ИНСТРУМЕНТА Шлифование металлов

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.

Подпись: Таблица 9 Удельное давление и температура, при которой начинается схватывание — налипание Обрабатываемый материал Температура в °С Удельное дав-ление в кГ/ммг Хромоникелевая сталь 20 225 То же 100 136 » 200 111 Чистый алюминий (95, 5%) 20 20 Сплав А1, Mg, Si . . 20 32 Цикл износа зерен состоит из трех этапов: начального,

Подпись: Рис. 8. Виды износа абразивного зерна: о — появление износиых площадок; б — поверхностное выкрашивание; в — объемное разрушение; г — вырывание зерен из связки

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:

image17

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.

image18

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.

Подпись: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

image20

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.

Подпись:Подпись:Подпись: Рис. 10. Зависимость удельного объемного износа круга (в %) от твердости обрабатываемого металла (HRC) при разных марках инструментальной сталд: /—углеродистая; 2—недеформи- руемая при закалке; 3—быстро-режущая image21"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.

Подпись: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

image22

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.

Подпись: Основные Показатели для разных видов Характер износа абразивного инструмента Форма стружек Изменение состояния поверхности круга во времени Средние зна-чения для удельной МОЩНОСТИ шлифования в кет/мм высоты круга Характер изменения силы резания за период стойко-сти круга Частичное самозатачивание в результате выкрашивания зерен, частичное притупление Сливная или скалывания Уменьшается рас-стояние между аб-разивными зернами, отсутствует налипание металла на вершинах зерен 0,08—0,18 Значение силы резания устойчивое Истирание вершин зерен Надлома, спекшаяся или оплав-ленная Вершины зерен истираются, по-верхность зерен становится гладкой <0.08 Значение силы резания устойчивое, но уровень выше, чем при смешанном процессе Налипание металла иа поверхности зе-рен Надлома или оплавленная Рабочая поверхность круга покрывается налипшими частицами металла Значение силы резаиия непостоянное Преобладающее самозатачивание зерен за счет их разрушения Сливная или скалывания Увеличивается расстояние между абразивными зернами, отсутствует налипание металла иа вершинах зерен >0,18 Значение силы резания постепенно снижается вследствие снижения съема металла при повышенном износе круга
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.

Подпись: Рис. 14. Зависимость удельной критической нагрузки (кГ/см2) от окружной скорости крута (м/сек).

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

image24

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

image25

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.

ИНСТРУМЕНТА
0 votes, 0.00 avg. rating (0% score)

Добавить комментарий

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