Оценка работоспособности абразивного инструмента. Под работоспособностью абразивного инструмента понимают количественную оценку степени его соответствия своему назначению при выполнении той или иной операции. Работоспособность абразивного круга характеризуется: режущей способностью круга, изменением ее во времени, температурой шлифования и удельным износом круга.
Соотношение между объемом снимаемого в единицу времени металла и нормальной силой, прижимающей круг к обрабатываемой поверхности, является объективной характеристикой режущей способности круга. Зависимость интенсивности съема металла Q„ от нормальной силы PN, прижимающей круг к обрабатываемой поверхности, можно представить в виде Q,, = CP’".
Значения показателя степени т, полученные в разных исследованиях, колеблются в пределах 1,1 —1,3. Так как точность обработки, шероховатость поверхности и износ круга функционально связаны со значением нормальной силы PN, то режущую способность крута к [мм3/(Н• мин)] можно характеризовать съемом металла в единицу времени Q„, приходящимся на единицу нормальной силы, возникающей при шлифовании k = Q„/PN.
Режущая способность круга зависит от условий обработки (режима резания и правки, характеристики круга, свойств обрабатываемого металла и т. д.) и возрастает: 1) с повышением нормальной силы PN, окружной скорости круга ок, продольной подачи на один оборот круга при правке s0„p, ударной вязкости образивных зерен; 2) с понижением твердости круга, размеров абразивных зерен (в узких пределах).
Зависимость режущей способности от основных технологических факторов можно найти из выражения
Ь — Г, рО.2-0 .3 „О.7 г0.7 и( 1.5 К — C.|fiV t’„ So. np/їк,
где Нк — твердость круга, характеризуемая глубиной лунки, которая образуется на поверхности круга при испытании на пескоструйном приборе.
Повышение режущей способности абразивного круга с понижением его твердости частично связано с изменением характера рельефа рабочей поверхности круга, образованного при его правке. Влияние нормальной силы PjV на режущую способность круга объясняется увеличением степени самозатачивания абразивного инструмента с увеличением нагрузки на абразивные зерна. С повышением скорости круга ик возрастает число режущих зерен, проходящих зону шлифования в единицу времени, и снижаются силы резания.
Ниже приводятся средние значения режущей способности при обработке различных материалов:
Закаленная конструкционная сталь, , 180—240 (при цк = 35 м/с)
240—280 (при ук = 50 м/с)
Сталь ШХ15 твердостью 60 HRC. . 258 (при ц« = 42,5 м/с)
365 (при ок = 62,5 м/с)
Значение режущей способности кругов из эльбора равно 68 при зернистости 10 и 16 и шлифовании быстрорежущей стали высокой производительности. Режущая способность кругов из эльбора зернистостью 5 в два-три раза меньше. При возрастании концентрации от 50 до 100 % режущая способность кругов из эльбора возрастает в два раза, при изменении концентрации от 100 до 150 % — в 1,25 раза.
Эксперименты показали, что при обработке закаленной стали режущая способность абразивных материалов марок 45А и 44А выше, чем марки 25А и 16А.
Режущая способность круга изменяется за период стойкости круга. С затуплением зерен их способность к внедрению в обрабатываемую поверхность снижается (иногда более чем в два раза). Уменьшение режущей способности круга во времени может быть описано выражением k = kot~‘‘T, где к — текущее значение режущей способности; ко — режущая способность круга после правки; т — время; к — показатель степени, характеризующий изменение режущей способности во времени.
Значения константы к зависят от режима шлифования и правки, от размеров и характеристики круга. По экспериментальным данным, для малолегированных сталей Х= 0,05-У 0,12. Меньшие значения к относятся к случаю наружного круглого шлифования, большие — к внутреннему шлифованию. При обработке высоколегированных сталей к = 0,2-т — 0,31. Чем меньше к, тем лучше использование шлифовального круга во времени.
Зависимость к от основных технологических факторов можно выразить следующей формулой k = s„.„р/ (P^dd*), где dad* — соответственно диаметры деталей и круга.
При жестких режимах шлифования притупление круга происходит медленнее, так как он частично самозатачивается. С увеличением размера абразивного зерна режущая способность круга за период стойкости снижается медленнее (значения к меньшие), так как радиус скруглення у таких зерен будет большим. Изменение режущей способности круга за период его стойкости между правками показано на рис. 5.
Зависимость, описывающая уменьшение режущей способности круга во времени, позволяет определить отношение режущей способности круга до и после правки при заданной длительности периода стойкости ( = ко/к =ект, где Т — период времени. между правками при заданном отношении режущих способностей, Г = (1 /к) 1п (к0/к).
Для стабилизации режущей способности целесообразно производить правку круга через малые промежутки времени, не доводя его до полного притупления с автоматической подачей команды на правку. Тогда изменение режущей способности будет происходить по пилообразной кривой (см. рис. 12). При малых периодах правки сокращается число проходов, и потому такой способ правки стабилизирует режущую способность круга, не изменяя общего времени на правку, а также расхода круга.
Оценка работоспособности круга. Работоспособность абразивного круга оценивают (по одному или нескольким показателям) по степени его соответствия своему назначению при выполнении той или иной операции. Работоспособность круга характеризуется режущей способностью, изменением ее во времени, температурой шлифования О и расходом абразивного инструмента q на съем единицы объема обрабатываемого металла. Работоспособность описывается выражением R = k/(lBq).
Исследованиями установлено, что при выборе круга можно использовать два критерия: наибольшее значение режущей способности и наименьшее значение удельного расхода мощности на единицу объема металла, снимаемого в единицу времени.
Обрабатываемость металлов при шлифовании. Обрабатываемость характеризуется следующими показателями: интенсивностью съема металла до появления при — жогов; параметром шероховатости; достижимой точностью размеров и формы.
Обрабатываемость при шлифовании зависит от химического состава, теплопроводности, структуры и твердости обрабатываемого металла и размера абразивного зерна. Увеличение твердых карбидов в стали повышает ее износостойкость и затрудняет обрабатываемость. Дополнительное легирование вольфрамомолибденовых сталей кобальтом и микролегирование редкоземельными металлами ухудшает обрабатываемость этих сталей.
Низкая шлифуемость ванадиевых сталей обусловливается образованием весьма твердых карбидов ванадия, что препятствует широкому распространению сталей с повышенным содержанием ванадия (до появления кругов из эльбора).
Исследование показало, что в группе вольфрамовых сталей (при содержании 1,5—3 % W) лучше шлифуются стали, содержащие 12—13 %W. Сталь Р12 шлифуется почти так же, как сталь Р18, но лучше, чем сталь Р18Ф2 и значительно лучше, чем стали ЭИ347 и Р9. Вольфрамомолибденовая сталь Р6М5 обладает несколько лучшей шлифуемостью по сравнению с соответствующими вольфрамовыми сталями. На рис. 6 приведена зависимость режущей способности круга от времени его работы при шлифовании различных по обрабатываемости сталей.
В результате исследования зависимости шлифуемости быстрорежущих сталей от их химического состава удалось исследуемые стали разделить на три группы шлифуемости: хорошей (Р6М5, Р18 и Р12), удовлетворительной (Р9) и пониженной.
Увеличение содержания углерода на 0,2—0,3 % против установленного для данной марки значительно ухудшает шлифуемость сталей типа Р12 и Р12ФЗ, менее заметно отражается на шлифуемости вольфрамомолнбденовых сталей и практически не сказывается на стали Р18.
Исследования показали, что с увеличением содержания серы в стали до 0,05 % шлифуемость улучшается в два-три раза (без ухудшения других свойств). Оптимальная шлифуемость конструкционных сталей достигается при твердости 30—40 HRC. При дальнейшем
повышении твердости шлифуемость снижается.
Шлифуемость сталей зависит и от их теплопроводности. Малая теплопроводность аустенитных и быстрорежущих сталей ухудшает их шлифуемость. Теплопроводность низколигированных сталей выше, чем высоколегированных. С увеличением температуры коэффициент теплопроводности низколегированных сталей снижается, а высоколегированных — возрастает. Низкая шлифуемость сплавов титана, молибдена и вольфрама объясняется тем, что зерна элсктрокорунда и карбида кремния быстро притупляются, и круги теряют режущую способность. Одной из причин износа абразивных зерен является их химическое взаимодействие с некоторыми обрабатываемыми материалами в зоне контакта круга с деталью. Особенно увеличивается диффузионный износ при температуре, превышающей 800°С; в случаях, когда температура достигает 1250—1300°С, нецелесообразно применять карбид кремния при обработке железоуглеродистых сплавов, а электрокорунд — при обработке титановых сплавов.
Шлифуемость стали зависит от ее зернистости. Крупнозернистые стали более чувствительны к перегреву и более подвержены образованию закалочных, шлифовальных трещин и короблению, поэтому для них допускается превышение критической температуры не более чем на 30°С, тогда как мелкозернистые способны выдержать перегрев до 250°С выше критической точки, и зерно их не имеет склонности к росту.
При обработке высоколегированных сталей и твердых сплавов широко применяются круги из порошка синтетических алмазов (СА) и кубического нитрида бора (эльбора ЛО, ЛП). Испытания показали, что легированные стали с повышенным содержанием хрома (12%) трудно обрабатываются кругами из эльбора, а стали с высоким содержанием Мо и W — алмазными кругами. При шлифовании
быстрорежущих сталей удельный съем металла кругами из эльбора выше, чем при обработке кругами из алмаза,
Шлифуемость металлов и соответствие круга данной марке стали определяются при прочих равных условиях температурой нагрева обрабатываемой детали в процессе шлифования. Наиболее легко обрабатываемым считается тот металл, который дает наименьшее повышение температуры при снятии одинакового припуска за тот же промежуток времени,