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

приятий станкостроительной промышленности ■применяютпри шлифовании круги из кубического нитрида бора (кубонита, эльбора). Например, круги из кубонита применяют при шлифовании плоских направляющих карусельных станков длиной до 3000 мм и шириной 35—ПО мм, изготов­ ленных из серого чугуна СЧ 28-48. Раньше окончательноешлифование этих деталей выполнялось кругами ЧК 150зернистостью Э40 и Э25 на керамической связке. При этом достигалась чистота поверхности —SJ7. По новой тех­ нологии направляющие обрабатывают кругами из кубони­ та диаметром 150 и 200 мм, зернистостью 80/63—100/80, без охлаждения. При этом обеспечивается получение чисто­ ты поверхности \78. Такими кругами шлифуют станины из чугуна СЧ 28-49, закаленного т. в. ч. до твердости HRC 45—50. Наибольшая длина обрабатываемой поверхности 1800 мм и ширина 40 мм. Согласно требованиям чертежа,, отклонение от прямолинейности деталей не должно превы­ шать 0,015 мм на 1000 мм при чистоте обрабатываемой по­ верхности \/8. Шлифование выполняют кругами ЧК 150 X

ход кубонита составляет менее 1 мг/г. В результате приме­

зубчатых колес на станках модели 5851 и фирмы МААГ.. При обработке обычными абразивными кругами возникают высокие температуры и усилия резания, вследствие чегопроисходят структурные изменения в поверхностных слоях зубьев, что приводит к значительному снижению уста­ лостной и контактной прочности металла и нередко является, причиной разрушения зубчатых колес. Поэтому при шлифо­ вании абразивными кругами высокое качество повер­ хностного слоя зубьев может быть достигнуто только при малой производительности шлифования.

Шлифование зубчатых колес производится тарельча­ тыми кругами из кубонита диаметром 225 мм с неметалли­ ческим покрытием зернистостью 125/100 и 160/125 на орга­ нической связке Б8. Обрабатываются зубчатые колеса из цементированных и закаленных до твердости HRC 58—64 сталей 12ХНЗА, 18Х2Н4ВА и 14ХГСНГМА. Режимы шли­ фования за исключением глубины резания сохраняются такими же, как при абразивном шлифовании. При пред­

41

верительных проходах глубина шлифования составляет 0,05—0,10 мм, а при окончательных — 0,01—0,02 мм.

Испытания показали высокую режущую способность кругов из кубонита. Прижогов на зубьях, обработанных с различной глубиной шлифования, не обнаружено, в то вре­ мя как при шлифовании абразивными кругами на боросо­ держащей связке прижоги возникают уже при глубине 0,05 мм. Чистота обработанной поверхности зубьев соот­ ветствовала 7—8-му классу. Благодаря высокой размерной стойкости кругов из кубонита зубошлифование можно про­ изводить с отключенными механизмами автоматической компенсации износа кругов. Точность обработанных шесте­ рен при этом соответствует 3—5-й степени точности в зави­ симости от режимов шлифования.

В процессе зубошлифования круги из кубонита имеют стабильную режущую способность, правка кругов требует­ ся только при установке круга на станок и в некоторых слу­ чаях перед последними проходами для образования узкой рабочей поверхности.

Установлено, что при шлифовании кругами из кубони­ та производительность зубошлифования увеличивается в среднем в 1,5 раза по сравнению со шлифованием абра­ зивными кругами.

Стойкость комплекта из двух кругов, выраженная ко­ личеством обработанных зубчатых колес, определяется по формуле

4 • 104fe

(14)

mbAzqtf ’

где k — количество кубонита в комплекте кругов, караты; т — модуль зубчатого колеса, мм; b — ширина зубчато­ го колеса, мм; z — число зубьев; А — припуск под шлифо­

ливаются с широким абразивным слоем (3—5 мм), т. е. значительно большим, чем рабочая часть кругов (при шли­ фовании нулевым методом круги работают узкой кромкой). Это вызвано тем, что узкий слой невозможно достаточно прочно закрепить на металлическом корпусе. При наличии широкого абразивного слоя не всегда обеспечивается мак­ симально возможная точность зубьев из-за подрезания го­ ловки зуба при обкатке внутренней частью такого слоя.

42

Для избежания этого предложена новая конструкция кру­ гов из кубонита для зубошлифования (рис. 14). Круг име­ ет тарельчатый алюминиевый корпус 4. На корпусе закреп­ лен рабочий слой кубонита 2 и дополнительный слой 3 из

та шлифование кругами из кубонита весь­ ма эффективно, так как затраты на заработную плату и коли­

чество дорогостоящих зубошлифовальных станков в этом случае ниже, чем при шлифовании другими абразивными кругами. В результате внедрения кругов из кубонита толь­ ко при обработке одного типоразмера зубчатых колес сэко­ номлено 15,8 тыс. руб.

КРУГЛОЕ ШЛИФОВАНИЕ ЧАШЕЧНЫМИ КРУГАМИ

Одним из новых технологических процессов обработки цилиндрических деталей является круглое шлифование ча­ шечными алмазными кругами.

В результате проведенных ранее опытов по круглому шлифованию чашечными абразивными кругами установле­ но, что при этом улучшаются условия резания и уменьшаются

43

вибрации в зоне шлифования. Шлифование торцем абразив­ ного круга не рационально из-за малой размерной стойкос­ ти абразивных кругов. При использовании для этих це­ лей алмазных кругов, обладающих высокой износостой­ костью и стабильной режущей способностью, этотметод можно

с успехом применить в про­ мышленности.

Для возможности выбо­ ра оптимальных постоян­ ных нагрузок на алмазные зерна и компенсации изно­ са алмазного круга выбра­ на упругая схема шлифова­ ния, при которой можно снизить колебания усилий в процессе шлифования и тем самым уменьшить износ инструментов и шерохова­ тость обработанной поверх­

ности. Кроме того, при помощи звена малой жесткости (на­ пример, пружины) можно снизить вибрации в зоне резания.

Для круглого шлифования чашечными кругами с по­ стоянной силой прижатия круга к детали разработана прин­

представлен на рис. 15. При­ способление состоит из шлифовальной головки 2 универсаль­

но-заточного станка модели ЗА64М с установленным на ней электродвигателем 1, от которого с помощью клиноременной передачи 5 вращение передается на шпиндель головки со специальной оправкой 3, на которой установлен алмаз­ ный круг 4. Оправка (рис. 16) состоит из корпуса 1, пружины 2 и стакана 3, который может скользить по корпусу вдоль его оси. Стакан фиксируется в корпусе с помощью паль-

44

ш 4. Пружина рассчитана на давление от 5 до 15 кГ. Бие­ ние торца круга, установленного на оправке, не должно пре­ вышать 0,01 мм.

Конструктивно создать упругую схему шлифования ча­ шечным кругом значительно проще, чем кругом прямого профиля. При поджатии круга прямого профиля необхо-

Рис. 17. Схемы расположения круга относительно детали при круглом шлифовании торцом круга.

фовании чашечными кругами, когда оси вращения круга и из­ делия пересекаются, основные зависимости работоспособнос­ ти кругов от их характеристики и режимов резания анало­ гичны зависимостям, которые имеют место при обычном круглом шлифовании периферией круга. Чистота обработан­ ной поверхности повышается при уменьшении зернистости и концентрации кругов, снижении режимов шлифования и по­ вышении ширины алмазоносного слоя.

Шлифование цилиндрических поверхностей чашечными кругами при упругой схеме может быть эффективно приме­ нено для окончательного шлифования цилиндрических деталей до 9—11-го класса чистоты поверхности. По-видимо­ му, применение для круглого шлифования крупнозерни­ стых алмазных чашечных кругов при жестком закрепле­ нии круга позволит разработать новые специальные более компактные станки, а также шире применить метод круг­ лого глубинного шлифования.

Авторами были проведены специальные исследования по шлифованию цилиндрических деталей чашечными алмазны­

45

ми кругами при различном положении круга относительно обрабатываемой детали.

В этом случае существенное значение имеет кинемати­ ка движения абразивных зерен при перемещении зоны ре­ зания от положения, когда оси вращения круга и детали пересекаются, к периферии круга (от положения / до поло­ жения II на рис. 17).

Принимаем скорость вращения детали (удет) и продоль­ ную подачу ( 5 пРод) равными нулю. Форма риски (царапи­ ны) от единичного зерна, расположенного на расстоянии г от центра круга, зависит от величины /г.

При /г = 0 длина пути контакта зерна с обрабатываемой поверхностью (/) может быть определена по формуле

Длины рисок (царапин) при изменении h от 0 до 60 мм

В зависимости от расположения круга относительно из­ делия на обработанной поверхности можно получить риски, направленные под любым углом: от направления, перпенди­ кулярного образующей цилиндра детали, до направления, параллельного ей. В процессе обработки можно получить также и так называемую сетку, характерную для суперфи­ ниширования.

Необходимое направление рисок можно выбрать по вы­ ражению

где а — угол между направлением рисок и образующей ци­ линдра; г — радиус шлифовального круга.

При изменении Л от 0 до г угол а соответственно меня­ ется от 90° до 0.

46

Особенностью шлифования краем торца круга является сложное движение абразивных зерен по обрабатываемой по­ верхности. При таком движении меньшее количество абра­ зивных зерен попадает в уже прорезанные канавки, увели­ чивается количество зерен, выполняющих полезную работу по обработке поверхности детали. Зерна, находящиеся на периферии круга, наносят риски под некоторым углом к образующей цилиндра детали, а зерна, расположенные на радиусе, равном расстоянию по вертикали между осями вра­ щения круга и детали, наносят риски, касательными к ко­ торым являются образующие цилиндра детали.

Угол, под которым зерна пересекают образующую ци­ линдра детали при h — 60 мм, будет максимальным для зе­ рен, находящихся на радиусе г — 62,5 мм (для кругов диаметром 125 мм):

(tg a)max = 0,29; c w = 16° 16'.

Наименьший угол будет для зерен, находящихся на ра­ диусе, равном h. В этом случае a min = 0.

От положения детали относительно круга зависит так­ же площадь контакта круга с деталью. С увеличением пло­ щади контакта пропорционально повышается количество абразивных зерен, участвующих в формировании обрабаты­ ваемой поверхности, уменьшается нагрузка на единичные

h — 0 составляет 8,9 мм2, для h — 60 мм — 30,9 мм2. Та­ ким образом, в случае приближения зоны резания к пери­ ферии круга увеличивается площадь контакта круга с об­ рабатываемой поверхностью, повышается длина рисок, на­ носимых абразивными зернами, образуется на детали так называемая сетка, т. е. траектории движения зерен по де­ тали пересекаются.

Экспериментальные исследования круглого шлифования торцом круга, проведенные при различном взаимном поло­ жении алмазного круга и обрабатываемой детали, подтвер­ дили результаты теоретического анализа. Чем меньше угол а между образующей цилиндра детали и касательной к траектории движения зерен в зоне резания, тем ниже высо­ та микронеровностей обработанной поверхности (рис. 18).

47

Из проведенных выше расчетов следует, что риски мак­ симальной длины наносят зерна, расположенные на радиу­ се, равном расстоянию между осями вращения абразивного круга и изделия. При резании этими зернами и должно обеспечиваться получение максимальной плотности наноси­ мых рисок и, следовательно, минимальной шероховатости

по второй схеме понижается шероховатость обработанной поверхности. Поэтому для доводочного шлифования более целесообразна вторая схема обработки, т. е. шлифование краем торца круга при угле в плане между осью вращения круга и изделия, отличающемся от прямого на 20—30'. Шлифование производится в одном направлении, чтобы зерна, окончательно формирующие поверхность, наносили царапины наибольшей протяженности. Если при таком спо­ собе использовать алмазные круги на связке БР, то можно ■стабильно получить в процессе обработки чистоту поверх­ ности 10—13-го класса. Трудоемкость окончательной обра­ ботки в этом случае снижается в 2—4 раза. На этот способ

48

обработки выдано авторское свидетельство СССР и полу­ чены патенты за рубежом (в ФРГ, Швеции, Италии, Франции

идругих странах).

Вотличие от других связок на основе пульвербакелита

всвязке БР в качестве наполнителя используется резино­ вая мука. При шлифовании кругами на этой связке под действием усилий резания наиболее выступающие зерна погружаются в связку и работают совместно с нижестоя­ щими. При этом растет количество одновременно участвую­ щих в работе зерен, снижается нагрузка на отдельные зер­ на и повышается чистота обработанной поверхности. Кро­ ме того, связка БР обладает полирующими свойствами. Это подтверждается следующими опытами. Стальные об­ разцы с шероховатостью V ? обрабатывались кругами, со­ стоящими из одной связки БР без алмазных зерен. Профи­ лограммы обработанной поверхности показали, что связка обладает способностью срезать вершины микронеровностей, уменьшая величину шероховатости. Если при шлифовании кругами зернистостью ACM 40/28 100%-ной концентрации снималось с образца 4 г металла, то за то же время при ра­ боте кругом из одной связки — 0,05 г, т. е. в 80 раз меньше.

Этого достаточно для сглаживания микронеровностей при

шлифовании.

Полирующее свойство связки БР подтверждается также опытами по шлифованию кругами с различной концентра­ цией алмазов. Испытывались круги ACM 40/28, 25, 50 и 100, 150%-ной концентрации. Сповышением концентрации увели­ чивается производительность шлифования и понижается чистота обработанной поверхности. Например, при оди­ наковых режимах шлифования кругами 150%-ной концент­

ке БР (при постоянных режимах шлифования) удельный расход алмазов увеличивается.

С повышением зернистости от ACM 14/10 до АСО 60/40 производительность шлифования возрастает в 2 и более ра­ за, при дальнейшем повышении зернистости рост произво­ дительности замедляется. Это происходит вследствие ин­ тенсивного выпадания крупных зерен алмазов из связки БР, которая не обеспечивает их хорошего удержания при высоких нагрузках. Так, круги зернистостью АСО 100/80 имеют удельный расход в 2,5 раза больший, чем круги ACM 40/28.

Изменение диаметра круга от 75 до 150 мм при постоян­ ных режимах резания существенного влияния на съем ме­ талла и чистоту поверхности не оказывает.

При обработке деталей из различных материалов уста­ новлено, что съем металла и чистота поверхности снижают­ ся при уменьшении твердости и прочности и повышении вяз­ кости обрабатываемого металла. Если при шлифовании за-

Рнс. 19. Зависимость шероховатости поверхности от величины Ру (а), продольной подачи и скорости вращения детали (б).

каленной до твердости HRC 60—64 стали ШХ15 снимается слой металла 0,060 мм и получается шероховатость поверх­ ности V12 класса, то при обработке той же незакаленной

На основании экспериментальных данных установлено, что оптимальными кругами для доводочного шлифования, при использовании которых получается шероховатость по­ верхности Ѵ П —Ѵ13, являются круги на связке БР, зер­ нистостью ACM 14/10 — ACM 40/28. Концентрация выби­ рается в каждом конкретном случае в зависимости от того, какой показатель должен быть выше: производительность или чистота поверхности.

оказывают значительного влияния на чистоту обработанной поверхности (рис. 19). Это объясняется большой плотно­ стью режущего контура при обработке краем торца круга, активной полирующей ролью связки БР и незначительным

50