книги из ГПНТБ / Сагарда А.А. Алмазно-абразивная обработка деталей машин

A .A .Carapga, .И.Х.Чеповецкиц, Л.Л.Мишңаевскцй

АЛМАЗНО

АБРАЗИВНАЯ

ОБРАБОТКА

ДЕТАЛЕЙ

МАШИН

у" Ч

6П4.67

С13

УДК 621.921.34 Алмазно-абразивная обработка деталей машин. С а ­

алмазно-абразивной обработки детален машин: шлифовании, хонинговании, суперфинишировании и полировании. Приведены данные исследования процесса мнкрорезания алмазным зерном. Показано влияние алмазной обработки на качество поверхнос­ ти деталей и их износостойкость. Даны рекоменда­ ции по выбору характеристики инструмента, ре­ жимов обработки, областей рационального примене­ ния алмазно-абразивной обработки, разработанные на основе анализа основных закономерностей процес­ сов. Рассмотрены конкретные примеры практическо­ го применения алмазной обработки деталей машин и полученный при этом экономический эффект. Пред­ назначена для инженерно-технических работников машиностроительной и металлообрабатывающей промышленности.

Табл. 35, илл. 56, библ. 29.

Рецензент докт. техн. наук Г. А. Прейс

Редакция литературы по машиностроению и тран­ спорту Заведующий редакцией инж. М. А. Василенко

У L(' Z r f t ä

Издательство «Техніка», 1974 г.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Значительное повышение производительности труда в промышленности, повышение технического уровня, качест­ ва и долговечности машиностроительной продукции связа­ но с разработкой новых, более прогрессивных способов об­ работки. Одним из таких способов является алмазно-абра­ зивная обработка.

Новым толчком в развитии абразивной обработки яви­ лось широкое использование в качестве абразива алмазных зерен. Несмотря на то, что возможности применения алма­ за как абразивного материала были известны еще в первом веке нашей эры, высокая стоимость и дефицитность сдер­ живали их широкое применение. Только во второй полови­ не XX века благодаря значительному расширению добычи природных и освоению промышленного метода получения

В СССР алмазы также широко применяют в различных отраслях промышленности. Если в капиталистическом мире потребление алмазов за период с 1962 по 1967 годы возрос­ ло в 1,4 раза, то в СССР за тот же период оно увеличилось более чем в 17 раз. При этом доля синтетических алмазов в общем балансе потребления технических алмазов в СССР

с 1962 по 1967 гг. увеличилась с 8% до 83%, за период с 1966 до 1971 гг. их производство увеличилось в 5,2 раза. В шестидесятых годах текущего столетия был создан еще один сверхтвердый материал — кубический нитрид бора, на­ зываемый в зависимости от технологии производства кубонитом, эльбором или боразоном. Кубический нитрид бора как вещество в природе не известен. Он создан в процессе

3

ФИЗИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ ПРИ АЛМАЗНОЙ ОБРАБОТКЕ

МЕТАЛЛОВ

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Режущие зерна абразивного инструмента в процессе ра­ боты подвергаются двум видам износа — хрупкому и пла­ стическому. Характеристикой хрупкой прочности материа­ ла является его предел прочности при растяжении, а пла­ стической прочности — твердость. Режущий материал пре­ терпевает значительные изменения под влиянием нагрева, степень которого зависит от выбранного метода и режима работы абразива. Наряду с этим абразивные зерна должны обладать износостойкостью, которая обеспечивала бы ста­ бильную точность и производительность в процессе обра­ ботки.

Многочисленные исследования характера износа режу­ щих зерен абразивного инструмента, проведенные как в

СССР, так и за рубежом, показали, что их разрушение про­ исходит в результате процессов адгезии и диффузии в зоне контакта, а также в результате механического воздействия, при котором появляются сколы, происходит пластическое течение и усталостное разрушение.

При анализе кривых температурных зависимостей уста­ новлено, что алмаз обладает высокой пластической проч­ ностью даже при нагреве до 800—900°, и только при обра­ ботке тугоплавких металлов возможно его пластическое разрушение. Высокую пластическую прочность имеет так­ же и кубический нитрид бора.

Алмаз имеет высокий модуль упругости, благодаря че­ му острота режущей кромки сохраняется при резании да­ же очень прочных материалов.

Теплопроводность алмаза значительно превышает теп­ лопроводность всех известных абразивов, что способствует интенсивному отводу тепла из зоны резания и, соответствен­ но, снижению температуры в зоне контакта.

Недостатком алмаза как абразивного материала являет­ ся его низкая теплостойкость. При нагреве до температуры

5

600—800° С алмаз в присутствии кислорода окисляет­ ся, а в вакууме постепенно превращается в графит.

Кубический нитрид бора имеет более высокую тепло­ стойкость, поэтому его можно использовать при более вы­ соких температурах в зоне резания.

Для наиболее полного использования уникальных свойств синтетических алмазов Комитетом стандартов, мер и измерительных приборов при Совете Министров СССР

утвержден ГОСТ 9206—70 «Порошки алмазные», в котором указаны марки алмазных порошков, их зернистость, тре­ бования к ним и методы контроля.

ЗАКОНОМЕРНОСТИ МИКРОРЕЗАНИЯ ЕДИНИЧНЫМ АЛМ АЗНЫ М ЗЕРНОМ

Ввиду сложности комплексного исследования работы абразивного инструмента необходимо определить закономер­ ности микрорезания (царапания) единичным зерном.

При контактировании твердых тел, как показал И. В. Крагельский, может происходить упругое оттеснение материала; схватывание пленок, покрывающих поверхнос­ ти твердых тел; срез; пластическое оттеснение материала;

Е. Н. Масловым [9], показано, что при абразивной обработ­ ке происходит срез и сопутствующее ему пластическое от­ теснение металла. В работах Н. И. Богомолова [4] в качест­ ве характеристики количества металла, перешедшего в стружку, введен, коэффициент стружкообразования (Кс), равный отношению объема металла, удаленного в стружку, к общему объему царапины. Значение Кс колеблется от 0 до 1 в зависимости от формы зерна и величины его внедре­ ния в металл, от прочности обрабатываемого металла и ско­ рости резания.

Для анализа работы единичного зерна абразивного ин­ струмента необходимо знать напряжения, развивающиеся, при этом.

Напряжения, развивающиеся на режущей части зерна,

6

тываемую поверхность, а под действием усилия Pz происхо­ дит срез металла.

Для упрощения задачи принимаем, что режущие участ­ ки алмазного зерна имеют форму конусов с различными углами заострения.

При вдавливании конуса (рис. 1) на поверхности контак­ та конуса с образцом действуют нормальные и тангенциаль­ ные напряжения. Проекция на ось У элементарного нор­

Проекция на ту же ось ка­ сательного напряжения, дей­ ствующего на элементарную площадку, при условии, что сила трения подчиняется за­ кону Амонтона — Кулона,

где f — коэффициент трения. Тогда

При этом сделано допущение, что величина контактного на­ пряжения (сгк) сохраняет постоянное значение на всех уча­ стках площади контакта до уровня первоначальной поверх­ ности вдавливания.

Для определения глубины вдавливания конуса по при­ веденной формуле необходимо установить зависимость зна­ чения ак от угла заострения и механических свойств об­ разца, а также определить значение коэффициента тре­ ния. Для этого были проведены соответствующие исследо­ вания.

7

При скольжении конусов по пластинкам, изготовленным из меди, различных сортов мягкой стали, свинца, по поли­ рованным поверхностям закаленных стальных пластинок и по пластинкам из твердого сплава Т15К6 коэффициент трения, независимо от сжимающего усилия, изменял­ ся в пределах 0,276—0,320, т. е. среднее его значение со­ ставляло 0,3. При этом загрязнение и смазка минеральны­ ми маслами не оказывали заметного влияния на его зна­ чение.

Полученные выводы справедливы, если шероховатость пластинки V H — V12. С повышением шероховатости зна­ чение коэффициента трения возрастает.

Для определения зависимости ок от механических свойств материала' образца и угла заострения конусов бы­ ло изготовлено специальное приспособление и проведено несколько серий опытов по вдавливанию конусов с угла­ ми при вершине 60°, 90°, 120°, 150° в образцы из стали У8, быстрорежущей стали Р8 и твердого сплава Т15К6.

В табл. 1 для каждого конуса приведены среднеарифме­ тические значения сгк и отношения стк к НВ.

Результаты опытов показали, что величина ак не зави­ сит от угла заострения конуса, а находится в прямой за­ висимости от показателя твердости по Бринелю. При этом отношение aJHB для всех испытанных металлов изменя­ лось от 1,17 до 1,32 и имело среднее значение 1,23.

После подстановки найденных значений f и ак формула для определения глубины вдавливания твердого конуса принимает вид

значительно больше радиуса округления вершины. При ма­ лых нагрузках и больших округлениях величина расхожде­ ния возрастает.

Для проверки возможности распространения получен­ ных выводов на другие формы зерен была проведена серия опытов по вдавливанию правильных трех-, четырех- и шести­ гранных пирамид с углами наклона плоскостей граней к осевой линии 30, 45, 60°.

8

Таблица t

Зависимость величины контактного напряжения и отношения его к твердости от угла заострения конуса при микрорезании различных материалов

&