книги из ГПНТБ / Ящерицын, П. И. Шлифование с подачей СОЖ через поры круга

«1. Так как количество вытекаемой жидкости в каж­ дой части круга зависит от расположения пор в данной части, а расположение пор в теле круга носит случайный характер, имеет место неравномерность охлаждения.

2.В связи с тем что жидкость вытекает на торцовую

поверхность, в середине круга се выделяется больше,

Рис. 9. Планшайба для равномерной подачи СОЖ через поры круга: 1 — торцовая полость; 2 — ка­ налы в круге [57]

чем по краям у кромок. Вследствие этого фактически в то место, где происходит наиболее интенсивный съем металла, поступает меньше охлаждающей жидкости.

3. Поскольку круг, работая в данном случае как фильтр, удерживает в себе механические примеси, поры засоряются и эффективность охлаждения снижается, не­

обходима очень тщательная очистка охлаждающей жидкости.

20

4. В результате случайного характера расположения пор в теле круга охлаждающая жидкость, заполняя их, создает дисбаланс круга».

Взаключение подчеркивается необходимость тща­ тельной экспериментальной проверки и глубоких иссле­ дований этого перспективного метода охлаждения.

В1964 г. была опубликована работа Ф. Ю. Сакулевича [61], в которой дано описание планшайбы для под­ вода СОЖ в полость круга на

станке мод. ЗБ161 [44]. Проведе­ ны сравнительные исследования на термообработанных и нетермообработанных деталях при охла­ ждении через поры круга маслом

исодовым раствором, извне — содовым раствором и при сме­ шанном (бинарном) методе охла­ ждения. Установлено улучшение чистоты шлифованных поверхно­ стей, повышение стойкости круга

иудельной производительности

процесса шлифования при бинар­ ном методе охлаждения. Отмеча-

Рис. 10. Лаковое покрытие (1) торцов круга для предотвращения утечек СОЖ

[58]

ется, что при охлаждении через поры круга маслом в зо­ не резания образуется дым, деталь значительно нагрева­ ется, а круг засаливается.

В 1966 г. были опубликованы еще некоторые вариан­ ты использования охлаждения через поры круга. Двусторонний обдирочно-шлифовальный станок фирмы «Сиба Кико» снабжен устройством для подачи СОЖ через поры [62], в котором имеется турбинное устройст­ во для повышения давления СОЖ в полости круга, позволяющее успешно шлифовать тонкие лезвия, детали из керамики и пластмассы.

21

В работе [63] отмечается уменьшение тангенциаль­ ной силы и коэффициента трения примерно на 1/3 при шлифовании с охлаждением через поры круга и повыше­ ние точности и чистоты шлифованных изделий.

Л. В. Худобиным [64, 65] описываются испытания бакелитовых шлифовальных кругов с искусственными радиальными каналами для подвода СОЖ, при этом отмечается уменьшение размерного износа на 15—35%.

Опыт использования метода охлаждения через поры круга при шлифовании кулачковых шайб на копироваль­ но-шлифовальном станке фирмы «Рейнекер» на заводе «■Русский дизель» описан в работе [66]. Отмечается существенное снижение глубины изменения микроструктурных превращений в поверхностном слое при подаче содового раствора извне и одновременно веретенного масла через поры круга, уменьшение на один класс шероховатости шлифованных по копиру криволинейных поверхностей кулачковых шайб, снижение износа круга и сокращение количества правок.

Приведенный краткий обзор литературных данных позволяет осуществить исследование и анализ современ­ ного состояния изучения процесса шлифования при охлаждении через поры круга, вскрыть преимущества и недостатки этого метода, отметить неизученные вопросы и наметить программу дальнейших исследований.

2. Анализ литературных данных по исследованию процесса шлифования

при охлаждении через поры круга

Необходимо отметить, что ряд весьма важных вопро­ сов, имеющих решающее значение в процессе шлифова­ ния с охлаждением через поры круга, исследователями не изучен совершенно, а другие вопросы изучены недо­ статочно и носят дискуссионный характер.

Совершенно неизученными являются статика и кине­ матика протекания СОЖ через пористые шлифовальные круги, сопутствующие им явления электрического, гидро­ динамического, термического и химического характера, тепловые явления при шлифовании с охлаждением через поры круга. Об эффективности этого способа охлажде­ ния судят по всевозможным косвенным показателям.

22

Спорным является вопрос о влиянии СОЖ, протека­ ющей через поры круга, на его сбалансированность, а следовательно, и на виброустойчивость станка. В ряде работ [1—6, 9—22, 25—34, 37—40, 43—44, 47—57, 59, 61—63, 67—73] этому вопросу совершенно не уделено внимания. В работах Г. В. Бокучавы [23, 24, 74] указы­ вается на необходимость балансировки крута на ходу станка после пуска СОЖ через его поры, для чего предлагается использовать разработанное ЭНИМСом устройство [75]. В работе [35], как уже отмечалось, указывается на отсутствие нарушения сбалансированно­ сти круга с пуском СОЖ через поры и только обращает­ ся внимание на порядок пуска и останова станка при данном методе шлифования.

К аналогичному выводу пришел Пусзет [42], пропу­ ская СОЖ через поры круга с расходом от 0 до

12с м 3/м и н .

Вто же время в работе [60] одним из недостатков охлаждения через поры круга отмечается возможность

появления дисбаланса круга с пуском СОЖ через его поры. Более того, именно эта причина не позволила внедрить метод охлаждения на круглошлифовальном станке на Ленинградском станкостроительном заводе им. Свердлова [7, 8], но тогда же он был с успехом при­ менен на операции внутреннего шлифования.

Аналогично рассматривался исследователями и во­ прос о вытекании СОЖ через нерабочие поверхности круга. Большинство из них [1, 2, 4—21, 25—35, 37, 38, 40, 41, 43, 44, 46—57, 59, 61—63, 67—73, 76, 77] не отме­ чают наличия этого явления и вообще не касаются этого вопроса, а в работах [3—5] утверждается отсутствие вытекания СОЖ через нерабочие (торцовые) поверхно­ сти круга. В работе [4] отмечается: «В настоящее время изменилось существовавшее ранее мнение о необходи­ мости предотвращения утечки охлаждающей жидкости через торцовые поверхности круга, поскольку вся жид­ кость отбрасывается центробежной силой к периферии круга».

Г. В. Бокучава [36] исследовал равномерность про­ хода жидкости по образующей шлифовального круга и установил, что из участков периферии круга, прилежа­ щих к его торцам, вытекает значительно меньше жидко­ сти, чем в средней части. Объясняет это Г. В. Бокучава

23

ГЛАВА II

ФИЛЬТРАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ШЛИФОВАЛЬНЫХ к р у г о в

ПРИ ПОДАЧЕ СОЖ ЧЕРЕЗ ИХ ПОРЫ

1. Структура и свойства пористых шлифовальных кругов

Под структурой шлифовальных кругов понимается их строение, характеризуемое количественным соотношени­ ем абразивных зерен, связки и пор, которое выражается равенством [78, 79]

рат спекшихся при обжиге абразивных зерен и связки, между которыми находятся различные по форме и раз­ меру поры. Сочетание зерен, связки и пор определяет структуру черепка.

Соотношение абразивного зерна, связки и пор в обожженном абразивном инструменте в зависимости от

.номера структуры и твердости инструмента, изготовлен­ ного из зерна электрокорунда и плавящейся связки не­ которого состава при обжиге изделия (t= 1280—1300 °С), приведено в табл. 17 [79].

Из табл. 17 видно, что объемная пористость с измене­ нием твердости на одну степень меняется на 1,5 об.%. На такое же количество объемных процентов для данной структуры изменяется и связка с изменением твердости. При переходе от одной структуры к другой объем зерна изменяется на 2 об.% Для одной и той же твердости и объема пор.

Приведенные в табл. 17 численные значения Ѵ3, Ѵс и Ѵп характеризуют собой геометрическое строение череп-

25

ка инструмента, а верхняя горизонтальная графа, в ко­ торой даны степени твердостей, — его физические свой­ ства, которые, кроме того, зависят от рода связки и каче­ ства выполнения операций, влияющих на твердость инструмента (например, обжиг).

При прочих равных условиях величина изменения объемной пористости с изменением твердости на одну степень несколько выше у мелкозернистых кругов по сравнению с крупнозернистыми. Указанное обстоятельст­ во объясняется тем, что для достижения одинаковых твердостей мелкозернистые круги требуют введения в

формовочные массы больше связки. Это в свою очередь объясняется увеличенным количеством зерен в единице объема и соответственно увеличенной поверхностью, увеличенным числом контактов.

Из табл. 17 [79] видно, что объем пор не зависит от номера структуры. Однако величина пор существенно зависит от номера структуры, и все круги делятся на за­ крытые (плотные), т. е. круги со структурой № 1—4; средние — № 5—8 и открытые — № 9—12.

В последнее время абразивной промышленностью освоено производство высокопористых шлифовальных кругов со структурой № 13—18 и общей объемной пори­ стостью 35—70%. Величина пор в них достигает 2—3 мм. Высокопористые шлифовальные круги производятся преимущественно на керамической связке и делятся на две группы:

1)высокопористые с мелкими порами, величина которых меньше абразивного зерна;

2)крупнопористые с величиной поры значительно большей, чем абразивное зерно.

Все шлифовальные круги, исходя из возможности их использования при шлифовании с охлаждением через поры круга, можно подразделить на непригодные и при­ годные для этого метода.

К первым относятся круги:

а) на неорганической магнезиальной связке, которые гигроскопичны и при пропускании СОЖ через поры теряют свою прочность и разрушаются;

б) на неорганической силикатовой связке, которые при пропускании СОЖ через поры размягчаются;

в) на органической бакелитовой связке, которые имеют недостаточную устойчивость против действия

26

СОЖ (особенно СОЖ, содержащей щелочи) и снижают свою твердость при пропускании СОЖ через поры;

г) на вулканитовой связке, полученные вальцевани­ ем, которые имеют весьма плотную структуру (общая объемная пористость их менее 20%) и практически не пропускают СОЖ через поры.

Ко вторым относятся круги:

а) на керамической связке, которые характеризуются высокой водоупорностью, температурной и химической стойкостью, и как показали исследования С. А. Майоро­ ва [25], при длительном пропускании СОЖ через поры круга не происходит никаких изменений в его черепке;

б) на вулканитовой связке, полученные прессова­ нием, при котором имеется возможность регулировать плотность и структуру.

В зависимости от уровня изучения структуру шлифо­ вальных кругов можно разделить на четыре основные группы.

К первой группе относится макростроение шлифо­ вального круга, которое определяет круг в целом и характеризуется зональностью, трещиноватостью, разме­ рами и формой. Макростроение шлифовальных кругов изучается при увеличении до 6 раз.

Микроскопическую картину, в которой видны абра­ зивные зерна (крупнозернистая составляющая исходной шихты), связка (тонкомолотая часть шихты) и поры между ними, можно назвать структурой первого поряд­ ка. Для характеристики строения, обусловленного взаи­ моотношением абразивных зерен, связки и пор в поле зрения микроскопа, достаточно иметь около 15—10 зе­ рен. Это достигается при исследовании шлифовальных кругов с увеличением в 25—100 раз (в зависимости от зернистости круга).

Структура первого порядка характеризуется следу­ ющими показателями: величиной и формой абразивных зерен и пор, их количественным соотношением и взаим­ ным расположением.

Иногда макро- и микроструктура имеют преимущест­ венную направленность; аналогичные ориентированные структуры в металлографии принято называть текстура­ ми. Исследование текстуры шлифовальных кругов необ­ ходимо связывать с направлением прессования и темпе­ ратурного градиента при обжиге.

27

Следующими характеристиками микроструктуры бу­ дут показатели внутреннего строения — отдельно абразивных зерен и связки, что соответствует увеличе­ нию в 400—700 раз. Совокупность особенностей строения шлифовальных кругов, обусловленная внутренним ми­ кростроением абразивных зерен, связки и пор, представ­ ляет структуру второго порядка.

Структура второго порядка характеризуется следу­ ющими показателями: распределением кристаллов и жидкой фазы в абразивном зерне относительно друг друга, формой и размерами кристаллов, расположением микропор внутри зерен, характером кривизны граней кристаллов и пор, типом диффузионной пористости и др. Для выявления структуры второго порядка целесообраз­ но применение люминесцентной дефектоскопии.

Совокупности деталей внутреннего строения кристал­ лов и аморфной фазы рационально рассматривать как строение третьего порядка (субмикроструктура). Выяв­ ление внутреннего строения непосредственно самих кри­ сталлов абразивных зерен и выделений стекловидного вещества на границах кристаллов осуществляется при больших увеличениях микроскопа (в 500—1000 раз). Основные показатели структуры третьего порядка следу­ ющие: внутренние закрытые поры абразивных зерен, трещины спайности и произвольной ориентировки, ми­ кронеоднородности стекловидной фазы, заполняющей межкристаллические пространства в крупных агрегат­ ных зернах, и другие дефекты внутреннего строения кристаллов.

Из всего многообразия характеристик структуры керамических шлифовальных кругов наиболее важное значение имеют показатели пористости, т. е. показатели структуры первого порядка. Поры служат источником ценной информации о многих свойствах шлифовальных кругов. Они информируют о химическом (термодинами­ ческом) потенциале, пропускной способности СОЖ через шлифовальный круг, в определенной степени о режущей способности круга и др. Поэтому дальнейшее изучение структуры шлифовальных кругов нами ограничено исследованием только структуры первого порядка, кото­ рую в дальнейшем будем называть просто пористостью.

28

2. Классификация пор

Размеры пор шлифовальных кругов могут быть весь­ ма разнообразными. Но, несмотря на это, некоторую классификацию их по размерам провести можно. Если исходить из поведения СОЖ внутри пористого шлифо­ вального круга, то поры по их размерам можно подраз­ делить на три основные группы. В самых маленьких порах силы молекулярного взаимодействия между СОЖ и твердыми стенками очень велики. Эти мельчайшие поры можно назвать молекулярными (субкапиллярны­ ми) порами. Молекулярные поры имеются в любом шли­ фовальном круге, изготовленном на любой связке, и образуются вследствие неплотного прилегания абразив­ ных зерен. Оставшиеся при этом не заполненными связ­ кой поры по своим размерам значительно меньше абра­ зивных зерен. Второй причиной образования молекуляр­ ных пор в кругах на керамической связке может быть выгорание мельчайших пылевидных частиц порообразующего материала.

Всубкапиллярных порах действие молекулярного притяжения стенок простирается до их центра, вследст­ вие чего жидкость, заполняющая поры, находится под влиянием этого притяжеиня и при перепадах давления, развиваемого центробежным полем вращающегося кру­ га, перемещаться не может.

По Ван-Хайзу, максимальный поперечный размер субкапиллярных пор равен 0,2 мкм для трубкообразных пор и 0,1 мкм для щелевых. Исходной величиной для этих размеров явилось расстояние, на котором сказыва­ ется влияние молекулярных сил, найденное для различ­ ных веществ равным приблизительно 0,05 мкм.

Всамых больших пустотах движение СОЖ лишь частично определяется ее взаимодействием со стенками; такие пустоты можно назвать кавернами, или рако­ винами.

Кобразованию каверн приводит некачественное при­ готовление декстрина (клеящего вещества) и всей абра­ зивной массы. При использовании раствора декстрина, содержащего сгустки, или комковатого крахмалистого декстрина вследствие выгорания в процессе обжига указанных сгустков и комков образуются большие пусто­ ты — раковины.

29