Абразивная обработка поверхностей шлифованием

При изготовлении металлорежущих инструментов применяются различные материалы, обладающие определенным комплексом механических и физико-химических свойств: пределом прочности при одноосном растяжении и сжатии; температурной зависимостью предела текучести или твердости; температурной зависимостью предела выносливости; температурной зависимостью интенсивности адгезии с обрабатываемым материалом; теплопроводностью и температуропроводностью; температурной зависимостью скорости взаимного растворения материалов режущей части инструмента и обрабатываемой заготовки; температурной зависимостью скорости окисления; модулем упругости, температурным коэффициентом линейного расширения, коэффициентом Пуассона. Некоторые физико-механические свойства материалов, используемые при для изготовлении режущей части инструментов, представлены в табл. 1.2.

В табл. 1.3. представлены данные стандарта ISO 513-2004 «Классификация и применение твердых режущих материалов для удаления металла с определенными режущими кромками. Назначение основных групп и групп приложений».

Абразивная обработка - процесе обработки материалов резанием, т. е. со снятием стружки. Слой металла (припуск) с заготовки снимается в результате резания, осуществляемого абразивным инструментом с большим количеством микрорезцов (абразивных зерен). Как правило, абразивную обработку выполняют после обработки лезвийным режущим инструментом, электрофизическими методами и другими способами. В ряде случаев абразивную обработку осуществляют непосредственно после получения заготовки методами штамповки, литья, порошковой металлургии.

Таблица 1.2. Физико-механические характеристики инструментальных материалов

Материал

Твердость HRC*

Твердость HV*. ГПа

Предел прочности, ГПа

Тепло-СТОЙКОСТЬ, °С

Коэффициент термического расширения, X КГ6 град4

при изгибе

Rbm

при сжатии

R(.,n

Быстрорежущая сталь

62-67

2,00-6,00

2,5-4,0

900-1000

9,0-12,0

Твердый сплав

88-89

13-14

0,75-2,60

3,5-5,9

1100-1300

3,0-7,5

Керамика

91-94

20-23

0,25-0,60

1,3-3,0

1500

6,3-9,0

ПСТМ на основе алмаза

-

60-100

0,90-1,00

0,4-5,0

800

ПСТМ на основе КНБ

-

30-40

0.40-1,50

2,0 - 6,5

1200

4,9-7,9

*HRC - твердость по Роквеллу, HV - твердость по Виккерсу.

Таблица 1.3. Группы материалов по ISO 513-2004

Обозначение

Материал

Твердые сплавы

HW

С основным содержанием карбида вольфрама (WC) с размером зерна > 1 мкм

HF

С основным содержанием карбида вольфрама (WC) с размером зерна < 1 мкм

НТ

С основным содержанием TiC, TiN или оба

НС

С покрытием

Керамика

СА

С основным содержанием А1,О3

СМ

С основным содержанием АЦО3 + другие компоненты, кроме оксидов

CN

С основным содержанием Si,N4

CR

С основным содержанием А12О3, усиленная

СС

С покрытием

Сверхтверды е мат ер и ал ы

DP

Поликристаллический алмаз

DM

Монокристаллический алмаз

BL

С низким содержанием КНБ (50-75%)

ВН

С высоким содержанием КНБ (75—95%)

ВС

С покрытием

К абразивной обработке относятся следующие виды.

Шлифование — обработка вращающимся инструментом (шлифовальным кругом). Вращение круга является главным движением резания и осуществляется со скоростью 10-100 м/с. Шлифование применяют для удаления определенного слоя металла (припуска), придания заготовке требуемой формы, получения заданных чертежом размеров и формы детали, а также требуемой шероховатости поверхности. Шлифование обеспечивает 5-7-й квалитеты, 6-10-ю степени точности формы (СТ СЭВ 636-77) и шероховатость по параметру Ra 1,2-0,1.

Доводка - обработка, осуществляемая, как правило, после шлифования и направленная на достижение наиболее высокой точности размеров и формы детали, а также высокого качества поверхности. При доводке инструмент и заготовка в большинстве случаев совершают одновременно несколько движений (вращательное, возвратно-поступательное, колебательное) со скоростью 0,1-3 м/с. Доводку используют как финишную технологическую операцию при изготовлении наиболее точных деталей. Доводка обеспечивает 1-4-й квалитеты, 1-5-ю степени точности и шероховатость по параметру Ra 0,10-0,01.

Полирование - обработка деталей в целях уменьшения шероховатости, получения зеркального блеска, а также удаления дефектного слоя. В результате полирования микронеровности на поверхности детали приобретают сглаженную, закругленную форму, что значительно увеличивает отражательную способность поверхности. Полирование выполняют как по схеме, аналогичной шлифованию, при высокой скорости инструмента (15-20 м/с), так и по другой схеме при малой скорости (0,2-0,5 м/с). В качестве инструмента применяют диск с рабочей торцевой поверхностью. В первом случае происходит интенсивное тепловыделение в зоне контакта инструмента с заготовкой, тонкий слой металла размягчается и течет, заполняя впадины микронеровностей. Во втором случае удаляются тончайшие поверхностные пленки, образующиеся при взаимодействии кислорода воздуха и ПАВ с металлом. Полированием получают блестящие поверхности с шероховатостью по параметру Ra 0,14-0,04.

Отделочная обработка - обработка, целью которой являются: удаление поверхностного дефектного слоя металла; снятие заусенцев после обработки резанием и облоя после штамповки и точного литья; закругление кромок; подготовка поверхностей под покрытия; удаление окалины, образовавшейся при термообработке; придание деталям товарного вида. В большинстве случаев отделочную обработку осуществляют путем воздействия на заготовку потока свободных абразивных зерен.

Характеристика абразивного инструмента включает в себя следующие основные элементы: типоразмер инструмента; вид, марку и зернистость абразивного материала; степень твердости инструмента; номер структуры инструмента; вид и марку связки; класс точности. Для инструментов из алмаза и КН Б обязательно указывается концентрация зерен в рабочем слое. Кроме указанных основных элементов характеристики могут также задаваться звуковой индекс инструмента, определенный акустическим методом; основной размер и процентное содержание пор в высокопористых кругах; вид пропитки инструмента.

При выборе наиболее рациональной характеристики инструмента для абразивной обработки необходимо учитывать вид операции; вид и марку обрабатываемого материала, способ его термообработки и твердость; требования к точности детали и качеству поверхности (шероховатость, отсутствие при-жогов).

Типоразмер абразивного инструмента (ГОСТ 2424-83) определяется видом операции, типом оборудования, размерами обрабатываемой поверхности. Круглое наружное, бесцентровое и плоское (периферией круга) шлифование производится кругами типа ПП, внутреннее шлифование - кругами типов ПП и Г (головками), плоское (торцом круга) шлифование и заточка инструмента -кругами типов ПН, ЧЦ, ЧК, сегментными кругами, резьбошлифование -кругами типа 2П; зубошлифование - кругами типа Т и типа «абразивный червяк»; отрезка - кругами типа Д; профильное шлифование - кругами типов УП и ФП, а также кругами типа ПП, спрофилированными соответствующим образом; хонингование и суперфиниширование - брусками типов БКв, БП и БС. Требования к кругам из абразивных материалов регламентированы ГОСТ 2424-83*, к кругам из алмаза - ГОСТ 16181-82*, к кругам из эльбора -ГОСТ 24106-80* Е.

Если шлифование выполняют методом врезания без осевого движения подачи, то высота круга должна быть равна длине обрабатываемой поверхности. При внутреннем шлифовании диаметр круга выбирают равным 0,8-0,9 диаметра обрабатываемого отверстия.

Вещества природного или искусственного происхождения, содержащие минералы высокой твердости и прочности, зерна и порошки которых способны обрабатывать поверхности других твердых тел путем царапания, скобления или истирания, называют абразивными материалами. Из природных абразивных материалов применяют алмаз, кварц, корунд, кремень и др. К искусственным абразивным материалам относятся электрокорунд и его разновидности, карбиды кремния (табл. 1.4) и бора, синтетический корунд (SG-корунд), синтетические алмазы, КНБ и др.

Вид и марку абразивного материала выбирают в первую очередь в зависимости от свойств обрабатываемого материала. Для абразивных материалов общее правило выбора: шлифование пластичных материалов с высоким сопротивлением разрыву, т. е. всех марок сталей, производят инструментом из электрокорундовых материалов; шлифование жаропрочных сплавов - инструментом из SG-корунда; шлифование твердых хрупких материалов с низким сопротивлением разрыву, т. е. чугуна, твердого сплава, керамики, стекла, а также мягких алюминиевых и медных сплавов - инструментом из карбида кремния.

Абразивный инструмент из нормального электрокорунда (92-96% А19О3) широко применяют на обдирочных и черновых операциях обработки заготовок из материалов, имеющих высокий предел прочности па растяжение.

Таблица 1.4. Вид и марка электрокорунда и карбида кремния

Материал

Марка

Нормальный электрокорунд

18А, 15А, 14А, 13А

Белый электрокорунд

25А, 24А, 23А

Монокорунд

45А, 44А, 43А

Хромистый электрокорунд

34А, ЗЗА

Титанистый электрокорунд

37А

Хромтитанистый электрокорунд

94А, 93А, 92А, 91А

Циркониевый электрокорунд

38А

Зеленый карбид кремния

65С, 64С, 63С

Черный карбид кремния

55С, 54С, 53С

Абразивный инструмент из белого электрокорунда (98-99% А12О3) применяют на чистовых и отделочных операциях обработки заготовок из закаленных сталей и инструментов из углеродистых, легированных и нержавеющих сталей.

Абразивный инструмент из монокорунда (98-99% АЦО3) используют в основном на получистовых и чистовых операциях обработки заготовок из средне- и высоколегированных сталей, подвергнутых поверхностной обработке (хромированию, азотированию и т. п.).

Абразивный инструмент из хромистых (97% А1,О3, 0,4-1,2% Сг?О3) и титанистых (97% АЦО3, 0,4-3,0% TiO2) электрокорундов обладает более высокими режущими свойствами и выделяет меньше тепла при шлифовании по сравнению с использованием нормального и белого электрокорундов. Это позволяет использовать его на операциях, где возможны появление прижогов или недостаточная стойкость инструментов.

Карбид кремния (97-99% SiC) имеет наиболее широкую из всех абразивных материалов область применения. Высокие абразивные свойства этого материала делают его практически незаменимым для обработки таких материалов, как чугун, медь, алюминий, стекло и др. Промышленность выпускает зеленый и черный карбиды кремния. Зеленый карбид кремния имеет повышенную по сравнению с черным карбидом кремния хрупкость.

Алмазный инструмент применяют в основном для обработки твердых сплавов, керамики, полупроводниковых материалов, технических камней, стекла, а также для чистовой обработки цветных сплавов и сталей. Инструмент из КНБ (эльбора, кубонита) используют для шлифования легированных высокотвердых (> 55-65 HRC) сталей, в особенности инструментальных, быстрорежущих, жаропрочных сталей.

Необходимо учитывать химическое сродство обрабатываемого и абразивного материалов. Так, алмаз не может использоваться для интенсивного шлифования стали из-за сродства углерода и железа; электрокорунд неэффективен для шлифования титановых сплавов из-за сродства алюминия и титана.

КНБ с этой точки зрения имеет важное преимущество вследствие высокой химической инертности.

Марка абразивного материала определяет более точно его применение на различных операциях. Циркониевый электрокорунд марки 38А как наиболее прочный применяют при обдирочном шлифовании. Электрокорунд марок 91А и 92А, легированный хромом и титаном, обладает меньшей хрупкостью; его используют при черновом и получистовом шлифовании; более хрупкий белый электрокорунд марок 24А и 25А - при чистовом шлифовании. Нормальный электрокорунд марок 14А, 15А и 16А применяют при шлифовании нетермообработанных сталей, алюминиевых сплавов, бронзы, монокорунд марки 44А - для профильного шлифования деталей из закаленных легированных сталей. В ряде случаев инструмент из карбида кремния марок 63С и 64С используют для чистового шлифования с малыми припусками и суперфиниширования стальных деталей.

Зернистость является характеристикой конкретной совокупности абразивных зерен, выраженной размерами зерен основной фракции.

Зерна шлифовальных порошков из природного алмаза марок Al, А2, АЗ, А5 и А8 имеют размеры от 40 до 630 мкм; эти марки различаются процентным содержанием зерен изометричной формы (от 10 до 80%). Размеры изометрического зерна в трех взаимно перпендикулярных направлениях отличаются не более чем на 30%, поэтому оно обладает повышенной прочностью. Из шлифовальных порошков природного алмаза изготавливают инструмент на металлической связке для обработки стекла, керамики, бетона, камня, а также правящий и буровой инструменты.

Шлифовальные порошки синтетического алмаза различаются по строению зерен и, следовательно, по прочности. Шлифовальные порошки алмаза марок АС2, АС4 и АС6 содержат в основном агрегатные зерна повышенной хрупкости размером 40-250 мкм. Инструмент из этих порошков предназначен для чистового шлифования. Шлифовальные порошки алмаза марок АС15 и АС20 содержат кристаллы с коэффициентом изометричности 1,5-1,6, марок АС32, АС50, АС65 и АС80 - кристаллы с коэффициентом изометричности 1,15-1,20. Инструмент из этих порошков работает в более сложных условиях на черновых операциях отрезки, шлифования, хонингования.

Шлифовальные порошки алмаза марок АРВ1, АРК4 и АРСЗ изготавливают путем дробления синтетических ПКА, зерна которых обладают высокой прочностью. Инструмент из этих материалов используют в тяжелых условиях, под воздействием высоких нагрузок и температур: при бурении, камнеобработке, отрезке.

При доводке и полировании применяют микропорошки алмаза марок AM, АН (природный алмаз) и АСМ, АСН (синтетический алмаз); размер зерен микропорошков 1-50 мкм. При наиболее тонких операциях работают с субмикропорошками алмаза марок АМ5, АСМ5, АМ1 и АСМ1, частицы которых имеют размеры 0,1-0,7 мкм. При финишной обработке деталей из высокотвердых закаленных сталей, твердых сплавов, керамики, полупроводниковых материалов используют алмазные микропорошки.

Зернистость абразивного материала выбирают в зависимости от размера снимаемого припуска и требуемой шероховатости поверхности. Обдирочное, наиболее грубое, шлифование производят кругами зернистостью 125-250, черновое шлифование с припусками 0,5-1,0 мм - кругами зернистостью 25-50, чистовое шлифование с припусками 0,2-0,3 мм - кругами зернистостью 10-16, тонкое шлифование с припусками 0,05-0,10 мм - кругами зернистостью М28-6. Предварительное хонингование выполняют брусками зернистостью 8-12, окончательное хонингование - брусками зернистостью М14-4. Для суперфиниширования используют бруски из микропорошков зернистостью М28-М5.

В табл. 1.5 приведены значения параметра Ra, получаемые при шлифовании кругами различной зернистости. При хонинговании брусками зернистостью 4-10 Ra 0,1-0,4, при суперфинишировании брусками зернистостью М7-М14 7?б/ 0,04-0,16.

Таблица 1.5. Влияние зернистости абразивного материала на шероховатость шлифованной поверхности

Абразивный материал

Зернистость

Шероховатость поверхности Ra, мкм

Электрокорунд

25-40

0.50 1.25

Карбид кремния

10-16

М40-6

0,20-0,50 0,08-0,16

Алмаз

125/100-200/160

0.63 1.25

КНБ

50/40-100/80 4028-50/40

  • 0,16-0,32
  • 0,08-0,16

Круги из КНБ применяют в большинстве случаев зернистостью 80/63-160/125, для наиболее тонкого шлифования - зернистостью 28/20-50/40; алмазные круги используют для грубых операций - зернистостью 125/100— 250/200, для тонких операций -зернистостью 50/40-100/80.

Понятие «твердость абразивного инструмента» не имеет никакого отношения к соответствующему свойству физических тел, в том числе к твердости абразивных материалов. В практике производства и применения абразивного инструмента термин «твердость» введен как комплексный показатель характерной для этого изделия способности к самозатачиванию.

Таким образом, величина, характеризующая свойство абразивного инструмента сопротивляться нарушению сцепления между зернами и связкой при сохранении характеристик инструмента в пределах установленных норм, называется твердостью.

Шкала твердостей абразивного инструмента состоит из 8 основных степеней. Цифры 1, 2, 3 характеризуют возрастание твердости внутри одной степени.

Твердость шлифовальных кругов выбирают, исходя из следующих правил: чем выше твердость обрабатываемого материала, тем более мягким должен быть инструмент (исключение составляет шлифование цветных сплавов, сплавов на никелевой основе, коррозионно-стойкой стали, для которого используют мягкий инструмент); чем выше скорость шлифования, тем ниже должна быть твердость круга; чем меньше зернистость круга, тем ниже должна быть его твердость; для более грубых операций необходимо использовать более мягкие круги; чем больше зона контакта круга и детали, тем меньше должна быть твердость круга.

Для круглого наружного и внутреннего шлифования стальных деталей выбирают круги твердостью МЗ-С2, для плоского шлифования - круги твердостью на одну-две степени ниже. Твердость кругов из КНБ на керамической связке составляет С2-Т1. Твердость алмазных кругов на металлической связке не нормируется.

Термин «структура абразивного инструмента» имеет специфическое значение. В отличие от общепринятого понятия он не означает собственно внутреннего строения изделия. Структура - это соотношение объемов абразивного материала, связки и пор в абразивном инструменте. Номером структуры обозначается степень пористости инструмента.

Структуру шлифовального круга выбирают, исходя из следующих общих рекомендаций: для чернового шлифования - круги структур № 4-6, для полу-чистового и чистового шлифования - круги структур № 6-8, для профильного шлифования - мелкозернистые круги структур № 10-12.

В качестве связок, применяемых для закрепления зерен в абразивном инструменте, могут использоваться неорганические и органические вещества, а также их комбинации.

Основной объем абразивного инструмента выпускается на керамических (KI, К2, КЗ, К5, К7), бакелитовых (Б1, Б2, БЗ, Б9) и вулканитовых (Bl, В2, ВЗ) связках.

Керамические связки - самый распространенный в производстве абразивного инструмента вид. В их состав входит так называемое керамическое сырье: глина, полевошпатовые материалы, стекло и т. п.

Абразивный инструмент на бакелитовой связке предназначен для операций обдирочного шлифования, т. с. таких видов абразивной обработки, при которых снимается много металла в единицу времени. В качестве основы связки применяется бакелит в виде порошков (смеси новолачной смолы с уротропином) или жидкости (жидкая резольпая смола).

Вулканитовая связка - это вид резины, т. е. провулканизированная смесь каучука с серой, с ускорителями вулканизации и наполнителями, вводимыми для повышения прочности и жесткости изделий. Абразивные инструменты на вулканитовой связке, имеющие большие упругость и плотность, хорошую водоупорность, но обладающие несколько меньшими прочностью и теплостойкостью, широко применяют при отрезании и шлифовании для получения малой шероховатости поверхности.

Вид связки шлифовального круга определяется видом шлифования и требованиями к шероховатости поверхности.

Обдирочное шлифование и отрезку выполняют кругами на органических связках (бакелитовой, вулканитовой), способных выдерживать переменные нагрузки. Большинство видов шлифования производят кругами на керамических связках, более жестких и обеспечивающих требуемую точность обработки. Тонкое шлифование и полирование для получения шероховатости поверхности по параметру Ra <0,10 выполняют кругами на специальных органических связках с повышенной эластичностью.

Алмазные круги изготовляют в основном на металлических и металлокерамических связках, круги из КНБ - на керамической связке, а круги для заточки - па органической связке.

Шлифование, как правило, является окончательной операцией технологического процесса механической обработки деталей либо операцией, предшествующей доводке или полированию, при которых снимается припуск, равный 0,01-0,03 мм. Поэтому к технологии шлифования предъявляется как одно из важнейших требование обеспечения высокого качества поверхности детали, которое оценивается параметрами, характеризующими шероховатость (микрорельеф) поверхности и состояние поверхностного слоя металла [8].

Между параметрами шероховатости существуют соотношения

Rz = 5Ra; 7?max = (8-10)7ta.

Как правило, на черновых операциях шлифования Ra 0,63-2,5, на чистовых операциях Ra 0,16-0,63. Параметры шероховатости зависят от характеристики шлифовального круга: чем большая зернистость шлифовального материала (рис. 1.3), тем большие значения параметров Ra, Rz и /?тах.

Зависимость параметров шероховатости шлифованной поверхности от твердости круга сложная - каждому конкретному виду шлифования соответствует оптимальная твердость круга, при которой достигается минимальная шероховатость; с уменьшением и увеличением твердости круга шероховатость растет.

Влияние зернистости (в дюймовой системе) шлифовального круга на шероховатость шлифованной

Рис. 1.3. Влияние зернистости (в дюймовой системе) шлифовального круга на шероховатость шлифованной

Высота неровностей шлифованной поверхности во многом определяется режимами шлифования (рис. 1.4). Уменьшению величины шероховатости способствуют повышение скорости шлифования, снижение радиальной подачи (глубины) и касательной подачи (скорости заготовки при круглом шлифовании).

Эффективным средством уменьшения шероховатости является введение в рабочий цикл шлифования заключительного этапа без радиальной подачи - выхаживания, при котором толщина слоя металла, снимаемого за

Зависимость параметра шероховатости Ra шлифованной поверхности от скорости круга v (а), радиальной подачи S (б), скорости движения касательной подачи v (в), времени выхаживания / (г)

Рис. 1.4. Зависимость параметра шероховатости Ra шлифованной поверхности от скорости круга v (а), радиальной подачи Sp (б), скорости движения касательной подачи vtK (в), времени выхаживания /вых (г)

каждый ход (оборот) заготовки, снижается с уменьшением натяга (упругой деформации) системы круг - заготовка. Поэтому с увеличением времени выхаживания до некоторого предела шероховатость детали уменьшается, а затем остается постоянной.

Шероховатость зависит от состава и свойств СОТС, а также от степени ее очистки от отходов шлифования. Использование в качестве СОЖ минерального масла и эмульсии снижает шероховатость на 30-50% по сравнению с водными растворами.

Значительное влияние на шероховатость оказывает правка круга: чем большие глубина правки и осевая подача, тем большая шероховатость обработанной поверхности. При тонком шлифовании правку осуществляют с глубиной 0,01 мм и осевой подачей 0,01-0,02 мм/об.

На высоту микронеровностей, образующихся при шлифовании, существенно влияют физико-механические свойства обрабатываемых материалов. На термообработанных до высокой твердости (> 60 HRC) сталях достигается наименьшая высота неровностей; при обработке сталей пониженной твердости (45-55 HRC) и особенно нетермообработанных сталей высота неровностей увеличивается на 25-40%.

Наибольшая шероховатость получается при шлифовании мягких, высокопластичных сплавов: латуни, бронзы, алюминиевых сплавов. Такое увеличение шероховатости объясняется тем, что при микрорезании металлов низкой твердости увеличиваются глубина внедрения абразивных зерен, а также высота вытесненных навалов металла.

Состояние поверхностного слоя деталей характеризуется значением и знаком остаточных напряжений, а также микротвердостыо материала. Остаточные напряжения возникают в поверхностном слое в результате его температурных и пластических деформаций при воздействии абразивного инструмента. Температурные деформации приводят к возникновению остаточных растягивающих напряжений (+ст), пластические деформации - к возникновению остаточных сжимающих напряжений (-о). С точки зрения эксплуатационных свойств детали (износостойкости, усталостной прочности) благоприятным является образование сжимающих остаточных напряжений.

Как правило, после шлифования в поверхностном слое металла образуются растягивающие остаточные напряжения, составляющие 50-400 МПа. Чем меньше зернистость и твердость шлифовального круга, чем он более острый, тем меньше значения 4-а.

При увеличении режимов резания остаточные растягивающие напряжения растут. Выхаживание способствует уменьшению остаточных растягивающих напряжений и образованию сжимающих напряжений. На рис. 1.5 показаны характерные графики изменения остаточных напряжений по глубине поверхностного слоя металла. Толщина напряженного слоя в детали достигает более 0,1 мм.

Увеличение микротвердости вследствие образования наклепа поверхностного слоя металла связано с интенсивной пластической деформацией. При шлифовании закаленной стали вследствие нагрева поверхностного слоя до 400-600 °С может наблюдаться уменьшение микротвердости из-за изменения структуры в результате отпуска поверхностного слоя металла. Такое снижение микротвердости отрицательно влияет на эксплуатационные свойства деталей, тогда как увеличение микротвердости на 10-20% способствует повышению износостойкости поверхности.

Грубыми дефектами поверхностного слоя металла являются так называемые шлифовочные прижоги, т. е. участки с измененной структурой, а также микротрещины. Эти дефекты имеют место, если шлифование выполняют при недопустимо высоких режимах, затупившимся кругом, при недостаточной подаче СОТС. Образование прижогов и микротрещин является технологическим браком, поэтому необходимо разработать такую технологию шлифовальных операций, которая исключала бы возможность появления данных дефектов. Контролировать их образование можно с помощью металлографического микроскопа, а также применяя метод травления поверхности специальными химическими реактивами.

При низкотемпературной абразивной обработке (доводке, отделочных операциях) в поверхностном слое, как правило, образуются сжимающие остаточные

Распределение остаточных напряжений в поверхностном слое технически чистого железа после наружного круглого шлифования

Рис. 1.5. Распределение остаточных напряжений в поверхностном слое технически чистого железа после наружного круглого шлифования: а -1 = 0,005 мм; б -1 = 0,025 мм; в -1 = 0,05 мм;

1 - обычное шлифование; 2 - скоростное шлифование напряжения (о = -(200-600) МПа) с глубиной напряженного слоя 15-30 мкм. Величина микротвердости поверхностного слоя после такой обработки повышается. Поэтому низкотемпературную абразивную обработку следует использовать при изготовлении наиболее ответственных деталей, работающих в узлах машин в условиях трения качения и скольжения, высоких усталостных и контактных нагрузок.

Зернистость режущей поверхности шлифовальных инструментов следует назначать с учетом требуемых шероховатости и технологических параметров процесса. Определенному размеру алмазных зерен соответствует значение стабильной шероховатости поверхности.

Кинематика процесса планетарной обработки оказывает существенное влияние на качество обработанной поверхности, интенсивность съема материала и износа инструмента. Чем выше абсолютные значения скоростей водила и шпинделя при соблюдении оптимального соотношения между ними, тем эффективнее идет процесс шлифования: больше съем материала, быстрее происходит сглаживание микрорельефа. Поэтому рекомендуется максимальная с учетом технических возможностей имеющегося оборудования скорость углового вращения водила.

Рекомендуемые величины удельного давления на обрабатываемую поверхность значительно зависят от физико-механических характеристик обрабатываемого материала. При обработке уплотнительных поверхностей, имеющих твердость менее 35 HRC, осевую нагрузку можно уменьшить до 0,1-0,2 МПа.

В ряде случаев финишную обработку следует осуществлять с переменным давлением. При работе по исходной шероховатости в пределах 0,63-1,25 вначале снижают давление, после удаления шероховатости повышают его значение, а затем вновь снижают на этапе трения полирования.

Практика показывает, что циклы финишной обработки следует проводить как с постоянной, так и с изменяющейся величиной давления. В начале операции работают с давлением порядка 5 МПа, обеспечивающим интенсивный съем материала, а по окончании цикла уменьшают давление до 1,5-2,0 МПа для достижения необходимой шероховатости и поддержания высокой производительности обработки.

Поэтому для финишной обработки рекомендуется использовать оборудование, обеспечивающее бесступенчатое регулирование как скорости вращения шпинделя, так и осевого нагружения для осуществления технологических циклов обработки прецизионных уплотнительных поверхностей с высокими требованиями по плоскостности и шероховатости.

В ряде случаев, когда методы лезвийной и абразивной обработок не обеспечивают получения требуемых показателей по точности или по параметрам состояния поверхностного слоя, или при необходимости финишной обработки сложнопрофильных изделий из специфических материалов с особыми свойствами, она выполняется с использованием физико-технических методов [1, 2].

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >