ИНСТРУМЕНТА

Износ абразивного инструмента. Износ абразивного инстру­мента является следствием истирания и выкрашивания абра­зивных зерен и связки под действием механических сил, тем­пературных напряжений и возникающих в зоне шлифования процессов адгезии и диффузии. В отличие от металлов корунд становится пластичным только при температуре, близкой к тем­пературе плавления, т. е. около 2000°С, но двойникование в абразивах может произойти при более низких температурах. Когда в результате действия объемных напряжений возникают двойниковые прослойки, то на границах этих прослоек, т. е. вдоль плоскости двойннковання, решетка корунда нарушается и прочность кристалла снижается. Тепловые напряжения в зернах, возникающие вследствие высокого температурного гра­диента, способствуют ускорению процесса выкрашивания зерен.

Ввиду кратковременности воздействия высокой температу­ры на абразивные зерна глубина проникновения тепловой вол­ны невелика, поэтому выкрашивание зерен наблюдается в тон­ком поверхностном слое.

Механический износ вследствие — трения скольжения сопро­вождается истиранием и заглаживанием режущих кромок. Вследствие ударного характера взаимодействия зерна с обра­батываемой поверхностью и большого, количества контактов зерна с деталью может произойти выкрашивание вершины зер­на от усталостных напряжений. При шлифовании имеет место также адгезионный износ.

Под действием сил адгезии (слипания) происходит как нали­пание металла на зерна, так и отрыв микрообъемов абразива, которые уносятся стружкой. В работе [69] приводятся значения удельного давления и температуры, при которых начинается схва­тывание— налипание металлических частичек (9).

Причиной притупления абразивных зерен может явиться не только истирание их кромок, но и оплавление тонкого поверх­ностного слоя, вследствие чего они сглаживаются и теряют ре­жущую способность.

В зависимости от условий обработки изнашивание абразив­ных инструментов происходит в виде: а) истирания кромок,

приводящее к притуплению и возникновению площадок из­носа на зернах (рис. 8, а); б) макроразрушения абразив­ных зерен, которое может про­исходить в виде поверхност­ного выкрашивания (рис. 8, б) или объемного разрушения зер­на (рис. 8, в). В этих случаях имеет место частичное или пол­ное восстановление режущей способности круга. Может иметь место также обрыв мос­тиков СВЯЗКИ.

Цикл износа зерен состоит из трех этапов: начального,

нормального и аварийного из­носа. В начальный период после правки наблюдается повышенный износ режущих вершин зерен, с рабочей поверхности круга вырываются дефектные по форме и невыгодно ориентированные зерна, также удаляется связка, находящаяся на поверхности. Начальный этап кратко­временный, его продолжительность зависит от правки. За период нормальной работы круга износ зерен замедляется. Скорость нормального износа зависит от обрабатываемого металла и ре­жима обработки. На третьем этапе износ усиливается частично вследствие увеличения амплитуды автоколебаний.

Износ кругов оценивают в абсолютных или относительных величинах. Под абсолютным износом подразумевается износ, выраженный в объемных или весовых величинах, отнесенных к определенной продолжительности работ или к единице вре­мени.

Под удельным объемом q подразумевается объемный или весовой износ круга Qa, за какой-либо промежуток времени, отнесенный к объему или весу металла QM, сошлифованному 22

кругом с обрабатываемой поверхности за тот же промежуток времени:

Величину, обратную удельному объемному износу, иногда называют удельной производительностью круга.

Измерение износа круга. Износ круга можно количественно оценить либо измерением размеров круга (или положения по­верхности круга от базы), либо его взвешиванием. Измерение размеров круга до и после шлифования представляет трудно­сти, связанные с тем, что поверхность круга неравномерно из­нашивается как в продольном, так и в поперечном сечении.

Е. Салье [89] предложил оценивать размерный износ круга методом врезания. При этом методе на шлифовальном круге протачивается неглубокая кольцевая канавка алмазом, кото­рая воспроизводится на стальной пластинке (рис. 9). Ошибка при этом методе, по данным Е. Салье, не превышает +2 мк. Износ измерялся также с помощью тензометрического датчика,

который контролировал изменение радиуса круга. К боковой поверхности круга прикреплялся керамический диск в качест­ве базы. При таком методе размерный износ круга может быть измерен с точностью до 0,5 мк [57].

Измерение весового износа можно осуществить непосредст­венным взвешиванием круга. Взвешивание круга является тру­доемким способом — необходимо каждый раз демонстрировать круг для взвешивания, что связано с потерями времени. Нали­пание металла на вершины зерен и набивание металлических стружек в промежутки между зернами снижают точность из­мерения износа круга весовым методом.

Зависимость износа от условий обработки. Влияние харак­теристики и размеров круга. Экспериментально [61] установле­ны сравнительные данные по удельному износу некоторых аб­разивных материалов (табл. 10). Характерной особенностью износа зерен электрокорунда является их выкрашивание в связи с температурными напряжениями. Это вызывается тем, что электрокорунд имеет меньшую теплопроводность, чем зер­

на карбида кремния. Зерна карбида кремния изнашивались главным образом в результате истирания. При обработке ста­ли средней твердости износ карбидов и боридов выше, чем ок­сидов. Это объясняется пониженной химической устойчивостью карбидов и боридов.

По литературным дан­ным [96], износ пропор­ционален произведению

ZH*0’47 С0’25,

где Z — зернистость в
0,01 мм

Нк — твердость круга, обозначаемая порядковым но­мером по шкале Нортона;

С —структура оце­ниваемая объ­емным содержанием абразивных зерен в общем объеме круга, В %.

Износ круга возрастает с увеличением размера зерна и с уменьшением твердости круга. Эта закономерность справедли­ва. в зоне смешанного процесса — частичного затупления и час­тичного самозатачивания.

С изменением ширины круга износ его не остается постоян­ным. По данным лаборатории 1ГПЗ, с увеличением ширины круга при прочих равных условиях размерный износ уменьша­ется. По данным ВНИИАШ, размерный износ круга снижается с увеличением его диаметра. Износ абразивного инструмента зависит также от связки. По экспериментальным данным круги на бакелитовой связке имеют повышенный износ (примерно на 30%) по сравнению с кругами на керамической связке.

Влияние радиальной силы Pv. По данным X. X. Кенджаева [15], износ круга и возрастает с увеличением радиальной силы

, и = СР^в,

где значения показателя степени х зависят от твердости круга:

Твердость круга М2 М3 СМ1 СМ2 С1 С2 СТ1

Показатель степени х 5,1 4,2 3,4 2,8 2,3 2,0 1,75

Эти экспериментальные данные были получены для диа­метров летали от 30 до 100 мм и при Руа от 3 до 10 кГ/см.

Влияние режима шлифования. С увеличением режима шли­фования возрастает износ абразивного инструмента. Исследо­вания П. Е. Дьяченко и лаборатории 1ГГІЗ показали, что все
виды подач при шлифовании примерно в равной степени вли­яют на износ круга. Для абразивного инструмента определен­ной характеристики Е. Салье [49] получил зависимость удель­ного износа инструмента от режима шлифования в виде

По экспериментальным данным показатель степени х^ІД

Влияние окружной скорости круга. Наблюдения за работой кругов в лабораториях 1 и 4ГПЗ показали, что в диапазоне скоростей от 6 до 12 м/сек круг работал с самозатачиванием, без признаков притупления, с большим износом. При повыше­нии скорости свыше 12 м/сек появляются признаки притупле­ния абразивных зерен, а при 20 м/сек притупление зерен ста­новится значительным. Износ круга с увеличением vK умень­шается; особенно интенсивное уменьшение износа наблюдает­ся при vK=40-^50 м/сек. Это подтверждается эксперименталь­ными данными ВНИИАШ.

К. Ватанабэ [96] и Г. Палитцш [84] экспериментально уста­новили, что с увеличением окружной скорости круга размер­ный износ повышается. К. Ватанабэ объясняет это увеличением вибраций, а Г. Палитцш — увеличением температурных напря­жений в зерне, которые в сочетании с увеличенной ударной на­грузкой вызывают больший износ инструмента.

Влияние способа и режима правки. При правке кругов твер­досплавными роликами износ больше, чем при алмазной прав­ке. Чем больше величина продольной подачи правящего алма­за с острыми гранями, тем больше высота неровностей и на­чальный износ круга. X. Огштц [83] показал, что с уменьшением продольной подачи на оборот круга при правке увеличивается удельный износ круга; это может быть объяснено снижением ре­жущей способности круга и съема металла.

Влияние свойств обрабатываемого металла. По данным Н. И. Волского [8], с увеличением содержания углерода в ста­ли перлитного класса повышается интенсивность окисления и снижается износ круга. Присадки хрома, никеля и других хи­мических элементов, понижающих процессы коррозии, затруд­няют образование и удаление стружки и тем самым повыша­ют износ круга. При переходе от структуры сорбита к мартен­ситу удельный износ круга увеличивается.

Аустенит как структурная составляющая особенно неблаго­приятно влияет на процесс шлифования из-за пониженной теп­лопроводности и высокой пластичности. При этом повышается расход мощности и увеличивается удельный износ. Добавка 0,1% серы к аустенитной нержавеющей стали обеспечивает увеличение удельного съема металла на единицу изношенного круга до 10 раз.

В. Беккер и Е. Крейбечер показали, что при шлифовании стали твердостью HRC 15—28 удельный объемный износ круга уменьшается с повышением твердости обрабатываемой стали.

При дальнейшем увеличении твер­дости обрабатываемой стали (рис. 10) и с увеличением содержания присадок хрома и ванадия удель­ный объемный износ возрастает. Наличие в жаропрочных сплавах таких компонентов, как ванадий, бор, вольфрам, кобальт и др., при — ■ водит к образованию комплексных карбидов, микротвердость которых приближается и в отдельных слу­чаях может превышать микротвер­дость абразивных зерен, что вызы­вает повышенный износ кругов. По­вышенный износ частично может быть объяснен диффузионным и адгезионным процессом в зоне ре­зания, а также пониженной тепло­проводностью таких сплавов.

Влияние формы и размеров об­рабатываемой поверхности. По дан­ным лаборатории ГПЗ, при бесцентровом шлифовании износ круга снижается с увеличением диаметра обработки. Аналитичес­ки эта зависимость выражается

Qa — CdJ Ь58.

Износ круга неодинаков по образующей, в середине он меньше, по краям — больше. Так, например, при 2=25 износ круга у торцов составлял 60 мк, а по периферии -— 30 мк. Час­тично это объясняется неодинаковыми упругими отжатиями системы, а также различным удельным давлением на круг (у торцов круга оно выше).

Средние значения для удельного объемного износа кругов (без правки) приведены ниже.

Удельный объемный
износ в %

Конструкционная сталь……………………………………… I—4

Легированная сталь с увеличением содержания

хрома от 0 до 12%…………………………………………. 1,67—25

Быстрорежущая сталь……………………………………….. 50—100

Легированная сталь с увеличением содержания

ванадия от 1 до 496 ………………………………………. 7,7—250

Чугун (плоское шлифование с самозатачивани­ем) . 30—66

По литературным данным [77], единичные зерна электроко­рунда могут снять объем металла в 15000 раз, а алмаза — в 200 000 раз, превышающий объем изношенной части зерна. При профильном шлифовании объемный съем металла мо­жет в 3300 раз превышать износ круга при высокой интенсив­ности съема металла.

Изменение состояния абразивного инструмента во время ра­боты. Во время работы состояние абразивного инструмента изменяется, абразивные зерна на рабочей поверхности выкра­шиваются и истираются, на поверхность зерна налипает ме­талл. Изучение изменения состояния абразивных инструментов во время работы производилось фотографированием рабочей поверхности круга, исследованием гранулометрического соста­ва отходов шлифования и исследованием изменения шерохова­тости рабочей поверхности круга.

Исследование рабочей поверхности посредством фотографи­рования. Проведенные исследования [8, 38, 93] подтверждают непрерывное изменение на поверхности круга состояния абра­зивных зерен во время работы. Для наглядности такие сним­ки делались стереофотографированием. Снимки показывают че­редование истирания, выкрашивания и возобновления режущих кромок на поверхности зерна. На износных площадках абразив­ных зерен видны налипшие частички обрабатываемого металла.

В Аахенском Вышлем Техническом Училище [93] производи­лась киносъемка для непрерывного исследования изменения рабочей поверхности круга в процессе шлифования. Съемка производилась с помощью 16 мм узкопленочной камеры. Для изучения такого быстропротекающего процесса необходимо бы­ло определить продолжительность экспозиции. Окружная ско­рость круга составляет 25—35 м/сек. Допустимая нерезкость изображения на пленке не должна превышать 0,1 мм. Если принять требуемое увеличение поверхности зерен в 10 раз, то перемещение круга за время экспозиции пленки должно сос­тавлять всего 0,01 мм. При скорости круга 30 м/сек время эк­спозиции составляет 3,3- 10-7 сек.

Для достижения такого малого времени экспозиции приш­лось создать специальный прибор для оптического выравнива­ния. Кроме того, было создано специальное устройство для синхронизации момента включения лампы в зависимости от углового положения шпинделя круга. На основе исследования установлено: а) при шлифовании участвует небольшое число видимых вершин зерен из-за разновысотности их расположе­ния; б) во время шлифования стали износ ограничивается пре­имущественно вершинами зерен, на которых образуются износ — ные площадки; в) на поверхности круга замечено образование наростов; г) при шлифовании твердых сплавов имеет место выкрашивание зерен, также увеличивается количество выпав­

ших целых зерен; д) с уменьшением скорости круга усиливает­ся выкрашивание.

Недостатком этого метода является получение плоского изображения, не позволяющего количественно оценить измене­ние формы зерна.

Исследование гранулометрического состава отработанных абразивных зерен. Г. Ф. Кудасов {17] произвел сепарирование шлифовальных отходов. Непосредственный анализ отходов да­же крупнозернистого сегмента [80], работающего с самозатачи­ванием, показал, что основной зернистости в отходах содержит­ся мало, зато появились более мелкие зерна, которых в абра­зивном инструменте не было (рис. 11). При чистовых режимах

Рис. 11. Гранулометрический состав (в %) до (/) и пос­ле (2) шлифования (по Г. Ф. Кудасову) (по оси абсцисс — зернистость в 0,01 мм)

количество выпадающих зерен или крупных их частиц незначи­тельно. Сравнительные испытания шлифующей способности зе­рен из сегментов и из отходов показали совпадение результа­тов. Это свидетельствует о том, что зерна в процессе работы выкрашиваются, обнажаются новые режущие кромки, что вос­станавливает их режущую способность. Извлечение абразива из отходов шлифования также подтвердило, что при шлифова­нии происходит относительное уменьшение размеров зерен.

На гранулометрический состав отходов шлифования оказы­вает влияние режим обработки. Ж. А. Багдасарьян [2] иссле­довал степень измельчения є абразивных зерен по сравнению с исходными размерами, при этом получено, что: а) с увеличе­нием vK с 22 до 34 м/сек е снижается с 2,95 до 2,80; б) с уве­личением подач е возрастает с 2,8 до 3,05; в) с увеличением da с 50 до 90 мм е снижается с 2,9 до 2,83; г) за период стойко­сти степень измельчения зерен не остается постоянной; сперва происходит снижение є (следствие правки), затем эта величи­на возрастает (следствие выкрашивания зерен); д) степень 28

измельчения зерен зависит также от свойств обрабатываемого металла; при обработке чугуна "она выше, при обработке ста­ли — ниже; с повышением твердости и механических свойств металла степень диспергирования абразивных зерен снижа­ется.

Гранулометрический состав отходов шлифования зависит от характеристики круга. С понижением твердости круга воз­растает процент зерен, которые при выкрашивании сохранили первоначальный размер, и снижается степень диспергирования зерен. По данным К. Ватанабэ [96], на гранулометрический сос­тав отходов влияет режим работы круга. При работе с частич­ным притуплением и частичным самозатачиванием в отходы шлифования переходит 30—40% зерен первоначального раз­мера. Остальные зерна выкрашиваются и измельчаются в 2— 4 раза. При работе с налипанием металла в отходы шлифова­ния наблюдается около 40% нераздробившихся зерен. При ра­боте с преобладанием самозатачивания процент зерен с ис­ходными размерами возрастает, а общее количество выкрошив­шихся зерен снижается. При работе с преобладанием притуп­ления в отходах шлифования наблюдается около 20% зерен с исходной крупностью.

Исследование шероховатости поверхности круга. Шерохо­ватость поверхности круга изменяется за время его работы. Исследование высоты шероховатости с помощью ощупываю­щих приборов до и после шлифования позволило оценить не­равномерность износа круга. Для оценки шероховатости поверх­ности круга используются также микроетерсофотограмметри — ческий метод и метод шлифования лысок. Для определения разновысотности зерен в круге В. Д. Сильвестров применил стереокомпаратор СК2. При этом поверхность круга фотогра­фировалась через бинокулярный микроскоп со специальной фо­тонасадкой. Экспериментами В. Д. Сильвестрова установлено, что разновысотность зерен при обычной правке доходит до 100—ПО мк, при тонкой правке 20—60 мк. Анализ наблюдений показал, что наибольшие изменения происходят в течение пер­вых проходов и периода непосредственно предшествующего за­туплению круга.

Работа абразивного инструмента в зависимости от условий обработки. Как показали исследования [8, 72], при работе шлифовальными кругами в зависимости от их характеристики, режима обработки и правки, свойств обрабатываемого метал­ла и других условий резания могут наблюдаться следующие изменения рабочей поверхности; а) преобладающее затупление круга, что характерно для режима чистового и тонкого шлифо­вания; б) частичное затупление и частичное самозатачивание (смешанный процесс), что характерно для режима получисто — вого шлифования; в) преобладающее самозатачивание, чтоха-
актерно для чернового плоского шлифования торцом круга, при обработке твердых сплавов, при обдирочном шлифовании и т. п.; г) налипание металла на зерна, что имеет место при обработке пластичных металлов.

При засаливании поверхности вначале происходит наслое­ние металла на вершинах зерен, а не засорение пор круга

стружкой. Испытания на водопро­ницаемость кругов показали, что почти до полного затупления круга его поры остаются незасоренными. Высокие пластические свойства сплавов с аустенитовой структурой вызывают налипание металла на зерна, что затрудняет работу.

Зависимость износа от условий работы круга. Размерный износ кру­га при шлифовании с преобладаю­щим притуплением или при смешан­ном процессе износ зерен обычно невелик и не превышает 0,01— 0,05 мм. Доля собственно износа абразивного инструмента в процессе шлифования обычно не превышает 10—20% объема абразивного инструмента, расходуемого при его правке.

В исследовании Д. Мюллера [79] установлено наличие оптималь­ной твердости круга, при которой наблюдается" минимальный удель­ный износ. С увеличением твердости круга удельный износ вначале сни­жается (рис. 12) до минимума. Дальнейшее повышение твердости круга вызывает увеличение удельного износа круга. Круги от­носительно мягкие (левая ветвь кривой), работают с самозата­чиванием и имеют тенденцию к повышенному износу круга. При этом режущие возможности круга полностью не использу­ются. По мере повышения твердости круга удельный износ сни­жается и при некотором значении твердости достигает мини­мума. В этой зоне круг работает с частичным затуплением й частичным самозатачиванием. Правая ветвь кривой соответ­ствует работе круга с преобладающим притуплением зерен или налипанием металла на них, что сопровождается снижением съема металла (при работе с притуплением) и увеличением из­носа круга (при работе с налипанием металла на абразивные зерна). В обоих случаях удельный износ круга возрастает.

С повышением режима оптималышй износ достигается при бо­лее твердых кругах.

Переход от одного вида износа круга к другому. Средние значения сил, приходящихся на одно абразивное зерно, при которых начинается их поверхностное выкрашивание или про­исходит объемное разрушение, были — приведены на рис. 5. Ни­же кривой начала поверхностного выкрашивания зерен нахо­дится область износа круга с преобладающим притуплением, выше этой кривой начинается область износа круга с частич­ным самозатачиванием. По мере приближения к кривой объ­емного разрушения абразивных зерен усиливается степень са­мозатачивания кругов.

Притупление круга происходит обычно при работе на срав­нительно низких режимах и переход от преобладающего при­тупления к частичному самозатачиванию возможен при повы­шении режима. Между полным самозатачиванием и притупле­нием существует ряд промежуточных состояний.

При шлифовании с заданным давлением между деталью и кругом при постепенном увеличении нагрузки наступает мо­мент, когда круг начинает быстрее изнашиваться и наблюда­ется резкое повышение съема металла. Этими опытами, выпол­ненными во ВНИИАШе, было установлено наличие критичес­кой нагрузки при работе круга. Критическая нагрузка, отне­сенная к поверхности соприкосновения круга с деталью, зави­сит от твердости и скорости вращения круга. С увеличением твердости (рис. 13) и скорости круга удельная критическая нагрузка возрастает (рис.

14). По данным М. Кур — рейна [72], с возраста­нием твердости круга с М2 до СТ2 увеличивается удельная критическая на­грузка с 7 до 28 кГ/см2 для перехода к работе с самозатачиванием. Отсю­да может быть сделан общий вывод, что если при большой нагрузке круг быстро изнашивает­ся (неограниченное само­затачивание), а при ма­лой — почти не изнаши­вается (преоладает притупление), то в промежуточной зоне создаются наиболее благоприятные условия для производитель­ной работы круга (смешанный процесс, работа с преобладаю­щим самозатачиванием). Основные показатели для отдельных видов работы абразивных инструментов сведены в табл. И.

По данным X. X. Кенджаева [15], в табл. 12 приведены зна­чения для критической радиальной удельной нагрузки в кГ/см при переходе от одного вида работы зерна к другому.

По данным Л. А. Глейзера [10], появление в отходах шли­фования абразивных осколков свидетельствует о достижении

работы абразивного инструмента Размерный из­нос абразивного инструмента Шероховатость шлифуемой поверх­ности Интенсивность съема метал­ла за период стойкости круга Область применения Вначале износ большой, постепенно стабилизируется Высота шерохо­ватости зависит от режима обра­ботки и правки Снижается Получистовое шлифование При этом обеспечивается эффективное использование абразивного инструмента Вначале износ большой, потом резко снижается Высота шерохо­ватости наимень­шая Значительно снижается Точная размерная обра­ботка, когда предъявля­ются высокие требования к шероховатости Износ большой, но не стабильный Повышенная высота шероховатости, не­устойчивая Нестабиль­ ная При обработке пластичного металла, при наличии адге­зии. Обратить внимание на подбор смазочно-охлаждаю­щей ЖИДКОСТИ Износ большой, стабильный Повышенная ше­роховатость Стабильная Обдирочное шлифование, обработка твердых сплавов

первого критического значения радиальной нагрузки. Величина радиальной нагрузки, при которой минутный съем металла ста­билизируется, является вторым критическим значением.

Значення для критической радиальной удельной нагрузки

Таблица 12 Шлифовальный круг Характер износа круга ЭБ40МЗК ЭВ40СМ2К ЭБ40С2К Переход от работы с преобладающим затуплением к смешанному процес- су………………………………………………… 1,5±0,2 2,5±0,3 3.6±0,5 Переход от работы смешанного про­цесса к преобладающему самоза­тачиванию 4,5±0,5 7±1 10± 1

На рис. 15 представлена принципиальная схема перехода круга из одной области работы в другую в зависимости от: а) твердости круга и зернистости (при постоянном режиме шли­фования); б) режима шлифования и твердости круга (при оди­наковой его зернистости). Как видно из схемы, чем меньше аб­разивные зерна, тем более узким становится диапазон твердо­стей круга, при котором может быть осуществлен смешанный процесс. При переходе в область работы с притуплением при увеличении размеров зерен необходимо одновременно повышать твердость круга. Переход из одной области работы в другую

Рис. 15. Принципиальная схема областей работы абра­зивных инструментов и переходов из одной области в другую в зависимости от: а — зернистости (в 0,01 мм) и твердости круга; б—от режима шлифования (уЛт sfj і) и твердости круга; /—область ра­боты с самозатачиванием; 2—область работы с частичным за­туплением и частичным самозатачиванием; 3—область работы с затуплением; 4—область работы с налипанием металла

в зависимости от характеристики круга происходит в следую — щей последовательности: а) при повышении твердости круга

процесс шлифования с преобладающим самозатачиванием пе­реходит в смешанный, далее в шлифование с преобладающим затуплением, а при обработке вязких металлов — в шлифова­ние с налипанием металла; б) с уменьшением размеров зерна наблюдается аналогичная последовательность, но изменение зернистости на один номер оказывает меньшее влияние по сравнению с изменением твердости на одну степень по шкале твердости.

При увеличении интенсивности съема металла при шлифо­вании кругами малой твердости преобладающее притупление круга постепенно переходит в смешанный процесс и далее на­блюдается преобладающее самозатачивание (рис. 15, б). Для

кругов повышенной твердости с увеличением интенсивности съема металла шлифование с преобладающим притуплением переходит в смешанный процесс и далее при обработке вязких металлов наблюдается налипание металла на вершины зерен.

Критерии стойкости круга. Для того чтобы избежать бра­ка при обработке (по шероховатости, точности, прижогам и т. д.), необходимо установить критерий стойкости круга. Та­кими критериями стойкости кругов можно принять: увеличение погрешности формы детали, высоты неровностей шлифованной поверхности, мощности или силы резания, появление прижогов, увеличение площадок износа на вершине зерен на поверхности круга, усиление шума при шлифовании и увеличение гранности обрабатываемой поверхности и амплитуды вибраций.

Изменение формы. В отдельных случаях, особенно при про­фильном врезном шлифовании, в качестве критерия стойкости принимают изменение геометрической формы круга в резуль­тате износа. Таким критерием пользуются на практике при врезном шлифовании. При изменении прямолинейности образу­ющей круга сверх заданной величины производят правку кру­га. Точность профиля в зависимости от износа круга была ис­следована Н. Кошольке [70]. Эксперименты производили с де­талями из стали 45 типа призм с углем при вершине 120°. Для периода стойкости круга получено выражение

Т = С<&.

где Qvg — удельный съем металла в мм3/мм в единицу времени;

/г~3,7 — показатель степени.

Для повышения стойкости кругов при профильном шлифо­вании обычно выбирают круги повышенной твердости, в про­цессе работы которых возрастает выделение тепла. Поэтому при профильном шлифовании целесообразно работать при мак­симальной скорости детали и минимальном значении подачи на глубину.

Ухудшение шероховатости. При технологических системах малой жесткости возрастает высота неровностей на шлифо­вальной поверхности за период стойкости круга. X. Опитц [80] предложил в качестве критерия принять увеличение высоты микронеровностей за период стойкости в 1,25; 1,5 и 2 раза.

Увеличение мощности шлифования. При исследовании шли­фования получено незначительное увеличение эффективной мощности за период стойкости круга. В отдельных случаях, на­пример, при врезном шлифовании отмечается снижение мощ­ности за период стойкости, которое К — Ватанабэ [96] объясня­ет уменьшением коэффициента трения вследствие увеличения радиуса скруглення вершин зерен. Р. Ландберг [73] частично объясняет снижение мощности за период стойкости усилением вибраций, что вызывает снижение коэффициента трения. Поэ­тому изменение Рг и Nr на протяжении периода стойкости не может явиться объективным критерием для установления необ­ходимости в правке.

Увеличение радиальной силы. Степень увеличения Ру за период стойкости можно принять за критерий, определяющий необходимость правки. При кругах разной твердости нараста­ние Ру будет неодинаковым. Так, например, у мягких кругов радиальная сила увеличивается меньше, чем у кругов опти­мальной твердости. Однако при шлифовании мягкими кругами ухудшение шероховатости происходит быстрее, чем при исполь­зовании кругов оптимальной твердости. Исследования, выпол­ненные в МВТУ и ВНИИЛШе, показали, что за период стойко­сти возрастает не столько среднее значение радиальной силы, сколько увеличивается амплитуда колебаний мгновенных зна­чений этой силы. В качестве критерия стойкости круга может быть использовано относительное возрастание максимально мгновенных значений радиальной силы при постоянной скоро­сти поперечной подачи, либо относительное возрастание време­ни шлифования для съема заданного слоя металла при посто­янном значении радиальной силы.

Увеличение площадок износа на абразивных зернах. При работе круга на его поверхности появляются и увеличиваются площадки износа, которые вызывают снижение режущей спо­собности круга. Исследования работы круга и наблюдения над изменением общей площади площадок износа на поверхности круга были выполнены следующим образом. На стеклянную пластину накладывалась копировальная бумага, по се поверх­ности прокатывался круг. Площадки износта через бумагу ко­пировались на поверхности стекла. Изменение общей суммы площадок износа определялось по показанию фотоэлемента пу­тем просвечивания закопченого стекла. Коэффициент износа, характеризующий изменение состояния рабочей поверхности круга, представляет отношение

где ЕАF — суммарная поверхность всех площадок износа;

FK — поверхность круга.

При увеличении коэффициента износа є режущая способ­ность круга снижается. Коэффициент износа соответствующий концу периода стойкости, обозначим es. Исследование было проведено для кругов зернистостью от 50 до 8. В качестве кри­терия стойкости было принято появление дробления на шлифу­емой поверхности. Обработка опытных данных показала за­висимость

p’s = 0.077 + 9,95 -10-5 ^ _ 312),

где Кг — количество абразивных зерен на рабочей поверхности круга (на единицу площади — I см2). Проведенные эксперимен­ты показали, что значение коэффициента износа es лежит в пре­делах 0,05—0,1. Исследование изменения коэффициента износа во времени показало, что кривая эта вначале нарастает уско­ренно, а затем темп нарастания є замедляется.

Усиление шума и гранности по­верхности. Притупление круга со­провождается усилением шума и повышением вибраций, что свиде­тельствует о появлении дробления на обрабатываемой поверхности.

Однако при цеховых испытаниях по­казания специального шумоизмери­тельного прибора искажаются по­сторонними шумами в цеху и влия­нием струи охлаждающей жид­кости [73].

Изменение амплитуды вибраций пруги. Подтверждение™ системати­ческого нарастания амплитуды виб­раций является появление гран­ности на шлифуемой поверхности к концу периода стойкости. Исследо­вания [26] автоколебательного про­цесса при шлифовании, выполнен ные под руководством автора, пока­зали, что амплитуда автоколебаний изменяется за период стойкости. За­висимость амплитуды вибраций от изменения состояния круга за пе риод его стойкости имеет довольно устойчивый характер. Поэтому сле­дует ограничивать допустимую степень затупления круга зара­нее установленной величиной амплитуды вибраций.

На рис. 16 показано сравнение стойкостных зависимостей при разных критериях стойкости.

Зависимость периода стойкости от условий обработки. По данным X. X. Кенджаева, при работе с преобладающим при­туплением круг быстрее затупляется по мере уменьшения раз­мера зерна, увеличения твердости круга, диаметра обрабатыва­емой детали и уменьшения содержания углерода в стали. Вли­яние всех этих факторов на характер затупления круга невели­ко и режущая способность круга снижается не менее чем на 40—50°/о после 19—15 мин шлифования.

Проанализируем факторы, влияющие на работу круга в об­ласти смешанного процесса.

Влияние подач (vg, sg и t). Стойкостная зависимость име­ет вид

гр Ст

Съем металла, мощность, стойкость круга и его износ для основных видов шлифования в одинаковой степени зависят от всех видов подач (круговой, поперечной, продольной). Среднее значение показателя степени ~ 1,73. При этом следует учесть большое рассеяние опытных точек, которое частично может быть объяснено субъективными критериями стойкости круга между правками. Это же положение находит подтверждение в зарубежной литературе [38, 39, 53].

Влияние скорости круга. Е. Н. Маслов и Б. А. Игнатьев [33] экспериментально установили, что с увеличением скорости кру­га его стойкость увеличивается по закону показательной функ­ции, причем в зоне ик>30 м/сек показатель степени равен 1,55, а в зоне Ик^СЗО м/сек 0,4. По данным М. С. Наермана с уве­личением vK с 35 до 50 м/сек период стойкости повышается на 50%.

Влияние диаметра обрабатываемой поверхности. В исследо­вании Е. Н. Маслова [33] установлена степенная зависимость стойкости круга от диаметра обрабатываемой поверхности, при­чем показатель степени равен 0,6—0,7. Увеличение диаметра детали при постоянной окружной скорости соответствует умень­шению нагрузки на абразивное зерно.

Р. Ландберг [73] отмечает, что период стойкости зависит от жесткости системы, причем с повышением жесткости возраста­ет период стойкости.

Влияние прерывистости обрабатываемой поверхности. При наблюдениях, выполненных в Научно-исследовательском бюро технических нормативов (НИБТН), в 1957 г. было установле­но, что обработка деталей с прерывистыми поверхностями вы­полняется при более высоких режимах, чем на деталях со сплошной поверхностью обработки.

Влияние высоты круга Нк. По данным лаборатории 1ГПЗ и др., стойкость круга зависит от продольной подачи, выражен­ной в долях ширины круга. Из этого следует, что стойкость круга прямо пропорциональна высоте круга.

Влияние диаметра DK круга. Согласно исследованию Е. Н. Маслова и Б. А. Игнатова стойкость круга возрастает пропорционально увеличению диаметра круга.

Влияние материала абразива и структуры круга. На стой­кость шлифовального круга влияет материал абразивного зер­

на. По данным М. С. Рахмаровой [39], стойкость круга из мо­нокорунда в 1,5—2 раза выше стойкости кругов и электроко­рунда. По данным Е. В. Болоновой, с уменьшением номера структуры стойкость кругов снижается. Подтверждение это закономерно получено также М. С. Рахмаровой при исследова­нии высокопористых кругов.

Влияние размера абразивного зерна. Производственные на­блюдения показывают, что мелкозернистые круги обладают меньшей способностью к самозатачиванию по сравнению с кру­гом более крупной зернистости, в результате чего мелкозерни­стые круги быстрее притупляются и засаливаются.

Влияние твердости круга. Зависимость периода стойкости от твердости круга изучена недостаточно. Л. В. Абанов [1] по­лучил при понижении твердости абразивного инструмента уве­личение стойкости. По экспериментальным данным Е. Салье[49], с уменьшением твердости круга увеличивается количество сня­того металла за период стойкости. Однако такая закономер­ность не имеет всеобщего характера, а зависит от выбранного критерия стойкости. Если за критерий выбрать снижение ре­жущей способности круга, такая закономерность имеет место. При профильном шлифовании такая закономерность будет не­справедлива. Так, например, по данным Н. Кошольке [70], при профильном шлифовании с увеличением твердости круга воз­растает его стойкость.

По данным Р. Ландберга [73], стойкость круга изменяется незакономерно с изменением его твердости. Твердость круга имеет оптимальное значение, когда она соответствует режиму и условиям шлифования. Во всех остальных случаях как повы­шение, так и понижение твердости круга будет вызывать сни­жение его периода стойкости.

Влияние режима и средств правки. С увеличением подачи при правке улучшается режущая способность круга, но при этом сокращается период его стойкости. В большинстве слу­чаев на практике режимы правки определяют техническими требованиями к обработке (например, требованиями к шеро­ховатости) .

Стойкостная зависимость обычно определяет режимы черно­вого шлифования, когда не предъявляются требования к точ­ности обработки и шероховатости поверхности. Для получисто — вого и чистового шлифования стойкость круга обычно не яв­ляется ограничивающим фактором, и поэтому режимы назна­чают в зависимости от требований к точности обработки и ше­роховатости поверхности.