Н.И. Веткасов, к.т.н., доц.
Ульяновский государственный технический университет


RESEARCH OF WEAR OF COMPOUNDED ABRASIVE WHEELS

N.I. Vetkasov, Dr., Reader
Ulyanovsk state technical university


In this article the outcomes of an experimental research of wear of compounded abrasive wheels on operations of round outside and internal grinding and sharpening of the cutting instrument are considered

Работоспособность композиционных шлифовальных кругов (КШК) в значительной степени определяется износом их рабочей поверхности, интенсивность которого зависит от размеров и количества конструктивных элементов (пазов, прорезей) для размещения твердого смазочного материала (ТСМ), от его физико-механических и физико-химических свойств, вида операции, на которой применяется КШК.

Исследовали влияние перечисленных факторов на износ КШК с радиальными пазами и прорезями на операциях круглого наружного и внутреннего шлифования, заточки режущего инструмента. Для определения размерного износа круга измеряли размер уступа, который предварительно формировали на его рабочей поверхности, до и после шлифования с помощью индикатора часового типа 1 МИГ (ГОСТ 9696-82, цена деления 0,001 мм), закрепленного на магнитной стойке, устанавливаемой на стол станка.

Исследования износа КШК 1-250×25×76 24А40НСМ17К20 с радиальными прорезями, заполненными композицией дисульфида молибдена и окисленного парафина (в равных долях по массе), проводили на операции круглого наружного шлифования заготовок из стали 30ХГСА, HRC 32...37 и 12Х18Н10Т на станке 3В110А. В КШК было выполнено восемь прорезей с длиной режущего выступа l _р = 136 мм. Условия шлифования: окружная скорость круга 35 м/с; окружная скорость заготовки V_з = 35 об/мин; диаметр заготовки d_з = 35 мм; длина шлифуемой поверхности L_ш для заготовок из стали 30ХГСА составила 10 мм, для заготовки из стали 12Х18Н10Т – 20 мм; СОЖ – 0,1 %-ный раствор моющего средства МС-37 (ТУ РСФСР 984-92); подача СОЖ поливом в зону обработки с расходом 5 дм³/мин. По результатам предварительных экспериментов величину врезной подачи принимали при шлифовании заготовок из стали 12Х18Н10Т равной 0,15 мм/мин; из стали 30ХГСА – 0,2 мм/мин. Отмечено, что размерный износ КШК при шлифовании заготовок из стали 30ХГСА меньше, чем размерный износ прерывистого шлифовального круга (ПШК) такого же типоразмера и характеристики. При шлифовании заготовок из стали 12Х18Н9Т размерный износ режущих выступов КШК превысил износ режущих выступов ПШК. Очевидно, более высокая теплосиловая напряженность процесса шлифования заготовок из стали 12Х18Н10Т по сравнению со шлифованием заготовок из стали 30ХГСА не позволяет при применении исследуемого состава ТСМ осуществить пассивирование контактирующих поверхностей и соответственно уменьшить их адгезионное взаимодействие. Исследование показали, что износ режущих выступов КШК уменьшается в направлении, противоположном направлению вращения круга, что свидетельствует о формировании на режущих выступах со стороны захода в материал обрабатываемой заготовки фронтальных поверхностей, расположенных под определенным углом к плоскости резания. По мере работы КШК протяженность этой зоны возрастает так же как и при шлифовании ПШК.

Наряду с измерением размерного износа режущих выступов контролировали износ смазочных элементов (СЭ) КШК. Установлено, что износ СЭ не превышает износ режущих выступов и в отличие от износа режущих выступов происходит более равномерно как по высоте, так и в окружном направлении КШК.

На операции внутреннего шлифования исследовали износ стандартного круга (СК), ПШК и КШК 5-60×50×20 25А25НСМ16К20 с шестью радиальными прорезями. Шлифовали заготовки из сталей 30ХГСА, HRC 32...37, 40Х, HRC 41...45 на станке 3А110В. Применяли КШК со СЭ из графита и технического воска (соответственно 75 % и 25 % по массе). Во всех случаях подавали поливом 0,5 %-ный водный раствор кальцинированной соды с расходом 3,5 дм³/мин. Эксперименты проведены при окружной скорости круга V_к = 32...35 м/с; окружной скорости заготовки V_з = 32...35 м/мин. Поперечную (врезную) подачу S_вр принимали равной 0,005 мм/дв.х, продольную S_пр = 0,5 м/мин. Общий припуск на обработку составлял 0,1 мм. Установлено, что размерный износ ΔR_к за период стойкости круга достигал для СК (125...138) мкм, для ПШК – 60...80 мкм, для КШК – 40...45 мкм. Коэффициент шлифования по объему К_ш за период стойкости снижался для СК в 5...5,2 раза, для ПШК – в 2,3...2,5 раза, для КШК – в 1,9...2,1 раза. Это свидетельствует о более длительном сохранении высокой режущей способности КШК при внутреннем шлифовании заготовок из закаленных сталей по сравнению с ПШК и СК.

Исследования износа КШК 11-125×45×32 24А25ПСМ16К20 проводили на операции заточки резцов из быстрорежущей стали Р6М5, HRC 63...65, в условиях основного производства ОАО "Ульяновский автомобильный завод" на универсально-заточном станке 3А64Д без применения СОЖ при окружной скорости круга V_к = 18 м/с, продольной подаче S_пр = 7 м/мин, поперечной (врезной) подаче S_вр = 0,2 мм/дв.х с последующим выхаживанием. Снимаемый припуск составлял по передней поверхности 1 мм, по задней – 3 мм. В качестве ТСМ применяли четыре состава (см. таблицу). За базу сравнения принимали результаты измерения износа СК такого же типоразмера и характеристики.

Таблица 1 – Номенклатура КШК, испытанных на операции заточки режущего инструмента

Обозначение	Параметр   υ   КШК*	Состав ТСМ, %
		бакелит	графит	хлористый калий	сера	технический воск	канифоль
КШК 1	0,2	30	60	5	5	–	–
КШК 2	0,2	30	60	–	10	–	–
КШК 3	0,2	30	70	–	–	–	–
КШК 4	0,2	–	70	–	–	29	1,0
КШК 5	0,3	30	70	–	–	–	–
КШК 6	0,4	30	70	–	–	–	–
*   υ  равен отношению площади нережущей части к площади режущей части рабочей поверхности КШК

Минимальный объемный износ W_а зафиксирован при шлифовании КШК 1 (рис. 1). Значение W_а для этого круга в 1,2 раза меньше, чем у СК. Объемный износ W_а КШК 2 и КШК 4 практически соответствовал объемному износу СК, в то время как объемный износ КШК 3 в 1,3 раза превышал объемный износ СК. Очевидно, что на уменьшение износа КШК по сравнению с СК при заточке инструмента из стали Р6М5 положительное влияние оказывает введение в состав ТСМ химически активных присадок серы и хлористого калия.

При заточке инструмента с пластиной из твердого сплава ВК8 КШК 11-150×50×32 63С40М38Б объемный износ W_а колебался в значительных пределах в зависимости от материала СЭ и параметра υ (рис. 2). При одинаковом параметре υ = 0,2 наименьшая величина W_а была зафиксирована для КШК 2, в состав ТСМ которого входит 10 % активной серы. Износ КШК, в составе ТСМ которых отсутствуют химически активные присадки, в 1,1 – 1,2 раза превышал износ СК. Увеличение параметра υ с 0,2 до 0,4 рабочей поверхности КШК приводило к увеличению износа КШК, что, очевидно, связано с уменьшением числа абразивных зерен на рабочей поверхности круга, и, как следствие этого, увеличением нагрузок, воспринимаемых отдельными режущими и давящими зернами.

Рисунок 1 – Зависимость объемного износа W_а шлифовального круга 11-125×45×32 24А25ПСМ16К20
на операции заточки быстрорежущего инструмента из стали Р6М5 от применяемого шлифовального круга:
1 – СК; 2...5 – КШК 1...КШК 4 по табл. соответственно;
V_к = 18 м/с; S_пр = 7мм/мин; S_вр = 0,2 мм/дв.х

Рисунок 2 – Зависимость объемного износа W_а шлифовального круга 11-150×50×32 63С40М38Б
на операции заточки инструмента из твердого сплава ВК8 от применяемого шлифовального круга:
1 – СК; 2...6 – КШК 1...КШК 6 по табл. соответственно;
V_к = 25 м/с; S_пр = 7м/мин; S_вр = 0,2 мм/дв.х

Таким образом, можно констатировать, что износ КШК зависит от вида операции, на которой он применяется. Его можно уменьшить за счет правильного подбора количества и размеров конструктивных элементов и материала СЭ КШК.