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

слоя в любое время (в пределах прохождения зоны кон­ такта) с учетом непрерывно меняющейся остаточной тем­ пературы, «наследственно» полученной от действия лю­ бого количества ранее работавших зерен, что позволило определить температуру срезаемых зернами круга слоев металла.

ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ ПРОЦЕССА ШЛИФОВАНИЯ СТАЛЬНЫХ ДЕТАЛЕЙ

Расчет относительной производительности шлифования сталей разного химического состава

Выше была выведена зависимость условной толщины среза отдельным зерном круга (по которой предлагается оценивать производительность) от сопротивления сталей пластическому деформированию, оцениваемому по интен­ сивности напряжений в температурно-скоростном диа­ пазоне деформаций шлифования с учетом главных техно­ логических условий обработки — радиальной силы и сте­ пени затупления зерен круга. Теперь, когда, с одной сто­ роны, расчетно-эмпирическим путем для исследуемых сталей получены данные по интенсивности напряжений

для скорости деформации шлифованием (е(- = 107 с”1) и различной температуры деформации, а с другой стороны, рассчитана температура металла, который деформируется зернами круга, появилась возможность выполнить расчет

телей разных групп, для которых делали расчет темпе­ ратуры) приведена на рис. 37. На рис. 80 эта зависи­ мость для ряда сталей и в диапазоне интересующей нас температуры остывания представлена в одном графике. Наиболее вероятная средняя температура остывания для сталей всех марок составляет 600° С. Определим для этой температуры из графика, показанного на рис. 80, значе­

ния а,-. для стали каждой марки. ег

Определить радиальную силу, приходящуюся на отдель­ ное абразивное зерно, можно исходя из следующих сооб­ ражений. Для режимов чистового и получистового шли­ фования (1—4-й классы точности, 5—7-й классы чистоты поверхности), принятых за основу в настоящем исследо-

188

статистическим данным заводов и нашим экспериментам изменяется от 1 до 2 кгс на 1 см высоты круга. Для высоты круга в 1 см и расчетной длины дуги зоны контакта 1,0 —

5 зерен. А это означает, что 1—2 кгс внешней нагрузки воспринимается этими зернами. Это, конечно, весьма при­ близительная оценка количества одновременно участвую­ щих в работе зерен, однако для относительной количе­ ственной оценки производительности может быть при­ нято одно зерно (для упрощения счета).

Площадки затупления зерен, равные в среднем /3 =

=0,1 мм (условная величина, так как на круге имеются

иочень малые площадки от вновь вступающих в работу зерен и очень большие — в несколько десятых мм), обос­ нованы выше.

189

Таким образом, на условное единичное абразивное зерно приходится внешняя радиальная сила порядка 1 кгс (на площадь зерна в 0,1 X 0,1 мм). Если восполь­ зоваться формулой, определяющей толщину среза, и учесть что ог-. имеет размерность кгс/мм2, то, очевидно, плоскую

схему резания (см. рис. 29) надо развить до условной ширины режущей кромки зерна в 1 мм (хотя такой кромки в действительности у зерен круга нет). Тогда Ру выра­ зится в кгс/мм длины условной режущей кромки абразив­ ного зерна, т. е. порядка 10 кгс/мм, причем эта нагрузка может приходиться как на острое зерно (с теоретически нулевой площадкой затупления 13 = 0), так и на затуплен­ ное зерно с 13 =0, 1 мм, принятое в расчетах.

Радиальная сила, приходящаяся на одно зерно с услов­ ной длиной режущей кромки, равной 1 мм, определена ориентировочно. На практике значение радиальной силы может значительно колебаться, поэтому ниже будут производиться расчеты и для других величин.

Таким образом, определены величины, входящие в фор­

с описанным ниже экспериментом) идвух других значений Ру — одного большего (Ру = 15 кгс/мм) и одного мень­

т. е. к шести маркам (представителям разных групп), для которых производился расчет температуры, добавлена сталь Р9, имеющая (как известно из практики и после­ дующих опытов) более низкую обрабатываемость, чем сталь Р18. Температура остывания ее в зоне контакта

принята также 600° С (как и расчетная для стали Р18 и других сталей).

Расчет производили для разных значений /3, которые могут колебаться в значительных пределах в зависимости

190

Т а б л и ц а 14

Расчет толщины среза ау для разных сталей при разных радиальных силах Ру и различной степени затупления

зерен круга /3

от времени работы круга, зернистости, твердости круга. При Ру = 5 кгс/мм и при /3 = 0,10 мм ау имеет отрица­ тельные значения (табл. 14). Это свидетельствует о том, что при столь малых нагрузках и большом затуплении зерен они не будут внедряться в металл и срезать стружку, а только тереться о поверхность детали. При меньших значениях затупления зерен (/3 = 0,05 мм) у всех сталей происходит снятие стружек, толщина которых различна для разных сталей, судя по расчетному коэффициенту

= 0,10 мм наблюдается такая же разница в расчетной

191 •

обрабатываемости разных сталей, при этом абсолютные значения ау увеличились примерно в 2 раза. Дальнейшее увеличение Ру до 15 кгс/мм показывает, что при /3 = 0,10 м разница в обрабатываемости разных сталей уменьшается

сделаны для того, чтобы выявить влияние Ру на изме­ нение производительности шлифования сталей при /3 = = const и выявить влияние /3 на изменение производи­ тельности шлифования сталей при Ру = const.

Наблюдается совместное влияние радиальной силы и степени затупления зерен круга на сравнительную рас­ четную производительность шлифования сталей (ау из табл. 14). Возможны такие сочетания радиальной силы

изатупления зерен, при которых расчетные съемы ау изменяются от нуля (происходит только трение) до весьма большого значения ау, при этом разница для разных сталей может колебаться в -значительных пределах. Сле­ дует, однако, учитывать, что износ зерна /3 за время работы круга физически, очевидно, связан с величиной Ру

иза одно и то же время работы (стойкости) круга при меньшем значении Ру зерна изнашиваются соответственно меньше. Следовательно, при расчете производительности шлифования для больших значений Ру следует принимать

ибольшие значения /3.

Чтобы определить расчетные величины ау и для дру­ гих сталей, не приведенных в таблице, можно восполь­ зоваться графическими зависимостями ау /a (.. t для

\ Егшл/

разных условий шлифования, приведенных на рис. 32. Ниже приведены значения ау, рассчитанные для иссле­ дуемых условий шлифования, т. е. для Ру = 10 кгс/мм,

/3 = 0,1 мм:

Из этих данных видно, что разница в расчетной про­ изводительности ау для разных сталей очень существенна. Так, сталь Р9 имеет почти в 2 раза худшую обрабатывае­ мость, чем сталь Р18 (аР9 = 0,0036 мм, аР18 = 0,0067 мм),

а сталь 40ХНМА имеет в 10 раз лучшую расчетную обра­

192

не только вследствие увеличения действительного за­ глубления зерен, но и в результате увеличения их коли­ чества (одновременно работающих на площади контакта) в связи с увеличением длины дуги контакта. Следова­ тельно, реальное углубление зерна в металл будет при­

мерно а = Выше были приведены данные, показы­

вающие, что реальное углубление а будет очень незначи­ тельно изменяться от изменения Ру. Так, если Ру увели­ чить в 2 раза, то реальные значения а увеличатся только на 30%, остальное увеличение площади сечения среза происходит в результате увеличения работающих на пло­ щади контакта зерен.

щиной среза от единичного зерна, для которой (до 0,01 мм) был произведен расчет температурных полей в зоне шли­ фования и определены значения <5i . , по которым и оце-

8гшл

нивается обрабатываемость шлифованием разных сталей. Величина ау является условной суммарной толщиной среза от всех зерен, одновременно работающих на расчет­ ной площади зоны контакта. Для определения реальных величин а необходимо в каждом конкретном случае шли­ фования (для разных Ру) определять с той или иной сте­ пенью точности (из анализа рабочей поверхности круга применяемой характеристики) возможное среднее коли­ чество работающих на площади контакта зерен.

Оценивая расчетные значения производительности шли­ фования разных сталей (см. стр. 191), можно отметить следующее: расчетные значения обрабатываемости раз­ ных сталей шлифованием (для Ру = 10 кгс/мм) значительно отличаются; быстрорежущие стали имеют наиболее низкую обрабатываемость, хромоникелевые жаропрочные сплавы имеют несколько лучшую обрабатываемость (в 2—3 раза больше быстрорежущих), затем идут углеродистые инстру­ ментальные и конструкционные (легированные кремнием), и, наконец, наилучшую обрабатываемость шлифованием дают конструкционные хромоникелевые стали (в 10 раз больше, чем быстрорежущие); радиальная сила значительно влияет на расчетное изменение съема металла, при этом степень этого влияния существенно изменяется с изме­ нением /3; при одном значении /3 для разной Ру ау изме­ няется в меньшей мере, чем величина Ру.

Из полученных расчетных значений видно, что вели­ чины ау, Ру, а(.. и /3 (/) находятся в тесной и довольно

8 1ШЛ

сложной взаимосвязи и изменение любого из них приво­ дит к изменению производительности шлифования.

Экспериментальное исследование производительности шлифования сталей разных марок

Как было сказано выше, шлифование необходимо про­ изводить с постоянной радиальной силой, что, помимо стабилизации точности и других технологических усло­ вий обработки, позволяет правильно оценивать произво­ дительность шлифования по количеству металла, сошлифованного за определенное время. Для этой цели было спроектировано и изготовлено специальное приспосо­ бление, с помощью которого при шлифовании обеспечи­ вается постоянный радиальный прижим шлифуемой де­ тали к кругу (это не исключает колебаний радиальной силы вследствие биения шлифуемой заготовки, круга и других причин).

Челябинским тракторным заводом создано приспо­ собление, хорошо зарекомендовавшее себя при проведе­ нии работы по выбору средств и режимов безалмазной правки кругов. Шлифуемый образец в приспособлении может вращаться, чем создаются реальные условия для работы круга. Чтобы исключить влияние диаметра об­ разца и его окружной скорости на производительность шлифования, образец в этом приспособлении прижима­ ется к кругу торцом. Поэтому условия шлифования об­ разца значительно отличаются от действительных усло­ вий круглого шлифования.

Приспособление, показанное на рис. 81, позволяет устанавливать в неподвижные центры различные детали или образцы. Это приспособление устанавливают на стол круглошлифовального станка 3153. Нижнюю плиту 1 приспособления неподвижно закрепляют на столе станка, верхняя плита 2 двигается на шариках, помещенных в на­ правляющих верхней и нижней плит, образующих ласточ­ кин хвост. Верхняя плита перемещается в направлении, перпендикулярном направляющим стола, т. е. к шлифо­ вальному кругу. Поверхности плит и направляющих, по которым перемещаются шарики, цементированы и зака-

194

лены. На верхней плите, со стороны шлифовального круга, в неподвижных центрах установлена оправка со шлифуе­ мым образцом 3. Вращательное движение образцу сооб-

Рис. 81. Схема приспособления для круглого шлифования с постоян­ ным радиальным прижимом

щается двигателем (N = 0,52 кВт, п = 1400 об/мин), установленным на специальной плите, которая под дей­ ствием винта 8 может перемещаться вместе с двигателем. На валу двигателя посажена головка 5, которая может

перемещаться вдоль оси двигателя под действием сильной (20 кгс) пружины 6, и удерживается от провертывания относительно вала двумя винтами, скользящими по осе­ вым пазам.

На конец головки насажен конус из ферродо (угол при вершине конуса 90°). С помощью контакта этого ко­ нуса с чугунным конусом 4 большого диаметра вращение передается последнему и далее через ременную передачу шкиву, посаженному на подшипнике на неподвижном центре. Поводок, закрепленный на этом шкиве, вращает оправку с деталью. Частота вращения образца изменя­ ется путем перемещения плиты с двигателем с помощью винта 8. Верхняя плита вместе со всеми частями приспо­ собления, помещенными на ней, под действием груза 13, подвешенного на пластинчатой цепи, стремится откатиться в сторону круга. Под действием этой силы шлифуемый образец прижимается к кругу.

Интенсивность съема металла и износ круга в процессе шлифования определяются по индикатору 7, закреплен­ ному на столе станка. Верхняя плита после отвода образца от круга устанавливается в требуемом положении с по­ мощью фиксатора, стержень которого под действием пру­ жины заскакивает в сооответствующие отверстия нижней плиты. Для нормальной работы приспособления необхо­ димо было предусмотреть специальное устройство, кото­ рое, с одной стороны, позволяло бы перемещаться верхней плите только под действием постоянного груза, с другой стороны, жестко стопорило бы ее при движении назад. Шлифовать без такого устройства оказалось невозможным: под действием даже небольшого биения круга на детали появлялись неровности (в виде волн), которые быстро нарастали и приводили к сильному дроблению.

Для устранения этого недостатка в приспособлении предусмотрен специальный храповой механизм (рис. 82). На верхней плите (см. рис. 81) в углублениях, чтобы не мешать ей двигаться, были установлены попарно четыре собачки 11, которые могут свободно поворачиваться на осях (сходятся и расходятся). Собачки изготовлены из стали ХВГ, закалены, а концы их остро заточены и дове­ дены. Между каждой парой собачек по пазам проходит клин 12, который при движении вперед раздвигает их. Клинья под действием пружинок 9 все время стремятся раздвинуть собачки, которые при этом острыми концами упираются в чугунные колодочки 10, закрепленные на

196