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

238

239

целесообразно ограничиваться коэффициентами, отра­ жающими относительные закономерности по влиянию характеристик кругов на эффективность шлифования. По приведенным в табл. 32 коэффициентам можно про­ следить, как изменяются съем металла, шероховатость поверхности и стойкость кругов при изменении характе­ ристики круга, режима шлифования и марки обрабаты­ ваемой стали.

Таким образом, по табл. 32 можно выбрать характе­ ристику круга для тех или иных условий шлифования, и если первый выбор не удовлетворит требованиям к дан­ ной операции, то характеристику круга корректируют вторично. Так, если обработка детали из стали 45 осу­ ществляется кругом ЭБ40СТ1К при скорости 35 м/с и необходимо значительно повысить производительность обработки, не ухудшая чистоты и не снижая стойкости круга, то вначале по первой строчке таблицы находят для указанных условий соответствующие коэффициенты (средний минутный съем 2,17, высота микронеровностей 1,56, стойкость круга 2,07) и после этого подбирают новые условия обработки, удовлетворяющие требованию повы­ шения производительности. Такими условиями для об­ работки стали 45 будут: скорость шлифования 50 м/с при работе кругом ЭБ40С1К (минутный съем 4,0, высота микронеровностей 1,44, стойкость кругов 2,6 при той же точности обработки).

В практике чаще приходится решать именно такие задачи, например, при недостаточной стойкости круга надо ее повысить, в другом случае необходимо увеличить производительность, не ухудшая чистоты обработки.

Производительность, шероховатость обработанной по­ верхности и стойкость кругов изменяются в очень широ­ ких пределах в зависимости от технологических условий шлифования (табл. 32). Производительность изменяется

в определенной зависимости от характеристики круга и режима шлифования. Так, на съем металла большое влия­ ние оказывает твердость круга, скорость и радиальная сила, с уменьшением твердости круга, увеличением ско-

240

рости шлифования и радиальной силы съем металла воз­ растает; меньшее влияние на съем оказывает зернистость

иструктура круга. Шероховатость поверхности находится

всложной зависимости от характеристики круга и режима обработки; шероховатость поверхности зависит главным образом от интенсивности съема металла. Стойкость круга, оцениваемая по допустимой величине вибраций, снижается с уменьшением размера зерна, увеличением номера струк­ туры и уменьшением интенсивности съема металла и за­ висит от характера затупления круга (износ зерен или самозатачивание).

Химический состав стали, характеристика круга и режим шлифования оказывают значительное влияние не только на технические, но и на экономические показатели процесса (эффективная мощность, удельный расход элек­ троэнергии и абразивного инструмента), которые также следует учитывать при выборе характеристики круга и режима шлифования. Характеристику круга для тех

или иных условий шлифования целесообразно выбирать с учетом комплексной оценки основных показателей эффективности процесса. Табличные материалы, построен­ ные на этой основе, дают возможность судить о том, как изменяются различные показатели эффективности обра­ ботки при изменении характеристики круга и режима шлифования.

Экспериментальные результаты, обобщенные в табл. 32, дают возможность выбирать и корректировать характе­ ристику круга при круглом чистовом шлифовании для трех твердостей и зернистостей кругов с учетом важней­ ших показателей эффективности обработки —интенсив­ ности съема металла, шероховатости поверхности и стой­ кости кругов.

Учет различной производительности шлифования

в нормативах режимов шлифования

Полученные расчетные и экспериментальные данные по изменению относительной производительности шлифо­ вания от действия различных технологических факторов обработки были использованы при разработке общемаши­ ностроительных нормативов режимов шлифования и норм основного времени [41, 42].

В этих нормативах впервые учтено влияние на произ­ водительность шлифования до десяти новых технологи­ ческих факторов (для разных видов шлифования — раз­ ное количество факторов). Для оценки обрабатываемости разных сталей шлифованием выведены поправочные коэф­ фициенты на подачу (основное время) для сталей разных марок, входящих в четыре группы сталей, близких по обрабатываемости (табл. 33). Включение той или иной стали в одну из четырех групп обрабатываемости связано

Т а б л и ц а 33

Группы обрабатываемости шлифованием разных сталей

Х25Н20С2, Х20Н80, 30Х14А, Х15Н60, 45Х17МФБ

и близкие к ним

242

с потерей точности при расчете норм, однако с другой стороны, упрощает использование нормативных данных, имеющих небольшое количество поправочных групп раз­ личной обрабатываемости сталей шлифованием.

Как следует из табл. 33, разница в производитель­ ности обработки сталей разных групп (например, IV по сравнению с I) может быть очень большой (до 7 раз). Однако для получения более точных нормативных данных целесообразно разбить стали на пять (а не четыре) групп обрабатываемости (как это сделано в табл. 34). Расчет­ ные данные по обрабатываемости ау удовлетворительно совпадают по характеру относительных изменений с экспе­ риментальными данными удельного съема металла при шлифовании этих же сталей (табл. 34). По средним зна­ чениям этих показателей для каждой группы сталей выведены средние расчетные и экспериментальные коэф­ фициенты обрабатываемости, а по ним — соответственно групповые коэффициенты обрабатываемости (последняя графа табл. 34).

Последние отличаются от экспериментальных и рас­ четных коэффициентов обрабатываемости в пределах ±10% . За 1,0 приняты конструкционные стали, легиро­ ванные хромом и никелем и имеющие наилучшую обра­ батываемость (самые низкие значения интенсивности на­ пряжений при температуре нагрева порядка 600° С). Колебания обрабатываемости внутри первой группы для разных сталей достигают ±20% . Вторая групп сталей имеет по отношению к первой коэффициент обрабатывае­ мости 0,66, третья — 0,42, четвертая— 0,24 и пятая—0,10.

Новые коэффициенты незначительно отличаются от коэффициентов табл. 33 для сопоставимых групп сталей за исключением быстрорежущих сталей, выделенных в две специальные группы с очень низкой обрабатываемостью шлифованием. Из табл. 34 видно, что разница в обраба­ тываемости разных групп сталей доходит до 10 раз, а при сравнении отдельных сталей (представителей первой и пя­ той групп) может составлять 11—12 раз. Кроме различной обрабатываемости сталей, в нормативах учтен ряд дру­ гих технологических факторов, влияющих на произво­ дительность (табл. 35). Количественное влияние этих факторов на изменение производительности весьма раз­ лично — от 25% до 10 раз. Однако все эти факторы коли­ чественно взаимно влияют друг на друга, и это влияние (через три обобщенных расчетных технологических фак-

Т а б л и ц а 34

Сравнение расчетного и экспериментального съема металла

244

тора, по которым распределяются (см. табл. 35) все част­ ные технологические параметры процесса) было учтено полученной в исследовании функциональной зависимо­ стью.

Некоторые технологические факторы, например со­ противление разных сталей шлифованию, из-за неясности их природы потребовали изложенного выше аналити­ ческого и экспериментального исследования и последую­ щего расчета. При этом влияние этого фактора на произ­ водительность шлифования оказалось наиболее существен­ ным (до 10—12 раз). Однако в разных условиях силового нагружения инструмента и разной степени затупления зерен степень влияния марки стали на производитель­ ность шлифования различна. Это потребовало определен­ ных ограничений на изменения других обобщенных рас­ четных факторов применительно к определенным усло­ виям обработки.

В нормативах для шлифования деталей 1—4-го клас­ сов точности и 7—5-го классов чистоты поверхности были использованы величины обобщенных факторов (для рас­ чета производительности), установленные или экспери­ ментально (например, затупление зерен — 0,1 мм), или по статистическим данным производства (радиальная сила для условий чистового шлифования изменяется от влия­ ния многих факторов от 1 до 2 кгс на 1 см ширины круга). Влияние же отдельных технологических параметров про­ цесса (п. 3—7 табл. 35) на изменение допустимой радиаль­ ной силы и, следовательно, производительность обработки устанавливалось по приближенным статистическим дан­ ным заводов. Поправочные коэффициенты на перечислен­ ные в табл. 35 технологические факторы и ряд других (например, на характеристику шлифовального круга, на применение скоростных режимов шлифования, при­ боров активного контроля) приведены в приложении «Выбор режимов круглого и бесцентрового шлифо­ вания».

Таким образом, анализ сложного взаимовлияния мно­ гих технологических факторов позволил путем расчета, эксперимента и использования статистических данных производства получить приближенные данные по относи­ тельному количественному влиянию этих факторов на производительность шлифования деталей 1—4-го классов точности и 5—7-го классов чистоты поверхности, изго­ товленных из сталей разных марок.

246

Методика расчета производительности различных процессов резания металлов

В настоящей работе дается новое объяснение причин различной обрабатываемости шлифованием разных ста­ лей, основанное на взаимосвязи обрабатываемости с меха­ ническими свойствами сталей в нагретом до высокой тем­ пературы состоянии.

На этой основе было проанализировано также влияние многих технологических факторов на производительность шлифования стальных деталей при определенных предельно допустимых системой СПИД радиальных силах резания, величина которых ограничивается в большинстве случаев на практике или требуемой точностью обработки деталей, или чистотой поверхности, или стойкостью кругов, или бесприжоговой обработкой.

Однако разработанная методика в основе может быть использована для количественной оценки изменения отно­ сительной производительности различных процессов ре­ зания металлов при изменении различных технологиче­ ских факторов.

Выше была выведена общая структура формулы про­ изводительности (6) процесса резания, оцениваемой по подаче (глубина определяется припуском на обработку) в зависимости от ряда технологических обобщенных фак­ торов. Эта формула выведена исходя из действия одного из законов механики о равенстве работ активных (сил резания) и реактивных сил (сил сопротивления обра­ батываемого металла) с учетом увязки действующих при обработке технологических факторов с закономерностями упругих перемещений инструмента в системе СПИД для определения сил резания и использования основного физического закона теории пластичности для определения сил сопротивления обрабатываемого металла.

Общая структурная формула производительности при­ менительно к процессу шлифования была развернута до расчетной с конкретными значениями коэффициентов и &2, полученными для принятой расчетной физической

модели резания единичным зерном (определенной гео­ метрии и степени затупления) с учетом ряда расчетных допущений и схематизацией масштабных размеров и их соотношений. Расчетные значения относительной произ­ водительности процесса шлифования сталей разных марок в различных технологических условиях обработки, под­

247

считанные по этой формуле, дали удовлетворительное совпадение с экспериментальными результатами. Это сви­ детельствует, что, несмотря на сделанные в теоретическом анализе допущения, формулы (6) и (9) отражают функцио­ нальные технологические связи, управляющие процессом обработки и определяющие его относительную произво­ дительность.

В связи с этим рассмотрим значение количественной оценки производительности процессов обработки по пред­ ложенной формуле и возможность обобщенного приме­ нения выведенной формулы и новой методики для расчет­ ной оценки относительной производительности любых процессов резания металлов в зависимости от изменения различных технологических условий обработки.

Себестоимость операций механической обработки на 90—95% определяется величиной штучного времени. Доля основного технологического (машинного) времени в штуч­ ном времени все более возрастает по мере автоматизации операций механической обработки и переводом рабочих на многостаночное обслуживание. Возможность прогно­ зирования расчетным путем относительного изменения производительности процесса обработки от тех или иных технологических условий (марки обрабатываемой стали, материала инструмента, конструктивной жесткости и точ­ ности станков, точности обработки деталей, применения СОЖ) имеет важное значение. Расчет производительности процесса позволяет сопоставлять затраты на изменение технологического процесса с изменением себестоимости обработки.

Для оценки производительности обработки требуется согласование многих технологических требований и фак­ торов, участвующих в реальном процессе механической обработки.

На рис. 97 дана схема функционального взаимодействия факторов, участвующих в процессе резания и влияющих на точность готовой детали. Воспользуемся этой схемой, структурной формулой (9) и развернутой формулой шли­ фования (30) для формулирования некоторых положений общей методики использования полученной зависимости применительно к различным процессам резания металлов.

Вначале рассмотрим возможность количественной оценки обрабатываемости разных сталей (или других пластичных материалов) для процессов резания на токар­ ных, фрезерных, строгальных и других настроенных на

248