книги из ГПНТБ / Корчак, С. Н. Производительность процесса шлифования стальных деталей

С, Н. КОРЧАК

ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ

ПРОЦЕССА

ШЛИФОВАНИЯ

СТАЛЬНЫХ

ДЕТАЛЕЙ

п р

Москва «МАШИНОСТРОЕНИЕ» 1974

каучно-

6Г14.67 бйблИ^ УДК 621.923

ЧИТ,

Корчак С. Н.

К66 Производительность процесса шлифования сталь­ ных деталей. М., «Машиностроение», 1974.

280 с. с ил.

В книге изложены теоретические и экспериментальные исследова­ ния производительности шлифования сталей и сплавов разного хими­ ческого состава. Приведен анализ напряженного деформированного состояния срезаемого слоя и установлены функциональные связи производительности шлифования сталей с механическими свойствами их в температурно-скоростном интервале деформаций. Приведены расчетные и экспериментальные данные по сравнительной производи­ тельности шлифования сталей и сплавов различной структуры.

Книга предназначена для технолс/гов и нормировщиков механических цехов и заводов, а также работников заводских и научно-исследова­

Редактор инж. В. В. Ржавинский

Рецензент инж. В. Е. Иванов

©Издательство «Машиностроение», 1974 г.

Издательство «Машиностроение» 107885, Москва, Б-78, 1-й Басманный пер., 3

Ленинградская типография № 6 Союзполиграфпрома при Государственном комитете Совета Министров СССР

по делам издательств, полиграфии и книжной торговли 193144, Ленинград, С-144, ул. Моисеенко, 10

ВВЕДЕНИЕ

Развитие экономики нашей страны и создание мате­ риально-технической базы коммунистического общества в первую очередь определяется темпами роста произво­ дительности труда во всех отраслях народного хозяйства

СССР, в том числе и в машиностроении. Одна из проблем­ ных задач машиностроительной промышленности — уве­ личение производительности обработки деталей машин при одновременном повышении точности и качества их изготовления.

В технологии машиностроения производительность обычно оценивается штучным временем, необходимым для получения годной детали. В состав штучного времени входит основное (машинное) время обработки, составля­ ющее обычно большую часть штучного и зависящее от производительности процесса обработки. Для повышения производительности процессов механической обработки и управления ими требуется установление функциональ­ ных закономерностей между технологическими факторами, определяющими производительность и качество, главным образом точность обработки.

Основы такой связи разработаны в трудах кафедры технологии машиностроения Московского станкоинстру­ ментального института, посвященных проблеме повыше­ ния точности и производительности обработки на метал­ лорежущих станках путем управления упругими пере­ мещениями системы СПИД. Для расчета параметров управления требуется знание математических взаимо­ связей между элементами режима резания (подачей, глубиной, скоростью резания), определяющими произво­ дительность процесса, и рядом технологических факто­ ров, ограничивающих ее. К последним чаще относятся точность формообразования готовой детали, качество обработки, допустимое силовое нагружение инструмента, привода станка. Большинство этих ограничений связано

с допустимыми системой СПИД (в силу тех или иных технических требований) силами резания или их состав­ ляющими того или иного направления. Нередко увели­ чение сил и вызванное этим снижение производитель­ ности происходит в результате затупления инструмента.

Математическая формализация отдельных элементов этих связей, основанная на учете взаимодействия колеба­ ний сил резания с точностью и качеством обработки, а также учитывающая физическую сущность процесса резания и пластического деформирования металлов, вы­ полнялась в трудах многих советских и зарубежных уче­ ных— Б. С. Балакшина, Н. Н. Зорева, В. А. Кривоухова, Т. Н. Лоладзе, В. С. Корсакова, А. Я- Малкина, А. И. Исаева, Л. А. Глейзера, А. В. Подзея, Е. Н. Мас­ лова, М. И. Клушина, А. М. Розенберга, П. И. Ящерицына, С. Г. Редько, Г. В. Бокучавы, Л. В. Худобина, А. Н. Резникова, Б. И. Костецкого, В. Т. Мещерина, Г. А. Смирнова-Аляева, М. В. Сторожева, Э. Томсена и др. Работами этих ученых создана теоретическая база для установления общих функциональных связей между производительностью процесса и технологическими фак­ торами, действующими непосредственно в период формо­ образования поверхностей детали. Такие общие зависи­ мости оказываются необходимыми, во-первых, для рас­ чета наиболее производительных программ управления процессами обработки, особенно на станках с числовым программным управлением, а также станках, оснащен­ ных адаптивными системами автоматического управле­ ния и обрабатывающих станочных комплексов; во-вторых, для использования в нормативах по расчету режимов резания и норм основного времени. Выход таких зави­ симостей важен для любых процессов резания металлов, но особенно существенное значение они приобретают для финишных операций обработки, где формируется готовая деталь, в частности для операций шлифования, которыми зачастую обеспечивается конечное формообразование и качество детали.

Шлифование является основным способом чистовой обработки деталей машин. Шлифованием достигается высокая точность форм и размеров деталей, высокий класс чистоты обработанных поверхностей, что опреде­ ляет их износостойкость, а следовательно, и качество машины. Очевидно, что прогресс машиностроения в из­ вестной мере зависит от возможностей получения более

4

точных деталей с более высоким классом чистоты поверх­ ности и более износостойким поверхностным слоем.

При общей тенденции в машиностроении к уменьшению удельного веса механической обработки, а также в ре­ зультате все более широкого применения высоколеги­ рованных и жаропрочных сталей и сплавов, обработка резанием которых затруднена, возрастает объем при­ менения абразивных операций.

Однако, несмотря на значительный удельный вес шлифовальных работ (а их насчитывается свыше 30 разновидностей), процессы шлифования в различных технологических условиях являются еще недостаточно изученными по сравнению с другими видами обработки металлов резанием.

Производительность шлифования деталей, одинако­ вых по точности и качеству, но изготовленных из сталей разных марок, различна [14, 28, 29], обусловлена раз­ личной их обрабатываемостью шлифованием. Обрабаты­ ваемость шлифованием по производительности опреде­ ляется обычно как средний съем металла за определенное время при неизменных технологических условиях об­ работки.

Однако, несмотря на такую большую разницу в про­ изводительности шлифования, нормативы режимов реза­ ния и норм основного времени на шлифовальные работы [37, 38, 40, 54, 55] или не учитывали ее совсем, или давали ошибочно малую разницу (на 30%) между кон­ струкционными и жаропрочными сталями. Принятие в нормативах единого уровня режимов шлифования для сталей разного химического состава обусловило значи­ тельное занижение расчетных норм основного времени для сталей большинства марок.

Разные исследователи объясняют изменение произ­ водительности при шлифовании сталей различными при­ чинами: для одних сталей — влиянием твердых карбидов, находящихся в структуре стали, для других — удель­ ным содержанием аустенита, для третьих — определен­ ными сочетаниями различных показателей механических свойств (например, вязкости и прочности). В работах не содержится единых точек зрения на причины большой практической разницы в производительности шлифова­ ния. Это может быть объяснено тем, что механические свойства сталей (прочность, твердость) не оказывают закономерного и однозначного влияния на производи­

5

ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ НА ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ ШЛИФОВАНИЯ СТАЛЕЙ РАЗНОГО ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА

В создании теоретических основ процесса шлифования советскими учеными проделана большая работа. Основ­

ние процессов шлифования, по-новому осветив ряд поло­ жений теории и практики. Исследования П. И. Ящерицына, Г. В. Бокучавы и Л. В. Худобина расширили пред­ ставления о сложных процессах образования микро­ рельефа прошлифованной поверхности, износе и засали­ вании кругов. Немногочисленные исследования изучают причины различной производительности шлифования ста­ лей разного химического состава в различных техноло­ гических условиях обработки.

Различная производительность процесса шлифования обусловлена комплексом сложных механических и физи­ ческих явлений, происходящих при взаимодействии шли­ фовального круга с деталью.

В нормативах по режимам резания при точении, фре­ зеровании, сверлении и других процессах резания ме­ таллическим инструментом производительность обра­ ботки (подача, сила резания) ставится в зависимость от различных механических и структурных свойств обра­ батываемого металла, т. е. многочисленными теоретиче­ скими и экспериментальными исследованиями произво­ дительность процессов резания металлов известных марок в определенной мере изучена, а на базе обобщения про­ изводственного опыта эти закономерности внесены в нор­ мативы и учитываются при расчете режимов резания и нормировании труда на операциях механической обра­ ботки.

В исследованиях процессов шлифования отсутствуют теоретические разработки вопросов обрабатываемости раз­ ных сталей, а немногочисленные экспериментальные ис­ следования не определили общие закономерности.

7

В связи с этим, нормативные справочники на шлифо­ вальные работы или совсем не содержат данных (напри­ мер, поправочных коэффициентов на подачу), учитыва­ ющих различную обрабатываемость шлифованием сталей различных марок, или указывают на ошибочно малую разницу (на 30%) между конструкционными и жаропроч­ ными сталями. В этом отношении эти нормативы по точ­ ности нормирования не могут сравниваться с норматив­ ными материалами на различные виды обработки метал­ лов резанием.

Причины различной производительности шлифования сталей разного химического состава

Существенное влияние химического состава стали на производительность шлифования ее отмечалось в ряде работ. Т. П. Рекшинской и Н. А. Минкевичем изучалась шлифуемость (обрабатываемость) инструментальных ста­ лей различных марок (табл. 1).

Т а б л и ц а 1

Изменение производительности шлифования разных сталей

Производительность

Значительное расхождение данных (табл. 1) в разных работах может быть объяснено методическими труд­ ностями оценки производительности обработки при работе с постоянными режимами. Однако производительность шлифования меняется весьма значительно даже для одной группы инструментальных материалов (быстрорежущих сталей и их заменителей), имеющих близкие механические и структурные свойства при комнатной температуре.

По данным ЦНИИТМАШа, удельный съем металла при шлифовании некоторых жаропрочных сплавов иногда в 20—30 раз меньше, чем при шлифовании обычных конструкционных сталей. Экспериментальные данные по

8

обрабатываемости шлифованием малолегированных кон­ струкционных сталей разных марок при постоянной радиальной силе подачи показали [29], что разница в производительности обработки разных сталей доходит

шлифованием при постоянной силе подачи сталей шести марок. Сталь, по химическому составу близкая к Р18, имеет обрабатываемость в 10 раз меньшую, чем сталь 40, а вольфрамованадийкобальтовая инструментальная сталь в 40 раз хуже обрабатывается, чем сталь 40. Следова­ тельно, химический состав стали значительно влияет на производительность шлифования. Это влияние необходимо учитывать в заводской практике и нормативах на шлифо­ вальные работы.

Ниже приведены некоторые данные ряда исследова­ ний, анализирующих причины и закономерности различ­ ной производительности шлифования разных сталей.

В работах Н. И. Волского и А. В. Абанова приведен ряд данных по влиянию различных показателей металлов на их обрабатываемость шлифованием. Как отмечает Н. И. Волский, наиболее невыгодными для процесса шлифования являются случаи сочетания в сплаве одно­ временно высоких значений сопротивления разрыву с вы­ сокими показателями пластичности: относительного удли­ нения, относительного сужения и ударной вязкости. В своих исследованиях Н. И. Волский показывает одно­ временное влияние отдельных легирующих элементов, входящих в состав стали, а также изменения структуры на обрабатываемость сталей шлифованием.

Вопрос о влиянии структуры металлов на процесс шлифования рассматривается также в работах Л. В. Альт­ шулера и М. П. Сперанской. Увеличение остаточного аустенита в поверхностном слое прошлифованной зака­ ленной стали является причиной засаливания и быстрого износа зерен круга при шлифовании легированных за­ каленных сталей.

К аналогичным выводам пришел и Б. И. Костецкий. Однако шлифуемость отожженных сталей в исследова­ ниях Б. И. Костецкого не имеет заметных различий, в то время как Н. И. Волский показывает, что обрабаты­ ваемость стали марки РФ1 примерно в 3 раза ниже обра­ батываемости марки У12А (в отожженном состоянии). Н. И. Волский объясняет эту разницу резким различием

9