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

водит к изменению прямолинейности образующей круга и его некруглости.

Наблюдение за износом кругов показало, что при раз­ личной радиальной силе один и тот же круг имеет раз­

40, твердости СМ1—СМ2) наблюдается затупление зерен без их выпадения из связки. При увеличении радиальной силы круги начинают терять абразивные зерна в про­ цессе шлифования, т. е. работают с частичным самоза­ тачиванием, и, наконец, при еще большей радиальной силе (свыше 4 кгс на 1 см высоты круга) наблюдается силь­ ный износ кругов, особенно мелкозернистых. Умень­ шение режущей способности круга может вызываться также засаливанием круга, т. е. налипанием частиц ме­ талла на площадки износа зерен.

Изучение изменения режущих свойств кругов в про­ цессе шлифования велось двумя способами: изменениями радиуса круга по его рабочей части в трех фиксированных точках с помощью индикатора, закрепленного на кожухе круга; наблюдением и фотографированием через бино-

218

кулярный микроскоп отдельных (одних и тех же) участков режущей поверхности круга (определялся характер из­ носа отдельных зерен круга).

На рис. 86 показаны кривые радиального износа кру­ гов разной твердости ЭБ50СМ2К и ЭБ50С1К при шли­

М И М

10мин работы.

Взависимости от изменения радиуса круга подсчиты­ вали объемный износ, который и сравнивали для кругов разной твердости и скорости при обработке различных сталей. Объемный износ кругов изменяется пропорцио­ нально интенсивности съема металла; для скоростного шлифования он несколько больше, чем для обычного. Однако увеличение объемного износа кругов при ско­ ростном шлифовании отстает от роста производительности

(табл. 23). Коэфициент удельного съема металла q = - S - , Чир

где QKp — минутный объемный износ круга для скорости 50 м/с в среднем для всех кругов и сталей на 20% больше, чем для скорости 35 м/с. Это означает, что для выполне­ ния одной и той же партии или программы деталей расход кругов при скоростном шлифовании на 20% окажется

219

меньше, чем при обычном шлифовании, причем для слу­ чая обработки простых углеродистых сталей экономия кругов может составлять до 50%.

При условиях шлифования, принятых в данной серии опытов (радиальная сила 1,7 кгс на 1 см высоты круга), зерна главным образом затупляются, т. е. на них обра­ зуются площадки износа, и лишь частично выпадают от­ дельные слабо закрепленные зерна.

При проведении экспериментальной работы и наблю­ дениях за операциями шлифования в производственных условиях установлено, что из всех показателей, опреде­ ляющих необходимость правки круга (уменьшение режу­ щих свойств круга, повышение шероховатости шлифо­ ванной поверхности, появление ожогов), наиболее за­ кономерным внешним критерием стойкости круга оказался момент возрастания амплитуд вибраций больше опреде­ ленной величины.

Внешним проявлением возрастающих вибраций яв­ ляется появление огранки на шлифуемой детали. Увели­ чение амплитуды вибраций происходит постепенно по мере затупления и износа круга, а также в результате из­ менения его формы. Повышение шероховатости поверх­ ности и снижение режущих свойств круга не всегда могут служить критериями стойкости, так как в определенных

220

условиях эти величины не изменяются на протяжении длительного времени шлифования. Например, при шли­ фовании сталей некоторых марок кругами твердости СТ1 интенсивность съема металла была небольшой и постоян­ ной длительное время, при этом шероховатость поверх­ ности изменялась мало, в то время как вибрации и огранка на детали появлялись после непродолжительной работы и все время непрерывно возрастали.

Ожог шлифуемой поверхности чаще свидетельствует о неправильном подборе характеристики круга и режи­ мов шлифования или чрезмерной радиальной силе (по­ даче). При нормальном ведении процесса шлифования ожоги возникают редко.

Характер износа кругов и их стойкость зависят от ряда факторов — характеристики круга, обрабатывае­ мости металла и режимов шлифования (в частности, от радиальной силы).

При шлифовании слишком мягким кругом или при работе с большой глубиной (подачей) и недостаточной окружной скоростью круга увеличивается потеря зерен в работе, следовательно, быстро нарушается правильная геометрическая форма круга. При этом в процессе шлифо­ вания возникают вибрации и круг необходимо часто править для восстановления формы.

При применении слишком твердых кругов или зани­ женных скорости круга и подач, не соответствующих обра­ батываемому материалу, наблюдается затупление абра­ зивных зерен. При этом зерна, потерявшие способность резать, остаются в связке, давление на них возрастает, но не достигает величины, при которой происходит их разрушение. По мере затупления круга радиальная сила (при постоянной подаче) возрастает, шпиндель с кругом и деталь испытывают все большие отжимы, а слой металла снимаемый с детали, уменьшается, процесс шлифования становится малопроизводительным, сопровождается виб­ рациями и снижением точности.

Из серии опытов по определению влияния твердости круга на эффективность скоростного и обычного шлифо­ вания образцов из сталей разных марок можно сделать следующие выводы. Твердость кругов оказывает весьма существенное влияние на показатели эффективности про­ цесса шлифования. Съем металла при работе кругами раз­ ной твердости изменяется при скоростном и обычном шлифовании более чем в 2 раза, причем наибольший

221

съем металла обеспечивает круг твердости С1, затем СМ2 и наименьший СТ1. Скоростное шлифование более произ­ водительно при обработке углеродистых и менее произ­ водительно при шлифовании некоторых легированных сталей. Скоростное шлифование сталей, легированных кремнием, твердыми кругами (СТ1) не дает заметного по­ вышения производительности по сравнению с обычным, поэтому при шлифовании таких сталей следует применять более мягкие круги.

Шероховатость поверхности находится в сложной за­ висимости от твердости круга, его скорости, интенсивности съема металла и марки стали. При прочих постоянных факторах чем меньше скорость круга и чем больше интен­ сивность съема металла, тем больше шероховатость по­ верхности; с ухудшением обрабатываемости стали шлифо­ ванием и при работе более мягкими кругами шерохова­ тость поверхности увеличивается.

Эффективная мощность шлифования находится в пря­ мой зависимости от твердости круга и интенсивности съема металла; чем тверже круг и чем больше интенсивность съема металла, тем больше эффективная мощность. Удель­ ный расход электроэнергии при скоростном шлифовании на 20%-меньше, чем при обычном, при этом чем тверже круг и чем хуже обрабатываемость стали, тем больше расход электроэнергии.

Объемный износ круга повышается с уменьшением твердости круга и увеличением интенсивности съема ме­ талла. Коэффициент удельного съема металла при ско­ ростном шлифовании в среднем на 20% больше, чем при обычном. Твердость мало влияет на изменение коэффи­ циента удельного съема металла, который колеблется для всех кругов и сталей от 60 до 40.

Влияние зернистости круга на эффективность шлифо­ вания. Взаимосвязь зернистости круга с шероховатостью обработанной поверхности и интенсивностью съема ме­ талла и характером затупления круга может быть пред­ ставлена следующим образом. Шероховатость обработан­ ной поверхности зависит от количества и глубины рисок, которые остаются от абразивных зерен круга. При этом глубина рисок и, следовательно, толщина срезаемых стружек находятся в прямой зависимости от радиальной силы. При одной зернистости круга чем больше радиаль­ ная сила, тем на большую глубину внедряются зерна, сни­ мая большее количество металла, давая худшую чистоту

222

поверхности при больших нагрузках, которые могут при­ водить к разрушению зерен и самозатачиванию круга. При уменьшении радиальной силы (например, при вы­ хаживании) уменьшается внедрение зерен в металл, уменьшается шероховатость, прекращается разрушение зерен и начинается их затупление.

При постоянней радиальной силе и при работе кругами разной зернистости шероховатость обработанной поверх­ ности зависит также от глубины внедрения зерен в ме­ талл. Мелкозернистые круги будут обеспечивать меньшую шероховатость поверхности, так как количество зерен, контактирующих с деталью, у мелкозернистого круга больше, давление на зерно в связи с этим меньше (при постоянной радиальной силе) и внедрение зерен происхо­ дит на меньшую глубину.

Интенсивность съема металла при работе кругами раз­ ной зернистости зависит от величины интегральной пло­ щади контакта между шлифовальными зернами и метал­ лом. Внедрение крупных и мелких зерен в металл прек­ ратится по достижении одинаковой площади контакта, при которой суммарная сила сопротивления металла вреза­ нию зерен окажется равной действующей радиальной силе. При постоянной радиальной силе внедрение зерен мелкозернистого и крупнозернистого кругов произой­ дет на разную глубину, у мелкозернистого круга контак­ тирующих зерен больше и, следовательно, внедрение их в металл меньше.

Рассматривая склонность кругов разной зернистости к самозатачиванию, следует учитывать, что абразивное зерно начинает разрушаться под действием силы, возни­ кшей в результате определенного внедрения зерна в ме­ талл (определенной толщины среза). Для каждой зер­ нистости имеются предельно допустимая толщина срезов и соответствующие ей силы, еще не вызывающие разру­ шения зерен или их выкрашивание из связки. Поэтому, выбирая зернистость круга, следует учитывать требуе­ мый характер затупления круга и требования к точности и шероховатости поверхности. При черновом шлифова­ нии, когда необходимо осуществить самозатачивание круга, возможна работа с большими подачами, вызываю­ щими разрушение зерен. Однако круги с полным самоза­ тачиванием, т. е. без правок до полного износа, приме­ няются только для грубого обдирочного шлифования. Обычно при интенсивном самозатачивании круга он

223

быстро изменяет свою форму, появляется непрямолинейность образующей круга, начинается дробление и поя­ вляется граненость на деталях. Поэтому целесообразно вести работу кругами, у которых самозатачивание и затупление зерен происходит одновременно (т. е. зату­ пившиеся зерна частично разрушаются и восстанавливают свою работоспособность).

Таким образом более крупные зерна позволяют рабо­ тать с большими толщинами среза без самозатачивания,

имелкозернистые круги имеют большее количество ре­ жущих зерен и более производительны. Однако при ра­ боте без потери зерен мелкозернистые круги более склонны

кзасаливанию, чем крупнозернистые. Малое количество данных по влиянию зернистости круга на отдельные показатели обработки делает необходимым проведение экспериментальной работы по исследованию влияния зер­ нистости круга на производительность шлифования, вы­ раженную съемом металла, на шероховатость поверхности

иизнос кругов в условиях работы с постоянными радиаль­ ными силами различных значений. Требует изучения вопрос изменения эффективности шлифования кругами разной зернистости при переходе на скоростные режимы

иповедение кругов разной зернистости на скоростных режимах.

При постоянных радиальных силах 6 и 8 кгс обраба­

тывали закаленную и нормализованную сталь 50Г кру­ гами из белого электрокорунда зернистости 50, 40, 25, твердости С1 на каремической связке. Мелкозернистые круги обеспечивают больший съем металла, чем крупно­ зернистые (рис. 87), причем в случае работы при радиаль­ ной силе 6 кгс увеличение съема при уменьшении размера зерна небольшое, примерно 10— 15%. При радиальной силе 8 кгс съем металла более интенсивен при уменьше­ нии размера зерна (на 40—50% при переходе от зерни­ стости 50 к зернистости 25). Это объясняется переходом мелкозернистого круга при радиальной силе 8 кгс к бо­ лее интенсивному самозатачиванию, чем при радиаль­ ной силе 6 кгс. Влияние зернистости на съем металла одинаково как для обработки нормализованной, так и закаленной стали.

На рис. 88 приведены кривые изменения шероховатости поверхности Ra (среднее за 100 мин работы) при работе кругами разной зернистости на скоростных и обычных режимах. При работе с радиальной силой 6 кгс шерохо-

224

Рис. 87. Зависимость съема металла от зернистости круга:

а — сталь 50Г нормализованная; б — сталь 50Г закаленная; / *» о =50 м/с;

2 — vK = 35 м/с К

Рис. 88. Влияние зернистости круга на высоту микронеровности:

а — сталь 50Г нормализованная; б «-» сталь 50Г закаленная; 1 — v =50 м/с;

2 — = 35 м/с

ватость поверхности равномерно уменьшается с перехо­ дом на зерна меньшей фракции. Так, если при обработке нормализованной стали на скоростных режимах для зернис­ тости 50 высота микронеровностей Ra составляет 0,8 мкм, то для зернистости 40—0,75 мкм и зернистости 25—0,7мкм.

При увеличении радиальной силы с 6 до 8 кгс шерохо­

Удельный расход электроэнергии (на съем. 1 мм3 ме­ талла) примерно одинаковый при работе кругами разной зернистости при разных радиальных силах. При работе на скоростных режимах удельный расход электроэнергии на 15—20% ниже, чем на обычных.

Полученные данные свидетельствуют о том, что зер­ нистость круга оказывает влияние не только на шерохо­ ватость поверхности, но и на производительность обра­ ботки, стойкость кругов и другие показатели эффектив­ ности процесса. В связи с этим при выборе зернистости круга следует учитывать, что с уменьшением размера зерна уменьшится шероховатость поверхности, может повыситься интенсивность съема металла, но снизится стойкость кругов.

226

Влияние структуры круга на эффективность шлифова­ ния. Структура круга характеризует количественное со­ отношение абразивных зерен, связки и пор в единице объема круга, иными словами, структура определяет его строение, причем чем больше номер структуры, тем меньше в круге зерен и больше связки при одном количестве пор, характерном для каждой твердости круга. С увели­ чением номера структуры происходит замещение части абразивных зерен связкой.

Если сравнивать содержание зерен и связки для кру­ гов одной зернистости и двух номеров структур, то, на­ пример, для кругов ЭБ50СМ2К структур 6 и 10 объем пор одинаков и составляет примерно 40,5%, а объем связки

изерна различен, причем, если для структуры 6 объем зерна — 50%, а связки — 9,5%, то для структуры 10 — соответственно 42 и 17,5%. Следовательно, с увеличением номера структуры круга уменьшается количество режу­ щих зерен вследствие увеличения связки при сохранении постоянным объема пор.

Пористость круга во многом определяет поведение круга в процессе шлифования. В порах размещается метал­ лическая стружка, через них поступает воздух, охлаж­ дающий наряду с жидкостью зону резания. В значитель­ ной мере пористость определяет характер затупления круга — засаливание или самозатачивание его. Пористость кругов обычно не проверяется. Однако для более полной

ивсесторонней характеристики круга наряду с твер­ достью целесообразно было бы определять и величину пористости. Нами было произведено определение пори­

стости кругов зернистости (от 50 до 25 включительно)

спомощью водомерного бака.

Вбак прямоугольной формы заливают воду до верх­ него уровня. После заполнения бака водой в него опу­ скают на ребро круг. Вытесненную воду собирают в от­ дельную посуду; круг несколько раз поворачивают.

Через 1—3 мин (в зависимости от зернистости) из него пере­ стают выделяться пузырьки воздуха. Уровень воды в баке в это время соответственно понизится. Когда выделение пузырьков прекратится, вытесненную воду доливают в бак до первоначального уровня. После этого остаток вытесненной из бака воды измеряют по объему. Этот объем равен объему твердой массы круга Кт. м, т. е. объему зерна и связки (без пор). Объем пор будет Vn = Ккр — VT. м.