ОЦЕНКА РАБОТОСПОСОБНОСТИ АБРАЗИВНОГО. ИНСТРУМЕНТА

Под работоспособностью шлифовального круга понимают количественную оценку (по одному или нескольким показате­лям) степени соответствия круга своему назначению при вы­полнении той или иной операции. Количественная оценка от­дельных показателей сводится к непосредственному измере­нию или осуществляется путем сравнения результатом экспе­римента с некоторыми значениями параметров, приняюіми за единицу. Для количественной оценки следует установить приз­наки работоспособности круга.

Оценка работоспособности круга по отдельным показате­лям. Известны предложения оценивать работоспособность кру­гов с помощью одного или нескольких показателей. Г. Шлезин­гер предложил оценивать работоспособность круга по отно­шению

P = -$S — или q = -9s-t Qc. Ом

где QM — объем снятого металла;

Qa — объем изношенной части абразива.

Лаборатория фирмы «Нортон» предложила иной показа­тель:

а2

Р = с — .

Оо

Макки, А. Мур и Бостон предложили оценивать отноше­нием

G = —^—,

NудРв

где NyQ — удельный расход энергии;

Ra — высота шероховатости.

В. Вольфрам [97], Такадзава и Иокаяма предложили исполь­зовать отношение

где PZyd — удельная тангенциальная сила.

На основе анализа приведенных критериев можно сделать следующие выводы.

1. Удельный износ абразива q (без расхода на правку) пр» обработке наиболее распространенных конструкционных сталей обычно невелик и доля расходов на абразивы в себестоимости, обработки незначительна (1,5—4%). При обработке высоколе­гированных сталей и твердых сплавов расход на абразивные инструменты значительно выше (>8,5%) и является основ­ной составной частью себестоимости обработки, поэтому при­менение такого критерия на практике может привести к оши­бочным выводам. Так, например, при сопоставлении бесцентро­вого шлифования кругами на керамической и бакелитовой связке было установлено, что хотя удельный съем металла р — для кругов на бакелитовой связке ниже, чем на керамической, себестоимость съема единицы металла на таких кругах ниже — в результате более интенсивного съема металла QM. Этот не­достаток устранен в критерии, предложенном лабораторией фирмы «Нортон».

2. Удельный износ круга является недостаточно стабильной характеристикой процесса, так как изменяется на прогяжении периода стойкости (интенсивность износа вначале больше, за­тем снижается) и имеет большое рассеяние значений, поэтому применение такого критерия для оценки работоспособности не может считаться надежным.

3. Величина удельного износа зависит от условий обработ­ки. Например, при обработке кругами разной твердости удель­ный съем металла изменяется. Мягкий круг работает вначале с самозатачиванием. С повышением степени твердости наблю­дается частичное притупление и самозатачивание. При еще бо­лее твердом круге удельный износ обычно повышается, так как скорость съема металла снижается и круг изнашивается с преобладающим притуплением, или происходит налипание ме­талла на зерна, вследствие чего износ круга сильно воз­растает.

4. Достижимая шероховатость поверхности зависит от ин­тенсивности съема металла на последнем этапе цикла и не за­висит от режима обработки в начале цикла, поэтому примене­ние такого критерия для оценки работоспособности не может считаться обоснованным.

5. Нагрузка на абразивные зерна и их поведение характе­ризуется в основном не тангенциальной силой, а радиальной. Соотношение между тангенциальной и радиальной составляю­щими зависит от ряда факторов и не остается постоянным во времени. Расходы на электроэнергию в себестоимости шлифо­вальной обработки невелики, поэтому применение параметров Nn и Рг для оценки работоспособности не может считаться обоснованным.

6. Общий недостаток всех проанализированных критериев— отсутствие учета изменения поведения круга во времени за пе­риод его стойкости.

Оценка режущей способности круга. Процесс шлифования состоит в нанесении на поверхность металла большого числа лунок — следов воздействия отдельных абразивных зерен, яв­ляющихся функцией радиальной силы, зернистости, структуры и скорости круга. Ширина, глубина и длина отдельных лунок зависят от силы, приходящейся на зерно, вида абразива, шли­фуемого металла и др. Нормальная сила, вдавливающая абра­зивные зерна в обрабатываемую поверхность, влияет на ин­тенсивность съема металла при шлифовании. М. И. Койфман показал наличие зависимости между съемом металла и ради­альной силой, прижимающей абразивный инструмент к обра­батываемой поверхности, при этом установлено, что удельный съем металла растет интенсивнее, чем удельная сила. Иссле­дования шлифования при постоянной радиальной силе прово­дились во ВНИИАШе Н. Н. Васильевым, П. Е. Дьяченко, Л. А. Глейзером, а также за рубежом фирмой «Тиниус Ольсен», X. Рике и К. Хаберле, В. Франц, Р. Хан и рядом японских ис­следователей. Зависимость интенсивности QM съема металла от нормальной силы Ру, прижимающей круг к обрабатываемой поверхности, можно выразить формулой QM = СР™. Значения показателя степени т, полученные разными исследователями, колеблются в пределах 1,1 —1,5.

Следовательно, работоспособность абразивного инструмента характеризуется интенсивностью съема металла, силами реза­ния, стойкостью и износом круга, достижимой точностью и ше­роховатостью поверхности и др. Так как точность и шерохова­тость поверхности, износ круга функционально связаны с си­лой, прижимающей круг к обрабатываемой поверхности, режу­щую способность круга можно характеризовать съемом метал­ла в единицу времени QM и радиальной силой Ру, возникающей при шлифовании. Это соотношение является количественной характеристикой режущей способности круга:

^ QM Г ммь! мин I

Физический смысл показателя [24] заключается в том, что режущая способность круга k характеризует удельный объем металла, снимаемого в единицу времени и отнесенный к 1 кГ силы, прижимающей круг к обрабатываемой поверхности. Эк­сперименты, проведенные в Чехословацком институте металло­режущих станков, показали, что поле рассеяния этого критерия не превышает ±5,8±8,2% от номинального значения.

Режущая способность круга зависит от ряда факторов: ре­жима обработки и правки, характеристики круга, свойств об­
рабатываемого металла и др. и изменяется за период стойко­сти. Приведем экспериментальные данные.

Влияние режима обработки. С повышением режима обра­ботки, с увеличением удельной радиальной силы повышается и режущая способность круга (рис. 17). Это объясняется уве­личением степени самозатачивания абразивного инструмента при увеличении нагрузки на абразивные зерна.

Влияние скорости круга. С увеличением окружной скорости круга повышается его режущая способность (рис. 18, кривые 2 и 3). Это объясняется снижением сил резания с повышением скорости круга.

Влияние твердости круга. При работе с притуплением с уве­личением твердости круга снижается его режущая способность (рис. 18). Это объясняется уменьшением степени самозатачи­вания абразивных инструментов повышенной твердости. При работе с большими радиальными силами применение кругов
повышенной твердости может иногда повысить съем металла, если добиться увеличения степени самозатачивания круга.

Влияние зернистости. С уменьшением размера абразивного зерна радиальная сила при шлифовании снижается, что может быть объяснено меньшими радиусами скруглення и меньшими углами при вершине зерна. Следует учесть, что с уменьшением

размеров зерна последние скорее при­тупляются и сокращается период стойкости круга.

Влияние обрабатываемого металла. При шлифовании малолегированных конструкционных сталей режущая спо­собность круга изменяется в пределах не более 10—20% для разных марок сплавов. Для специальных сплавов с увеличением содержания легирующих добавок режущая способность будет различаться в большей мере. Экспери­менты показали, что изменение хими­ческого состава обрабатываемого ме­талла в большей степени влияет на из­менение радиальной силы, чем на тан­генциальную силу.

Влияние абразивного материала. Переход от эдектрокоруида нормаль­ного к злектрокорунду белому сопро­вождается небольшим повышением режущей способности круга, но одновременно ухудшается шеро­ховатость поверхности.

Влияние режима правки. С увеличением продольной подачи на один оборот круга при правке значение режущей способно­сти возрастает (рис. 19).

Режущая способность шлифовальных кругов на керамиче­ской связке для средних условий обработки стали колеблется от 140 до 250 мм3/мм • кГ, для кр) ‘ов па вулканиговой связке от 160 до 230 мм3/мм • кГ.

Для сравнения можно привести литературные данные [65J по уровню режущей способности кругов фирмы «Нортон» (США) для оптимальных условий обработки: для наружного шлифования — 355 мм3/мм-кГ при твердости круга 01; плос­кого шлифования — 305 мм3/мм-кГ при твердости круга М2; внутреннего шлифования 283 мм3/мм • кГ при твердости круга СМ1.

Изменение режущей способности во времени. При работе круга с преобладанием притупления режущая способность кру­га изменяется за период его стойкости вследствие изменения формы и состояния режущих абразивных зерен. С притуплени­
ем зерен способность зерен внедряться в обрабатываемую по­верхность уменьшается и эффективность абразивного процес­са снижается. Изменение режущей способности круга k можно выразить соотношением

Ь — h р—% Т

/V————— fVQC’ у

где k0 — режущая способность круга после правки;

Я — константа.

Значения Я зависят от режимов шлифования и правки кру­га, от размеров и характеристики круга и других показателей.

Влияние режима шлифования. Режущая способность круга ■снижается сильнее (значения Я большие) при малых режимах. шлифования, чем при больших. За период выхаживания режу­щая способность снижается. Это объясняется тем, что при ма­лых режимах притупление происходит скорее, чем при боль­ших.

Влияние режима правки. При повышенных подачах при правке режущая способность круга за период стойкости сни­жается (значения Я большие), а при очень малых подачах ре­жущая способность может незначительно возрасти (рис. 19).

Кривая изменения режущей способности круга приближа­ется асимптотически к оси X тем быстрее, чем больше Л. Чем меньше Я, тем лучше использование абразивного инструмента. По экспериментальным данным значения Я колеблются в пре­делах 0,03—0,15.

Комплексная оценка работоспособности круга. Работоспо­собность круга характеризуется не только его режущей способ­ностью k и изменением ее во времени k = k0- но и тем­

пературой шлифования 0. Такой показатель следует применять при обработке сталей, склонных к образованию прижогов и трещин, либо при повышенных требованиях к качеству шлифо­ванной поверхности.

Общая методика комплексной оценки работоспособности шлифовального круга при выполнении заданной операции дол­жна заключаться в следующем: 1) сначала подбирают значе­ние для радиальной силы в зависимости от технических требо­ваний к обработке (точности, качества поверхности) и условий работы круга; 2) первым показателем является сравнение кру­гов по съему металла в единицу времени, приходящемуся на 1 кГ приложенной силы (количественной оценкой здесь явля­ется значение режущей способности круга k); 3) вторым пока­зателем является сравнение кругов по изменению режущей спо­собности во времени. Количественной оценкой здесь является значение Я. По экспериментальным данным значения Я колеб­лются в пределах 0,03—0,15. Чем меньше значение для Я, тем. медленнее изменяется во времени режущая способность круга.

Значение К характеризует надежность реализации процесса во времени; 4) третьим показателем является сравнение кругов по температуре к концу испытания 0. Такой показатель следу­ет применять при обработке сталей, склонных к образованию; прижогов и трещин, либо при повышенных требованиях к ка­честву шлифованной поверхности.

Таким образом, количественным выражением работоспо­собности круга R при выполнении данной операции является

Такой показатель количественно характеризует работоспо­собность круга при выполнении отдельных операций и требует создания минимального количества стендов для испытания кругов.