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

Как известно из ряда работ, деформированное состоя­ ние слоя, срезаемого режущим инструментом, представ­ ляет собой сдвиг, совместный со сжатием (рис. 17). Эти процессы можно рассмотреть отдельно, допуская, что в зоне резания деформации определяются простым сдви-

Рис. 18. Схема шлифования для определения усадки стружки

через усадку стружки. В работе А. В. Мурдасова опре­ делялась усадка стружки при шлифовании ряда сталей.

Интервалы измерения

Рис. 19. Кривая распределения длин стружек

( - $ ? - * )

Несмотря на многообразие радиусов округления отдель­ ных вершин зерен, их разновысотности, передних углов зерен, усадка стружки г| для определенных режимов шлифования (vK = 40-Н50 м/с) находится в довольно узких пределах, например, для стали 4Х14Н14В2М от 1,1 до 1,4. При более разнообразных условиях работ

44

определению усадки стружки при шлифовании. Пери­ ферией крупнозернистого круга производилось плоское шлифование узкой полосы стали 4Х14Н14В2М Шириной 10,4 мм (рис. 18). Длины полученных стружек были измерены и сопоставлены с длиной дуги контакта 10,4 мм.

Меньшие значения длин стружек, вероятно, обуслов­ лены их разламыванием на более короткие части. При шлифовании полосы из стали 45 вследствие выгорания углерода все стружки получаются очень короткими в ре­ зультате разрушения.

Наиболее полно деформация металла при резании выражается на конечной границе зоны стружкообразования [16]. Граничный угол сдвига можно определить

Принимая среднюю усадку стружки т] равной 1,35 и передний угол режущих зерен у = ■—45°, получим Pi = = 22°. Тогда относительный сдвиг в на конечной границе пластической зоны определится по формуле

е = ctg р2 + tg (Pi — у) = 4,72.

Таким образом, относительный сдвиг элементов стружки при шлифовании очень большой. Значительный сдвиг элементов стружки и переход от недеформированных зерен исходного металла к вытянутым линиям текстуры показан на рис. 17. Возможность сочетания большого s и малого т] при резании с отрицательными передними углами отмечалась ранее А. М. Розенбергом и А. Н. Ере­ миным [52]. Угол между направлением текстуры и век­

45

тором скорости резания можно определить по формуле

Ра = Pi + arctg ( i r + Y X+ T " )'

Для рассмотренных ранее условий шлифования р2 = = 30°.

Как уже указывалось, при немонотонных деформа­ циях главные оси напряжений могут не совпадать с глав­ ными осями деформаций, тогда напряжения необходимо связывать со скоростью деформации. Рассмотрим допу­ щения, обычно принимаемые при определении скорости деформации. Так как сдвиг происходит в узкой зоне толщины срезаемого слоя, точное определение которой практически весьма затруднено (она условно заменена на рис. 14, б плоскостью), то трудно определить действи­ тельную скорость сдвига. Расчеты [17, 31, 52] показы­ вают, что скорость деформации сдвига при резании ме­ таллическим инструментом может изменяться в пределах от 103 с-1 до 105 с- К

Определим приближенные скорости деформации при шлифовании сталей зерном круга. Скорость деформации сдвига зависит от толщины зоны сдвига, на нижней границе которой начинается деформация, а на верхней заканчивается, а также от времени прохождения микро­ объемом металла этой зоны сдвига. Допустим микрообъем металла, имеющий форму сферы с радиусом R 0. Проходя через все стадии пластической деформации простого сдвига от нуля до е = 4,72, микрообъем принимает форму эллипсоида с наибольшим радиусом R. С увеличением сте­ пени деформации эллипсоид будет последовательно изме­ нять форму так, что отношение его большой оси к малой все время увеличивается. Скорость деформации в направле­ нии изменения длины волокна в текущей ее стадии за весьма малый промежуток времени dt определится за­

дующим образом:

46

мерно 30 м/с (29,77 м/с).

Интенсивность главной скорости деформации (в на­ правлении наибольшей оси эллипсоида) можно опреде­

‘У 32R0 •

Величину 2 R 0 (диаметр деформируемой сферы) при­ нимают обычно вписанной в толщину зоны деформации, однако она колеблется в значительных пределах: по одним данным 2R 0 = 35-н50% подачи, по другим (на­ пример, Д. Кецициоглу) составляет примерно 0,5а; по данным П. Окслея, 2R 0 = (0 ,3 0 ,5 ) а; у некоторых исследователей 2R0 = 0,05а. Такие значительные рас­ хождения у различных исследователей могут быть объяс­ нены тем, что точно определить ширину зоны деформа­ ции по микрофотографиям зафиксированных корней стру­ жек довольно трудно, так как видимые изменения микро­ структуры соответствуют значительным деформациям сдвига. Определить верхнюю и нижнюю границы зоны деформации визуально очень трудно, на что неоднократно указывалось в ряде работ. Однако, ориентируясь на данные ряда перечисленных выше работ для определения порядка скорости деформации при шлифовании, примем

(0,1 -f- 0,2) а

2Я0 sin ’

47

а интенсивность скорости деформации соответственно

вании колебаться. Зависимость изменения интенсивности скорости деформации от изменения а приведена в табл. 3.

В связи с большими отли­

ческого деформирования и большой степени деформа­ ции образование стружки может происходить при не­ больших толщинах среза и больших значениях отри­ цательного переднего угла.

Исследование отдельных рисок, полученных на нагре­ тых образцах с помощью световых сечений (на двойном микроскопе МИС-11), дает основание считать, что обра­ зование возвышения металла перед передней гранью зерна вследствие очень узкой зоны деформации начи­ нается почти сразу после соприкосновения зерна с нагре­ тым металлом. При резании одним зерном холодного металла происходит большое выпучивание, в том числе

ипо бокам риски, зона деформации большая и для отде­ ления толстой стружки со степенью усадки ri = 3,0-ь4,0 зерну надо пройти большой путь в металле для накопле­ ния достаточного объема металла и образования толстой

иширокой стружки. При резании нагретого металла выпучивание очень мало и вытесняемый зерном объем нагретого металла сразу же формируется в виде отделяе­ мой стружки.

48

Таким образом, начальная длина пути зерна в нагре­ том металле, равная длине зоны деформации (как только окончится формирование деформируемой зоны), практи­ чески приведет к вытеснению металла перед зерном в виде отделенной стружки. Учитывая также большие скорости деформаций, низкую прочность и высокую пластичность нагретых сталей в зоне шлифования, можно предпола­ гать, что образование стружек в процессе шлифования происходит при весьма малых толщинах среза и значи­ тельных отрицательных передних углах.

Следовательно, соотношения > 0 ,1 — 0,2 (гдер —

радиус округления режущего лезвия), выведенные для

шлифования, где процесс отделения стружки и самый характер стружек значительно отличаются. Значения е,- и ег, полученные с использованием ряда допущений и приближенных формул, могут колебаться с изменением условий шлифования (свойств шлифуемой стали, усадки стружки, переднего угла, толщины среза). Интенсив­ ность скорости деформации, характерную для процесса

шлифования, можно приблизительно принять е(- = 106ч- ^ 107 с "1.

Расчет напряжений при шлифовании

Процесс резания металлов является процессом конеч­ ных (больших) пластических деформаций, претерпевае­ мых не всем телом в-целом, а только его частью (очагом деформации). В этом случае принимается гипотеза жестко­ пластического тела и делается допущение, что в зоне очага деформации упругими слагаемыми деформации, как малыми по сравнению с остаточными, можно пре­ небречь.

Решение системы трехмерных уравнений (11) в част­ ных производных в общем случае, как уже отмечалось, связано с большими трудностями. Поэтому обычно объем­ ную задачу упрощают до плоской задачи течения, при

стема уравнений (11) преобразуется следующим обра-