Состояние поверхностного слоя заготовки в значительной мере определяется температурой нагрева и скоростью охлаждения в процессе шлифования. При шлифовании выделяется большое количество теплоты вследствие трения между кругом и заготовкой при высокой скорости резания. Это количество теплоты возрастает с увеличением подач. Круговая подача и подача на глубину неодинаково влияют на контактную температуру шлифования. Температура шлифования зависит от времени воздействия источника тепла на обрабатываемую поверхность: с увеличением скорости детали она уменьшается, а с увеличением подачи на глубину — возрастает.
Низкая теплопроводность шлифовального круга из обычных абразивных материалов (24А, 63С) вызывает переход большей части теплоты в заготовку. Основное количество теплоты, выделяющейся при шлифовании, распределяется между деталью и кругом. Стружка уносит небольшую часть теплоты. Так как основное количество теплоты должно быть отведено деталью, большое значение имеет теплопроводность обрабатываемого металла. С понижением теплопроводности обрабатываемого металла контактная температура возрастает. Температура шлифования зависит также от параметров характеристики круга. С увеличением его твердости и при работе затупленным кругом температура шлифования возрастает.
Количество теплоты, выделяемой при шлифовании, зависит от ряда влияющих технологических факторов.
1. Влияние подач. С увеличением режущей способности шлифовального круга Qya температура шлифования возрастает. Однако отдельные виды подач неодинаково влияют на температуру шлифования: температура растет сильнее с увеличением подачи на глубину. Увеличение скорости заготовки и продольной подачи влияет в меньшей степени.
2. Абразивный материал. Круги из 24А выделяют меньше тепла в зоне шлифования, чем круги из 14А. Еще меньшее количество теплоты выделяется при шлифовании кругами из алмаза или эльбора.
3. Скорость круга. Температура шлифования возрастает с увеличением скорости круга в степени 0,25—0,35.
4. Диаметр круга. Температура шлифования снижается с увеличением диаметра круга (показатель степени 0,25).
5. Зернистость круга. Температура шлифования снижается с уменьшением зернистости с 40 до 25, что объясняется меньшим радиусом округления вершин зерен. При дальнейшем уменьшении размеров зерен до 16 и 12 увеличивается температура, что объясняется большей склонностью круга к притуплению и засаливанию.
6. Материал связки. Применение кругов на бакелитовой и силикатной связках снижает интенсивность теплообразования в зоне шлифования по сравнению с кругами на керамической связке. Опасность появления прижогов и трещин наиболее вероятна при шлифовании кругами на вулканитовой связке.
7. Пористость круга. С повышением пористости круга уменьшается температура и вероятность появления прижогов на шлифуемой поверхности.
8. Твердость круга. С повышением твердости круга возрастает температура шлифования за счет меньшего количества выпадающих зерен и большего затупления рабочей поверхности круга. В настоящее время применяют круги с прерывистой поверхностью либо круги, состоящие из отдельных сегментов с различными фи — зико-мехаиическнми свойствами (например, с различной твердостью): при этом существенно понижается температура шлифования.
Качество шлифованной поверхности характеризуется твердостью поверхностного слоя, структурными изменениями, остаточными напряжениями и отсутствием прижогов и трещин. Поверхностные дефекты в значительной мере вызываются высокими температурами, развивающимися в месте контакта круга с обрабатываемой деталью. Закаленные стали при шлифовании претерпевают изменения внутреннего состояния, к которым относятся объемные изменения, вызывающие появление напряжений в поверхностном слое. Для нормально закаленной углеродистой стали при отпуске в интервале температур 80—200 °С происходит превращение, связанное с уменьшением объема. Отпуск в интервале 200—260 °С вызывает превращение, вызывающее некоторое увеличение объема. Отпуск в пределах 260—400°С сопровождается уменьшением объема (рис. 24). Объемные изменения при шлифовании могут вызвать образование трещин, расположенных под прямым углом к направлению шлифования. Появление шлифовальных трещин частью сопровождается прижо — гами. Чувствительность стали к прнжогам и трещинам возрастает с повышением твердости, а также с увеличением содержания легирующих добавок.
На приборе тина 77ПМД-ЭМ для выявления трещин применяют физические методы контроля, при которых намагниченная
деталь приводится в соприкосновение с частичками крокуса, находящимися во взвешенном состоянии в жидкости. Имеющиеся трещины прерывают магнитные силовые линии, возникающие в магнитном поле. Мелкие частицы крокуса, находящиеся в растворе, перекрывают эти трещины, соединяя два полюса магнитного поля, в результате чего трещины на детали обнаруживаются невооруженным глазом.
Другой способ контроля поверхностных дефектов основан на проникновении флюоресцирующего вещества в поверхностные трещины на установке ЛД-4. Сущность метода заключается в облучении испытуемой поверхности ультрафиолетовыми лучами, при которых флюоресцирующие вещества испускают собственное свечение, видимое глазом. Контролируемая деталь погружается в жидкость, состоящую из 15 % авиационного масла, являющегося флюоресцирующим веществом и 85 % керосина, придающего смеси высокую способность проникновения в мельчайшие трещины. В качестве добавок в 100 см3 смеси растворяют 0,02 г дефектоля и 0,2—0,3 г эмульгатора ОП-7. Дефектоль — порошок органического происхождения, обладает свойством светиться под влиянием ультрафиолетовых лучей, а эмульгатор ОП-7 способствует смыванию смеси с поверхности детали.
Для обнаружения поверхностных дефектов на деталях из нержавеющих и жаропрочных сплавов применяется цветная дефектоскопия красками «Судан», обладающими высокой чувствительностью, но эта краска токсична, что ограничивает ее применение.
На тех участках, где порошок, нанесенный на поверхность, впитал флюоресцирующий раствор, возникает зеленое или зеленоголубое свечение, позволяющее обнаружить места расположения трещин. После этого деталь вынимают и осматривают в затемненном помещении при источнике света — колбе кварцевого стекла, заполненной ртутными парами (ртутная газоразрядная лампа ПРК2). Трещины представляются светящимися линиями, поры и рыхлые места — пятнами.
При применении кругов повышенной твердости, при жестких режимах шлифования и очень затупленных кругах прижоги могут распространяться на большие участки обработанной поверхности. При несбалансированном круге, биении шпинделя изделия или неисправности опор шпинделя могут появиться местные точечные прижоги, занимающие малые участки на шлифованной поверхности.
По причине возникновения прижогов разделяют их на три группы:
сплошной прижог, который происходит из-за чрезмерно жесткого режима шлифования, завышенной твердости круга и его сильного затупления;
прижоговые пятна, которые являются следствием вибраций круга и биения шпинделя заготовки, неравномерной подачи, неправильной формы круга при изнашивании, неравномерного распределения припуска, засаливания круга, неисправности опор шпинделя;
штриховые прижоги появляются нз-за неоднородности структуры круга, неправильной установки заготовки, а также из-за недостаточной очистки СОЖ.
Для обнаружения мягких пятен и прижогов применяют контроль путем травления. Так как структура троостита более чувствительна к действию кислот, чем другие структурные составляющие, травление позволяет отличать троостит и обнаруживать мягкие пятна, получившиеся от неправильной термообработки. Их можно после травления отличить от прижогов, вызванных несоблюдением надлежащего режима шлифования, так как в первом случае темные пятна, характеризующие троостит, частично переходят в светло-серые пятна мартенсита, при прижогах же темные пятна имеют более резкие граничные контрасты. При травлении заготовок из хромистых сталей применяются как водные растворы азотной кислоты, так и спиртовые или ацетоновые растворы азотной кислоты. Последние могут быть заменены растворами этиленгликоля.
Контроль осуществляется невооруженным глазом при местном освещении. При осмотре на сером фоне травленной поверхности выявляются дефекты.
1. Прижоги в виде: шлифовочных штрихов, полос и пятен вторичного отпуска, представляющих собой участки повышенной травимости более темные, чем основной фон травленной поверхности, и шлифовочных штрихов, полос и пятен вторичной закалки, представляющих собой участки пониженной травимости более светлые, чем основной фон травленной поверхности детали. Пониженная травимость является следствием образования зоны неотпущенного мартенсита (или мартенсита и аустенита).
2. Мягкие закалочные пятна тростита, представляющие собой более темные, чем основной фон травленной поверхности, пятна с размытыми границами; повышенная травимость обусловлена наличием троостита закалки в структуре.
3. Обезуглероженные и обедненные участки, представляющие собой более светлые, чем основной фон травленной поверхности, пятна с размытыми границами, не имеющие темной оторочки, характерной для пятен вторичной закалки.
Шероховатость поверхности заготовки влияет на процесс травления. Чем чище и ровнее поверхность, тем более четким получается результат. Для чисто полированной поверхности требуется очень слабое травление, для грубо шлифованной поверхности необходимы более крепкие растворы и более длительное травление.
Остаточные напряжения обнаруживаются при непосредственном измерении деформаций разрезанных колец или прогиба пластинки по мере удаления поверхностных слоев металла. Удаление металла осуществляется путем электрохимического травления. По своему характеру остаточные напряжения могут быть напряжениями растяжения или сжатия. Наименьшие остаточные напряжения получаются при работе пористыми кругами пониженной твердости, острорежущими кругами непосредственно после правки с низкими радиальными подачами и частотой вращения круга, с увеличением дополнительных проходов при выхаживании, с увеличением скорости заготовки. Наибольшие напряжения после шлифования залегают на глубине, не превышающей 50—75 мкм. При повышении режима в поверхностном слое появляются растягивающие напряжения, при чистовых режимах — сжимающие.