Подгорков В В "Конспект лекций по теории резания металлов"

"Конспект лекций по теории резания металлов"

Ивановский государственный энергетический университет

18.1. Особенности процесса резания при шлифовании

Шлифование обеспечивает получение высокой чистоты обработанной поверхности и высокой точности размеров обрабатываемых деталей. Шлифование выполняется абразивными инструментами. Абразивный инструмент представляет собой твердое тело, состоящее из зерен абразивного (шлифовального) материала, скрепленных между собой связкой. Значительную часть объема абразивного инструмента занимают воздушные поры. Абразивные инструменты в подавляющем большинстве используются в виде шлифовальных кругов разнообразной формы. Кроме того, они могут

Рис.18.1. Схема резания и расположения абразивных зерен, пор и связки в абразивном инструменте при шлифовании.

использоваться в виде брусков, шкурок, паст и порошков.

Процесс резания при шлифовании можно рассматривать как фрезерование многозубой фрезой с высокой скоростью. Каждое единичное абразивное зерно представляет собой режущее лезвие со случайными геометрическими параметрами, которые зависят не только от формы зерна, но и от положения его в абразивном инструменте. На рис.18.1. видно, что наибольший, отрицательный передний угол имеется на зернах со сферической поверхностью.

Каждое единичное зерно срезает стружку очень малого переменного сечения. Обработанная поверхность образуется в результате совокупного действия большого числа абразивных зерен, расположенных на режущей поверхности абразивного инструмента. Срезаемая в процессе работы круга стружка располагается в порах между зернами. Разогревшаяся до высокой температуры, близкой к температуре плавления обрабатываемого материала, и размягчившаяся стружка забивает поры и налипает на поверхность круга, происходит так называемое «засаливание» его. При этом режущая способность шлифовального круга резко падает, ухудшается чистота и качество обработанной поверхности. Для восстановления режущей способности круга производится его правка, при которой с помощью правочных роликов или алмазных «карандашей» с режущей части круга удаляется поверхностный слой затупившихся и засалившихся зерен.

Определить условия работы единичного зерна, в частности подачу, приходящуюся на одно единичное зерно, можно исходя из тех же соображений, что и при расчете подачи на зуб при вихревом нарезании резьбы. В качестве примера возьмем случай плоского шлифования. В течение одной минуты с обрабатываемой детали срезается слой припуска длиной, равной величине продольной подачи v_u, м/мин. В течение этого времени абразивный круг сделает n оборотов. Все лежащие на периферийной поверхности круга абразивные зерна при этом принимают участие в срезании припуска. Все абразивные зерна, лежащие в одной общей плоскости, проходящей перпендикулярно оси вращения круга, сделают в течение одной минуты число срезов N равное произведению числа лежащих в этой плоскости зерен и числа, сделанных в течение этой минуты оборотов круга. Число этих оборотов известно – оно равно частоте вращения круга n_k. При условии расположения абразивных зерен вплотную друг к другу, без свободных промежутков между ними, число зерен лежащих на одной окружности периферийной поверхности круга (в одной плоскости) Z_а.з. можно определить, поделив длину окружности периферийной поверхности круга на размер зерна. В действительности абразивный материал занимает лишь долю объема инструмента (см. табл.18.1.).

Таблица 18.1. Объемное содержание шлифовального материала в абразивных инструментах.

Оставшаяся часть объема приходится на занятые воздухом поры и связку, скрепляющую абразивные зерна. Следовательно, и на рабочей, периферийной поверхности абразивные зерна занимают такую же долю площади и в том же соотношении распределяются по окружности в плоскости, нормальной к оси вращения круга.

На рис.18.1. представлена схема расположения абразивных зерен на поверхности абразивного круга по окружности, лежащей в плоскости перпендикулярной оси вращения круга. Эти зерна последовательно друг за другом срезают припуск по одной линии в направлении продольной подачи. Каждое абразивное зерно вслед за предыдущим срезает стружку, толщина которой соответствует величине подачи на зуб (на зерно) s_Z.

Таким образом, исходя из вышесказанных соображений:

где: s_Z – подача на зуб (зерно), мм/зуб;

v_u – продольная подача, мм/мин;

N – число срезов сделанных в течение одной минуты абразивными зернами, лежащими в одной плоскости на периферийной поверхности абразивного круга;

N=n_kp^.Z_{абразивных зерен
на длине окружности, на периферийной поверхности абразивного круга.}

где: Z_а.з. – число абразивных зерен на окружности периферийной поверхности круга в плоскости нормальной к оси его вращения;

D_kp– наружный диаметр круга, мм.

– поперечный размер абразивных зерен, мм.

C – содержание абразивных зерен, %.

Исходя из этого:

С целью количественной оценки величины подачи s_Z, приходящейся на одно абразивное зерно, проведем ее расчет для произвольно принятых условий шлифования в пределах реально применяемых в практике машиностроения. Предположим, что шлифование плоской поверхности ведется на плоскошлифовальном станке абразивным кругом прямого профиля диаметром D_kp=200 мм. с зернистостью шлифовального материала 50, что соответствует размеру абразивных зерен

= 0,5 мм. Структура круга No 3 с объемным содержанием шлифовального материала С=50%. Примем скорость продольной подачи v_u=12 м/мин., частоту вращения круга n_kp=2800 об./мин. Для этих условий:

Все абразивные инструменты имеют свою маркировку. В маркировке абразивного инструмента указывается природа абразивного материала, размер его зерен (зернистость) и зерновой состав (содержание основной фракции), твердость инструмента, природа и свойства связки, класс точности и класс неуравновешенности круга.

Так, например, маркировка абразивного круга может быть:

25А – шлифовальный материал-электрокорунд белый,

16 — зернистость (160-200 мкм.),

П — зерновой состав (содержание основной фракции 55%),

СМ2 – твердость круга,

8 — номер структуры,

К8 — связка керамическая,

Б — класс точности,

3 — класс неуравновешенности круга.

Кроме этого на абразивном круге указывается обозначение его формы, размеры и максимальная окружная скорость (скорость резания) в метрах в секунду.

В качестве шлифовальных материалов применяются:

В зависимости от размера зерен шлифовальные материалы делятся на четыре группы: шлифзерно (2000-160 мкм), шлифпорошки (125-40 мкм), микрошлифпорошки (63-14 мкм) и тонкие микропорошки (10-3 мкм). В номере зернистости размер зерен основной фракции указывается в сотых долях миллиметра.

Содержание основной фракции обозначается буквенными индексами: В (высокое), П (пониженное), Н (низкое) и Д (допустимое).

Твердость абразивного инструмента зависит от прочности связки и характеризует способность связки удерживать зерна шлифовального материала. Установлены семь степеней твердости инструментов: весьма мягкие (ВМ1, ВМ2), мягкие (М1, М2, М3), среднемягкие (СМ1, СМ2), средние (С1, С2), среднетвердые (СТ1, СТ2, СТ3), твердые (Т1, Т2), весьма твердые (ВТ) и чрезвычайно твердые (ЧТ).

Номер структуры круга показывает объемное содержание шлифовального материала. С увеличением номера от 1 до 16 содержание шлифовального материала уменьшается, а объем пор увеличивается.

Связки абразивных инструментов могут быть: керамические (К1-К10), бакелитовые (Б, Б1-Б4), вулканитовые (В, В1-В5), металлические (М1, МК, МВ1), глифталевые (Г) и другие.

Шлифовальные круги изготавливаются трех классов точности (АА, А и Б) и четырех классов неуравновешенности (1, 2, 3 и 4).

При шлифовании вращательное главное движение резания всегда придается режущему инструменту — шлифовальному кругу. Скорость его является скоростью резания, измеряемой, в отличие от всех других видов обработки резанием, в метрах в секунду. По форме обрабатываемой поверхности шлифование может быть плоским или круглым.

При плоском шлифовании периферией круга обрабатываемой заготовке придаются движения продольной подачи S_пр со скоростью v_u и поперечной подачи s_n. После прохода по всей обрабатываемой поверхности шлифовальному кругу дается движение вертикальной подачи s_в, в результате которого он перемещается на величину глубины резания t.

Глубина резания назначается в пределах 0,005-0,015 мм при чистовых проходах и 0,015-0,15 при черновых проходах. Поперечная подача зависит от ширины круга и назначается на чистовых проходах 0,2-0,3, а на черновых 0,4-0,7 его ширины.

Скорость продольной подачи заготовки назначается в пределах от 3 до 30 м/мин. Скорость резания не рассчитывается и не регулируется.

Основное технологическое время рассчитывается по формуле:

где: l– длина хода стола с заготовкой, мм;

B_kp – ширина круга, мм;

B_з – ширина заготовки, мм;

l₂ – величина перебега с каждой боковой стороны перепега, мм;

h – величина припуска, мм;

v_u – скорость продольной подачи, м/мин;

s_n – поперечная подача, мм/х. или мм/дв.х.;

t – глубина резания, мм;

k_Т – коэффициент точности (1,2-1,5).

Круглое шлифование может осуществляться методами продольной подачи, глубинным, врезания и бесцентрового шлифования.

При бесцентровом шлифовании продольная подача s_м изделия происходит за счет поворота ведущего круга.

где:

— коэффициент, учитывающий проскальзывание круга.

Основное технологическое время определяется:

при шлифовании методом продольной подачи

при глубинном методе

при шлифовании методом врезания

при бесцентровом шлифовании

где: l₀– длина обрабатываемой поверхности;

B_kp – ширина шлифовального круга, мм;

s_n – продольная подача, мм/об;

n_u – частота вращения изделия, об/мин;

h – припуск на обработку, мм;

t – глубина резания, мм;

s_м – минутная подача, мм/мин;

m – число деталей в партии, шлифуемых одним потоком;

k_Т – коэффициент точности.

Кроме жесткого шлифования твердыми кругами в практике машиностроения в последнее время находит все расширяющееся применение мягкое шлифование абразивными лентами, лепестковыми кругами и в среде свободного абразива.