Тема 13. Резание абразивным инструментом

Шлифование - снятие припуска кругами, наиболее широко применяемая

разновидность абразивной обработки, обеспечивающая шероховатость в

пределах Ra= 2,5…0,16 и точность до 9 - 6-го квалитетов.

Главным движением при всех видах шлифования является окружная

скорость круга VK, измеряемая в м/с:

где DK — диаметр шлифовального круга в мм; nк — частота вращения

круга в об/мин. Подачи при шлифовании могут быть различными в

зависимости от вида шлифования. Например, при наружном круглом

шлифовании различают окружную скорость детали:

v д = π D д n д / 1000 (иногда называемую круговой подачей), продоль-

ную подачу s, часто выражаемую в долях ширины круга В (s = s д B, мм/об

детали, где s д - долевая подача), и поперечную подачу snn, которая при

круглом шлифовании численно равна глубине резания t.

Основные виды шлифования: 1) наружное круглое шлифование в

центрах; 2) внутреннее шлифование; 3) бесцентровое шлифование —

наружное и внутреннее; 4) плоское шлифование; 5) специальные виды

шлифования (зубошлифование, резьбошлифование и др.). Многие виды

шлифования имеют несколько разновидностей.

Круглое шлифование в центрах применяется для обработки наружных

цилиндрических, конических и фасонных поверхностей. Имеется три разновид-

ности шлифования в центрах: методом продольной подачи s (рис. 55, а),

глубинное шлифование (рис. 55, б) — для снятия больших припусков за

один проход при черновой обработке крупных заготовок и шлифование

методом врезания или методом поперечной подачи (рис. 55, б, г). Наиболее

высокую производительность обеспечивает врезное шлифование, которое

применяется при обработке коротких деталей (l < В) как с прямолинейной

(рис. 55, в), так и с криволинейной (рис. 55, г) образующей.

Внутреннее круглое шлифование имеет две разновидности: простое (рис.

56, а) и планетарное (рис. 56, б). Простое внутреннее шлифование применяется

при обработке сравнительно небольших заготовок, а планетарное шлифование -

при обработке тяжелых и громоздких заготовок, вращение которых

затруднительно. При бесцентровом наружном шлифовании на проход (рис. 57)

заготовка 1 располагается между шлифующим кругом 3 и ведущим кругом 4, а

Рис. 55. Схемы наружного круглого шлифования в центрах:

a — методом продольной подачи; б — глубинное; в — методом

врезания (с поперечной подачей); г — фасонных поверхностей

методом врезания снизу поддерживается упором (ножом) 2. Для обеспечения продольного перемещения заготовки v s ось ведущего круга установлена под углом v (v = 1 ÷ 5°) коси шлифующего круга. Бесцентровое наружное шлифование может производиться и методом врезания при поперечном перемещении ведущего круга.

При внутреннем бесцентровом шлифовании (рис. 58) заготовка 1 устанавливается между ведущим роликом 2, опорным 3 и прижимным роликом 4.

Ведущий ролик вращается от специального привода и за счет сил трения

вращает заготовку, которая, в свою очередь, вращает опорный и прижимной

ролики. В осевом направлении деталь фиксируется опорной втулкой. Этот вид

шлифования применяют только для обработки коротких заготовок, имеющих

точную наружную цилиндрическую поверхность

Рис. 56 Схемы внутреннего круглого шлифования

Рис.57 Схема бесцентрового наружного шлифования

При плоском шлифовании обрабатываются обычно плоские

поверхности деталей, как периферией, так и торцом шлифовального круга

(рис. 59 и 60). Шлифование периферией круга используют для более точных

работ. Плоское шлифование торцом круга применяют главным образом в

массовом производстве при снятии больших припусков и шлифования

прерывистых поверхностей. Длинные детали шлифуют на станках с

прямоугольным столом (рис.59, а короткие и круглые детали – на станках с

круглым столом (рис.60).

Рис. 58 Схема бесцентрового внутреннего шлифования:

1 – заготовка; 2 – ведущий ролик; 3 –опорный ролик; 4 – прижимной ролик;

5 – шлифовальный круг

Рис.59 Схемы плоского шлифования на станке с прямоугольным столом:

а) периферией круга; б) торцом круга

Рис.60 Схема плоского шлифования на станке с круглым столом:

а - периферией круга; б – торцом круга; 1- заготовка; 2 - стол

Отделочные методы абразивной обработки делятся на две группы:

1) обработка инструментом со связанным абразивом (брусками БХ) –

хонингование, суперфиниш;

2) обработка свободным абразивом – доводка, часто называемая притиркой,

полирование, гидроабразивная, виброабразивная, магнитоабразивная и

ультразвуковая обработка. Наиболее широкое распространение получила

обработка абразивными брусками.

Шлифование осуществляется большим количеством абразивных зерен,

одновременно участвующих в резании-царапании. Геометрия срезаемого слоя

зависит от формы и взаимного расположения абразивных зерен, глубины

внедрения и траектории их относительного движения. Размеры стружек,

срезаемых абразивными зернами, очень малы, а в единицу времени снимается

огромное число стружек (несколько тыс∕ мин).

В процессе шлифования взаимодействуют режущий профиль круга,

образованный множеством рядов выступающих зерен, и обрабатываемая

поверхность, имеющая шероховатость. При этом не все выступающие зерна

выполняют работу резания. Часть зерен, врезаясь в металл, снимает стружку,

другие из-за малой глубины резания осуществляют только пластическое

оттеснение, а третья часть зерен, имеющих еще меньшую глубину врезания,

производит лишь упруго-пластическую деформацию обрабатываемой

поверхности. Некоторые зерна, попадая в ранее прорезанные канавки, совсем

не участвуют в работе. Зерна на рабочей поверхности круга делятся на

режущие, давящие и не режущие.

Рис.61Схема резания-царапания абразивным зерном

Установлено, что в реальном процессе шлифования около 85-90% всех зерен

не режет, а лишь пластически деформирует тончайший поверхностный слой и

большая часть энергии затрачивается на пластическую деформацию и

наклепывание поверхности.

Процесс стружкообразования при шлифовании существенно зависит от

соотношения толщин среза а к радиусам округления ρ вершин абразивных

зерен. В различных точках вершины зерна действуют нормальные силы р1,р2...рn (рис. 61). Горизонтальные составляющие этих сил

обеспечивают процесс стружкообразования. В точке 1 толщина среза а1 и сила

pcl равны нулю, а передний угол в этой точке γ1 = - 90°. При увеличении

т о л щ и н ы с р е з а у м е н ь ш а е т с я о т р и ц а т е л ь н ы й

передний угол и увеличиваются силы стружкообразования:

Поверхностный слой шлифуемой детали подвергается воздействию

пульсирующего высокотемпературного поля, и поэтому режущие зерна

царапают материал, разупрочненный нагревом при воздействии впереди

расположенных зерен.

На эффективность шлифования большое влияние оказывают толщина

срезаемого слоя и площадь среза. Они определяют величину нагрузки на

абразивные зерна, что в конечном итоге определяет силы резания, стойкость

круга и качество поверхностного слоя.

Определим среднее сечение среза fмгн при наружном круглом шлифовании

методом продольной подачи (см. рис. Х.З, а). Объем металла, срезаемого за один

оборот детали: Путь шлифования за один оборот детали:

Тогда:

Средняя толщина материала аср', снимаемая одним абразивным зерном:

где z — число зерен, находящихсяв зоне контакта; tф — фактическая

глубина резания.

Теоретическое значение максимальной толщины среза:

где Zcp — среднее расстояние между зернами; отношение s / B учитывает

влияние продольной подачи. Формулы могут лишь качественно характеризо-

вать влияние различных параметров на аср и аmах, так как они не учитывают

упругие деформации системы (отжим детали). Кроме того, зерна в круге

расположены хаотично и часто работа двух соседних зерен происходит в раз-

личных плоскостях.

Поэтому обычно действительное значение и

где с — величина упругого отжатия, направленная в сторону

уменьшения глубины резания; t — номинальная глубина резания (поперечная

подача); х - часть выступа (+) или впадины (-), оставшаяся неснятой при

предыдущем проходе зерна.

Величина с в период врезания увеличивается; при установившемся

резании она примерно постоянна, а в период выхаживания постепенно

уменьшается.

Процесс шлифования обычно состоит из трех периодов: врезания,

установившейся обработки и выхаживания — обработки при отсутствии

поперечной подачи. Резание при выхаживании происходит в результате

упругого натяга в системе круг — деталь. При врезании происходит

постепенное увеличение сил резания, связанное с увеличением глубины

резания. Интенсивность роста сил резания зависит в основном от режима

шлифования и жесткости системы.

При установившемся съеме, металла величина сил резания стабилизиру-

ется. При выхаживании силы резания постепенно уменьшаются. Большое

влияние на силы резания оказывают рельеф рабочей поверхности круга,

микрогеометрия абразивных зерен и ширина круга В: при затуплении зерен,

засаливании круга и при увеличении В силы резания возрастают.

Основная часть энергии, затрачиваемой на шлифование, расходуется на

преодоление трения, возникающего между обрабатываемой деталью и абразив-

ными зернами, а также связкой. Работа, идущая на пластическую деформацию

срезаемого слоя, составляет лишь 18-25% работы шлифования. Очень большая

деформация срезаемого слоя при шлифовании обусловлена малыми толщинами

среза и большими отрицательными передними углами (γср = - 45°).

Поэтому при шлифовании для съема единицы объема металла за-

трачивается в 10-20 раз больше энергии, чем при точении и фрезеровании.

Равнодействующая R всех нормальных и касательных сил,

действующих на рабочей поверхности круга, так же как и при точении,

является суммой трех сил Рz, Ру и Рх (рис. 62).

Рис.62 Силы резания при шлифовании

Тангенциальная сила Рz определяет мощность резания и мощность,

потребную для вращения круга и детали. Радиальная сила Ру, вызывая

упругие деформации технологической системы, оказывает значительное

влияние на точность обработки и виброустойчивость процесса. Осевая сила

Рх определяет мощность привода подачи. Наличие на абразивных зернах

значительных радиусов округления, большие отрицательные передние углы и

малые толщины среза при абразивной обработке являются причиной того,

что сила Ру в 1,5 -3 раза больше силы Pz. Отношение Ру / Pz может ориен-

тировочно характеризовать долю энергетических затрат на полезную работу:

при уменьшении Ру / Pz повышается доля полезных затрат и снижаются

работа трения и стружкообразования. Для специальных абразивных

инструментов с ориентированными зернами (γ = 8 ÷ 20°, α = 8 ÷10°) силы Pz

уменьшаются на 30— 40%, а Ру на 55-60%.

Алмазные зерна имеют меньшие значения ρ по сравнению с

электрокорундом и карбидом кремния. Поэтому алмазные инструменты

вызывают значительно меньшие силы Pz и особенно Ру, т. е. Ру / Pz

снижается.

Силы резания при шлифовании из-за небольших сечений среза обычно

невелики (в среднем не более 30 кгс). Однако мощность шлифования Nэф,

значительна, ввиду большой скорости круга Vк (30-50 м/с):

Силу Pz определяют по экспериментальным формулам степенного вида.

При наружном круглом шлифовании кругом Э40СМ1К5 (Dк = 500 мм, В = 40

мм, v к = 30 м/с)

где Ср - коэффициент, зависящий от вида обрабатываемого материала

(при шлифовании закаленной стали Ср = 2,2; незакаленной стали Ср = 2,1;

чугуна Ср = 2). При увеличении скорости круга v к уменьшается средняя

толщина среза и силы резания снижаются. При шлифовании жаропрочных

сплавов силы резания в 2—3 раза выше, чем при шлифовании сталей.

Для измерения сил резания при шлифовании применяются ди-

намометрические центры и трехкомпонентные динамометры.

Режимы резания при шлифовании назначают в следующем порядке:

1. Выбирают характеристики круга в зависимости от свойств

обрабатываемого материала и технических требований.

При шлифовании алмазными кругами железоуглеродистых сплавов,

никеля, кобальта и при шлифовании сталей кругами из карбида кремния из-за

высоких температур и химического сродства материалов абразива и детали

превалирующим видом износа зерен является диффузионный износ, который

вызывает интенсивный износ круга. Поэтому применять такие круги нецелесо-

образно. При шлифовании жаропрочных сплавов высокие режущие свойства

имеют круги, из монокорунда, твердостью МЗ - СМ2 с зернистостью 16—25,

10-й структуры и применении СОЖ, состоящей из сульфофрезола и 10% керо-

сина. При шлифовании титановых сплавов обычно применяют круги из

зеленого карбида кремния.

При назначении режимов тестового шлифования вначале выбирают

зернистость круга, затем параметры режима, обеспечивающие получение

необходимого класса чистоты поверхности. Высота микронеровностей Rz

связана со средним размером абразивных зерен da зависимостью,

где CR — постоянная, зависящая от свойств материалов детали и круга.

2. Выбирают глубину резания t (поперечную подачу sпп).

На черновых проходах t = 0,05 ÷ 0,10 мм/дв. ход, на чистовых

t = 0,005 ÷ 0,02 мм/дв. ход. При шлифовании неметаллических

материалов значения t до 0,4 - 0,8 мм/дв. ход.

3. Определяют скорость детали v Д (или скорость стола при плоском

шлифовании) и корректируют выбранное значение v Д по кинематическим

данным станка. При этом учитывают, что при росте v Д улучшается отвод

тепла (деталь меньшее время находится в контакте с кругом) и снижается

опасность образования прижогов, увеличивается разбрызгивание СОЖ,

повышается износ центров, увеличиваются центробежная сила и

амплитуда вибраций. На черновых проходах v Д = 20 ÷ 85 м/мин, а на

чистовых v Д = 15 ч- 30 м/мин. При шлифовании тугоплавких и

титановых сплавов v Д = 10 -т- 12 м/мин, а для жаропрочных сплавов целе-

сообразно увеличивать v Д до 70 м/мин.

4. Определяют продольную s и минутную SM подачи. Продольную

подачу выражают в долях ширины круга В. При черновом шлифовании

s =0,4 ÷ 0,8) В мм/об, дет.; при чистовом s =(0,1 ÷ 0,3) В мм/об. Меньшие

значения подач выбирают при шлифовании жаропрочных и титановых спла-

вов. Минутная подача SM = snn мм/мин.

5. Выбирают скорость круга v K. Увеличение v K может ограничиваться

прочностью шлифовального круга, мощностью и жесткостью станка. При

различных видах шлифования v K = 10÷ 35 м/с, а при скоростном шлифова-

нии сталей высокопрочными кругами v K ≥ 50 м/с.

6. Вычисляют силу Pz и мощность, потребную на шлифование.

7. Определяют машинное время Тмаш.

При наружном круглом шлифовании методом продольной подачи

где L - длина хода стола, на несколько миллиметров превышающая длину

обрабатываемой детали l (см. рис. 55); h - припуск на обработку в мм; k -

коэффициент, учитывающий время выхаживания (k = 1,2 ÷ 2,5).

Техника безопасности при шлифовании. Круги перед постановкой на

станок должны быть отбалансированы и испытаны на прочность при окружной

скорости, в 1,5 раза превышающей рабочую скорость. Во избежание

травматизма при разрыве круга, на станке должен быть стальной кожух с

минимальной открытой частью. Для защиты рабочего от разбрызгиваемой

СОЖ устанавлива-ют щитки. Шлифовальные станки необходимо оснащать

пылеулавливающими и пылеотсасывающими вентиляционными устройствами.

Дата добавления: 2014-12-17