больше, чем жидкость, подаваемая обычным путем, поэтому этот способ применяют при внутреннем и плоском шлифовании, а также при скоростном шлифовании и применении для шлифования кругов открытых структур. Основ­ная масса подаваемой таким путем охлаждающей жидкости по­падает в среднюю часть ширины круга и меньшая в крайние его части, так как часть жидкости вытекает через торцовые

поверхности круга. Иногда для лучшего распределения жидкости, особенно при кругах толще 40 мм, ее подают через специальную перфорированную втулку, вставленную в отверстие круга. Этот способ подачи жидкости не обеспечивает равномерного охлажде­ния, так как количество вытекающей жидкости зависит от распо­ложения пор в теле круга. Поэтому подачу жидкости через цен­тральную часть круга следует производить как дополнительную для повышения действия охлаждения.

Другим недостатком подачи охлаждающей жидкости через отверстие круга является засорение пор круга примесями, кото­рые несет с собой охлаждающая жидкость, и иногда в силу этого увеличение дисбаланса круга. Эти примеси попадают в жидкость в результате износа круга и снятия стружки. Круг в данном слу­чае является фильтром, задерживающим примеси и очищающим жидкость. Поэтому при применении этого способа охлаждения в бак, в который стекает охлаждающая жидкость, следует уста­навливать магнитный сепаратор для непрерывного очищения жидкости от стружки, а также фильтр для очистки ее от загряз­нений.

Этот способ охлаждения как дополнительный рекомендуется применять при шлифовании деталей из некоторых жаропрочных сплавов сталей, цветных металлов и в тех случаях, когда имеется опасность возникновения прижога и трещин, а также когда поры круга забиваются стружкой и абразивной пылью. В частности, этот дополнительный вид охлаждения полезно применять при плоском шлифовании торцом круга, при внутреннем шлифовании малых отверстий, шлифовании полых деталей и т. п.

Как показывает опыт станкостроительного завода им. Я — М. Свердлова, охлаждение через поры круга позволяет увеличить поперечную подачу и повысить на 10—20% произво­дительность труда. При этом также повышается класс чистоты поверхности и стойкость круга и на 20% уменьшается число пра­вок и расход круга.

При применении таких вязких охлаждающих жидкостей, как сульфофрезол и масло, истечение их через поры круга происходит медленнее, чем водных растворов. Вместе с тем подача их улуч­шает качество поверхностного слоя детали и уменьшает величину поверхностных натяжений.

В литературе встречаются также рекомендации применять для охлаждения одновременно две разные жидкости, например через отверстие круга — масла и снаружи — эмульсии. При таком способе охлаждения износ круга снижается до 25% и настолько же уменьшается шероховатость поверхности, а стойкость круга повышается в 2 раза. По данным ЭНИМСа, при круглом врезном шлифовании деталей из стали 45 с vK = 38,5 м/сек и vd = 25 — ь 30 м/мин и при подобном охлаждении стойкость круга повы­силась с 13,7 до 28,5 мин, число отшлифованных деталей за 134

период стойкости увеличилось с 32 до 68 шт., удельный расход круга снизился на 45% и расход эффективной мощности на 10— 25%. По данным завода «УЕВ» (ГДР), при охлаждении снаружи эмульсией и через круг маслом стойкость круга увеличилась на 80—300% и удельный расход круга снизился до 67%. Такой эффект двойного охлаждения эмульсией и маслом, по нашему мнению, объясняется тем, что подаваемая через круг жидкость под действием большой центробежной силы выбрасывается наружу через поры круга по всей его поверхности и очищает их от стружки и пыли, смазывает зерна и связку, а также поверхность шлифуе­мой детали маслом, в результате чего трение уменьшается и работо­способность круга увеличивается. Для осуществления одновре­менной подачи эмульсии и масла необходимо, чтобы в баке, куда стекает охлаждающая жидкость, были предусмотрены соответ­ствующие устройства для разделения и очистки этих жидкостей.

Для борьбы с прижогами при заточке и доводке инструмента, плоском и внутреннем шлифовании были испытаны способы охлаждения распыленным туманом, подаваемым в зону резания под давлением сжатого воздуха 2,5—4 кПсм2. По данным Горь­ковского автомобильного завода, охлаждение жидкостью в рас­пыленном состоянии в количестве 1,5—2,5 г! мин улучшает само­затачиваемость круга, затрудняет его засаливание и уменьшает опасность возникновения прижогов.

К таким жидкостям относятся: обычная эмульсия, 5%-ная эмульсия с добавкой 2% сульфофрезола и 50%-ная эмульсия с добавкой 0,15% коллоидного графита. Подача в распыленном состоянии сульфофрезола и индустриального масла не улучшает процесса шлифования.

Шлифование сталей марок Р18 и Х12Ф кругами твердостью СМ1—СМ2 рекомендуется производить с охлаждением распылен­ной эмульсией, а шлифование стали марки Р9 рекомендуется вести кругами твердостью М3—СМ 1-е обильным охлаждением обычной эмульсией. Недостатком шлифования с распыленной эмульсией является образование тумана вокруг станка, затруд­няющего его обслуживание.

Для уменьшения слипания стружек и их налипания на абра­зивные зерна, кроме введения в жидкость указанных выше доба­вок, применяют очистку жидкости от стружки при помощи маг­нитных сепараторов, устанавливаемых в баки с охлаждающей жидкостью. Жидкость следует очищать и потому, что из-за ее загрязнения на шлифуемой поверхности возникают мельчайшие царапины. Предполагается, что снимаемая в процессе шлифования стружка закаливается под действием охлаждающей жидкости и, попадая вместе с жидкостью на шлифуемое изделие, вызывает царапины.

Чем выше должен быть класс чистоты поверхности шлифуемых деталей, тем лучше нужно производить очистку охлаждающей

жидкости от стружки и шлама. Хорошая очистка жидкости по­вышает не только срок ее службы, но и стойкость кругов. Приме­нение магнитных сепараторов позволяет удалить до 95% ферро­магнитных частиц объемом до 3 мм9.

Жидкости для очистки от шлама фильтруют разными способами, например при помощи фильтровальной бумаги, задерживающей до 95% шлама, или путем подачи ее через слой какого-либо филь­тровального материала, в частности чугунной стружки и т. п. Удаление указанного количества частиц стружки и шлама поз­воляет обеспечить высоту неровностей шлифуемой поверхности до 0,12 мк. Хорошая очистка охлаждающей жидкости позволяет выбирать для шлифования круги на одну степень зернистости мельче, а также не приводит к кожным заболеваниям.

При централизованной подаче жидкости рекомендуется очи­щать ее при помощи центрифуг. Если охлаждающую жидкость подают централизованно на группу шлифовальных станков, то требуется особенно тщательная очистка жидкости от грязи и стружки. Когда в этой же группе станков находятся станки, ко­торые должны обеспечить шлифуемым деталям чистоту поверх­ности 9-го и более высоких классов, следует устанавливать допол­нительные очистительные устройства или применять индивидуаль­ные насосы и бачки.

ТЕПЛООБРАЗОВАНИЕ И СИЛЫ РЕЗАНИЯ. ПРИ ШЛИФОВАНИИ
0 votes, 0.00 avg. rating (0% score)

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *