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

влиянием режимов шлифования на длину рисок (царапин) от отдельных зерен.

В производственных условиях проводились опыты по шлифованию деталей со скоростью вращения детали 50— 70 м/мин и продольной подачей 2—3 мм/об. При этом была

т. е. практически такая же, как при лабораторных иссле­ дованиях.

При повышении скорости резания с 15 до 25 м/сек шеро­ ховатость снижается на один разряд, при дальнейшем по­ вышении скорости чистота остается неизменной.

При увеличении Ру съем металла пропорционально по­ вышается, но при Ру более 12 кГ рост съема замедляется. Это происходит вследствие эластичности связки БР, в ко­ торую при высокой нагрузке начинают интенсивно погру­ жаться алмазные зерна. Так, при повышении величины Ру с 6 до 12 кГ съем увеличивается на 70%, а при дальнейшем повышении Ру до 16 кГ — всего на 10—15%.

Зависимость величины снимаемого слоя металла (про­ изводительность шлифования) от величины Ру для кругов

На производительность шлифования существенное влия­ ние оказывает величина исходной шероховатости поверх­ ности. При первом проходе круг соприкасается с вершинами микронеровностей. При этом удельное давление дости­ гает высоких значений и снимается повышенный слой ме­ талла. При последующих проходах величина шероховато­ сти детали меньше, поэтому реальная площадь контакта круга с обрабатываемой поверхностью повышается, а удель­ ное нормальное давление и величина снимаемого слоя ме­ талла понижаются. О влиянии режимов шлифования на съем металла можно судить по графикам, представленным

увеличением количества вступлений зерен в контакт с об­

Рис. 20. Зависимость ве­ личины снимаемого слоя металла Д (по диаметру) от величины Ру (а), про­ дольной подачи и ско­ рости вращения детали (б), скорости резания (а).

Использовали круги зернистостью ACM 40/28 и ACM 14/10 (соответственно кривые І я 2, рис. 20, в).

Зависимость величины съема металла от скорости реза­ ния может быть представлена в виде формулы

Зависимость величины снимаемого слоя металла от ско­ рости вращения детали и продольной подачи для кругов зер­ нистостью ACM 40/28 имеет вид

52

Коэффициент С для кругов 100%-ной концентрации ра­ вен 98,63, для кругов 50%-ной концентрации — 54,33.

При оценке эффективности применения алмазного шли­ фования существенное значение имеет удельный расход ал­ мазов. Для доводочного шлифования удельный расход алмазов целесообразно выражать расходом алмазов, отнесен­ ным к обрабатываемой площади (обычно исходная чисто­ та поверхности соответствует 7—8-му классу).

Опытным путем установлено, что удельный расход ал­ мазов для шлифования конструкционных закаленных ста­ лей составляет 0,4—0,8 карата на 1 ж2 обрабатываемой по­ верхности. Изменение режимов шлифования при Ру = = const существенного влияния на удельный расход алма­ зов не оказывает.

В настоящее время алмазное доводочное шлифование широко применяется в промышленности при обработке вал­ ков холодной прокатки черных и цветных металлов; вал­ ков каландров и вальцев химического машиностроения; шпинделей, колонн и осей металлорежущих станков; порш­ ней и штоков гидро- и пневмоаппаратуры; валов краскоте­ рок; сушильных цилиндров и валков бумагоделательных машин и т. д.

Этот способ применяют при обработке деталей диаметром 10—1500 жж и длиной 50—9000 мм из различных материа­ лов (закаленных и незакаленных сталей, твердых сплавов, серых и отбеленных чугунов и др.). Алмазным шлифовани­ ем можно обрабатывать и вязкие нержавеющие стали.

В зависимости от назначения обрабатываемых деталей их размеры, а также требования к точности и шероховатости их поверхностей колеблятся в широких пределах. Так, на­ пример, рабочая поверхность валков может иметь цилинд­ рическую или бочкообразную форму.

Точность изготовления и шероховатость поверхностей валков зависят от требуемого качества продукции прокат­ ных станов. Многие виды холодного проката должны иметь зеркальную или приближающуюся к ней поверхность, а это возможно при шероховатости поверхности прокатных валков V H —V 13, а допустимые отклонения должны быть в пределах 1—2-го класса точности.

Согласно ранее применявшейся технологии валки диа­ метром 38 мм из стали 9Х (HRC 60—69) предварительно шлифовали кругами из электрокорунда на керамической связке зернистостью 40, твердостью СМІ. Окончательно

53

валки шлифовали абразивными кругами зернистостью М28 на бакелитовой связке с графитовым наполнителем, после чего шероховатость поверхности соответствовала 9—10-му классу.

Алмазное доводочное шлифование производили на круг­ лошлифовальном станке с помощью приспособления, кото­ рое, устанавливается рядом со шлифовальной бабкой, что позволило выполнять на этом станке предварительное шлифование абразивными кругами и доводочное — круга­ ми из синтетических алмазов.

Алмазное шлифование выполняли кругами зернистостью ACM 40/28 за один проход с охлаждением 2%-ным содовым раствором. Шероховатость обработанной поверхности соответ­ ствовала 11—12-му классу чистоты. Время доводочного шли­ фования одного валка составляло 3 мин. Алмазные круги при шлифовании не засаливались, не нуждались в правке. При их использовании обеспечивалось получение стабиль­ ной шероховатости обработанной поверхности до полного износа кругов. Одним кругом, содержащим 25 каратов ал­ маза, обрабатывали свыше 2000 валков.

Валки испытывали при прокатке холоднокатанной лен­ ты толщиной до 0,03 мм на двенадцативалковом стане. При обработке валков кругами из синтетических алмазов шеро­ ховатость поверхности прокатанной ленты снизилась на 1— 2 класса по сравнению с шероховатостью, получаемой в ре­ зультате использования применявшегося прежде метода, стойкость валков увеличилась на 20%, мощность, рас­ ходуемая на прокатку, уменьшилась на 10—15%.

В настоящее время при изготовлении конструкций ма­ лого веса часто используют алюминиевые листы. В ряде случаев к чистоте поверхности таких листов предъявляются высокие требования, для выполнения которых рабочая по­ верхность валка прогладочного стана площадью 8—10 мг должна иметь шероховатость 12—у 13. Для этого пе­ ред алмазной доводкой валки шлифуют кругами К36 на вулканитовой связке до получения шероховатости поверх­ ности у 9 —уіО . Применение кругов на вулканитовой связке наиболее целесообразно потому, что после них на по­ верхности валка значительно меньше отдельных глубоких рисок, чем при использовании кругов на других связках.

Алмазное доводочное шлифование выполняют вначале кругами зернистостью ACM 40/28 100%-ной концентрации до полного удаления рисок, оставшихся после предвари­

.64

тельной обработки, затем — кругами зернистостью ACM 14/10. В результате такой обработки получают шерохова­ тость обрабатываемой поверхности V13 без отдельных глу­ боких рисок. При использовании других методов получить поверхность валков такого качества при окончательной об­ работке не удавалось. Производственные испытания вал­ ков, шлифованных кругами из синтетических алмазов, по­ казали, что алюминиевые листы, изготовленные с помощью таких валков, имеют зеркальную поверхность.

На предприятиях химического машиностроения при про­ изводстве каландровых установок для прокатки пленок из термопластов (полихлорвинила, полиэтилентерефталата) возникали большие затруднения при окончательной обра­ ботке валков диаметром от 200 до 1000 мм и длиной до 4000 мм. Рабочая поверхность валков в процессе прокатки отпечатывается на пленке. Чем меньше шероховатость вал­ ков, тем более гладкой будет пленка. Кроме того, с повы­ шением чистоты поверхности валков уменьшаются силы ад­ гезии, что позволяет значительно повысить скорость про­ катки.

Валки для вышеназванных установок изготавливают из сталей, закаленных до твердости HRC 40—45, отбеленного чугуна СЧ 15-32 твердостью HRC 55—60, нержавеющей стали Х15Н9Ю твердостью HRC 38—40. Некоторые сталь­ ные валы хромируют.

В настоящее время окончательная обработка валков вы­ полняется алмазными чашечными кругами на шлифоваль­ ных и токарных станках. Для шлифования валков крупных размеров на вальцешлифовальном станке модели 3415Е установлено приспособление, с помощью которого можно производить обработку без снятия абразивного круга. При­ способление представляет собой отдельный суппорт, на ко­ тором установлена шлифовальная бабка. Суппорт имеет ручной привод и привод ускоренного подвода и отвода бабки.

При алмазном шлифовании кругами ACM 40/28 обеспе­ чивается получение стабильной шероховатости поверхнос­ ти V H —V12. Если необходимо получить более высо­ кий класс чистоты поверхности и зеркальный блеск, вал­ ки полируют войлочными кругами с алмазной пастой АС 5/3 РО.

Сравнительные показатели экономической эффективнос­ ти обработки двух типов валков приведены в табл. 10..

55

Таблица ІО

Технико-экономические показатели окончательной обработки валков различными способами

Из таблицы видно, что в результате внедрения алмаз­ ного доводочного шлифования затраты на окончательную обработку валков снизились в 4— 14 раз, а трудоемкость — в 4— 19 раз.

Как указывалось выше, алмазное доводочное шлифование применяется для обработки различных деталей станков. К ним относятся и колонны радиально-сверлильного стан­ ка, на которых монтируются основные узлы. От качества обработки рабочей поверхности колонны зависят точность, жесткость и долговечность станка.

Колонны диаметром 300—500 мм и длиной 1400— 1900 мм из стали 45 (HRC 45—50) и чугуна СЧ 21-40 пусто­ телые. На обрабатываемой поверхности имеется паз разме­ ром 1010 X 24 мм (чугунные колонны) или 950 х 16 мм (стальные).

По ранее принятой на заводе технологии при шлифова­ нии абразивными кругами обеспечивалось получение шеро­ ховатости поверхности для чугунных и V ? Для сталь­ ных колонн. После шлифования колонны полировали на токарном станке абразивными шкурками. Несмотря на вы­ сокую трудоемкость операции (для чугунных колонн 11 нормо-ч, для стальных 22 нормо-ч) качество обработанной поверхности не соответствовало предъявляемым требовани­

стоты поверхности для чугунных колонн и 8-й для сталь­ ных.

В настоящее время для обработки колонн используется шлифование чашечными алмазными кругами.

66

АЛМ АЗНОЕ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОЕ ШЛИФОВАНИЕ

Эффективность алмазного шлифования деталей машин s некоторых случаях может быть повышена путем наложе­ ния электрического тока. В зависимости от того, какой по­ люс источника постоянного тока подключается к детали (круги и обрабатываемая деталь изолируются от станка) при наложении электрического тока можно получить два качественно различных технологических процесса: алмаз­ но-электрохимическое шлифование (АЭХШ) или алмазно­ катодное шлифование.

АЭХШ представляет собой комбинированный процесс, при котором съем металла осуществляется в результате анодного растворения, механического резания алмазными зернами и электроэрозии.

При АЭХШ деталь является анодом, а алмазные зерна круга выполняют роль износостойких изоляционных прокла­ док между токопроводящей связкой и обрабатываемой по­ верхностью, обеспечивая получение необходимого зазора для прохождения электролита. Благодаря наличию зазора меж­ ду связкой круга и обрабатываемой поверхностью при вра­ щении круга электролит проникает в зону обработки и происходит электрохимический процесс анодного раство­ рения обрабатываемой поверхности.

Образующаяся на поверхности детали анодная пленка имеет меньшую твердость, чем обрабатываемый металл. Поэтому при сочетании электрохимического растворения с процессом резания обеспечивается повышение съема метал­ ла в единицу времени (при равной мощности привода шпинделя) или снижение мощности привода шпинделя и •сил резания (при равной производительности), а также уменьшение температуры в зоне обработки, снижение удельного износа алмазов, устранение дефектов повер­ хностного слоя и увеличение допустимой площади шлифо­ вания (контакта) без ухудшения основных показателей про­ цесса.

Процесс АЭХШ ведется при напряжении источника то­ ка 4—8 в. При таком напряжении практически исключает­ ся эрозионное воздействие тока на связку круга и деталь. Плотность тока 60—100 а/см2. В качестве электролитов при­ меняют водные растворы нитрита и нитрата натрия, нитри­ та калия и др.

5 8

где с — электрохимический эквивалент данного вещества; и — напряжение тока; 5 — площадь контакта круга с де­ талью; р — удельное сопротивление электролита; б — за­ зор между связкой и обрабатываемой поверхностью.

Из выражения (22) следует, что производительность процесса возрастает при увеличении электрохимического эквивалента обрабатываемого металла, напряжения, пло­ щади контакта круга с деталью и снижении удельного со­ противления электролита и величины зазора б. По данным Э. Я. Гродзинского [12] при использовании АЭХШ про­ изводительность обработки можно повысить от 2 до 50 раз.

Процесс анодного электрохимического растворения в со­ четании с резанием алмазными зернами протекает не как простое суммирование их, а является качественно новым процессом съема металла. Об этом свидетельствует, в част­ ности, большая величина достигнутого при АЭХШ съема по сравнению с суммой теоретически возможных съемов от слагающих его процессов.

При АЭХШ важную роль играет величина межэлектрод- -ного зазора, которая зависит от соотношения скорости электрохимического растворения обрабатываемого материа­ ла и скорости поперечного перемещения алмазного круга, а также от неровностей рабочей поверхности круга и обра­ батываемой поверхности, зернистости алмазных зерен и их ■концентрации.

Если скорость электрохимического растворения больше или равна скорости поперечного перемещения круга, то контакт последнего с деталью происходит по вершинам вы­ ступающих зерен. Припуск удаляется в основном за счет электрохимического растворения, а алмазные зерна служат •для удаления продуктов электролиза и поддержания вели­ чины зазора. С повышением скорости поперечного перемеще­ ния величина межэлектродного зазора значительно умень­ шается, алмазные зерна не только удаляют продукты рас- 1творения, но и участвуют в резании обрабатываемого ма­ териала. Из-за наличия неровностей на электродах (деталь, друг) и срезанной стружки межэлектродный зазор резко уменьшается. В отдельных точках он может быть настолько

59

мал, что при рабочих значениях напряжения тока может происходить пробой, а, следовательно, и электроэрозия. При электроэрозии металлическая связка, более легкоплав­ кая по сравнению с обрабатываемыми сталями, удаляется более интенсивно. Это приводит к ослаблению удержания алмазных зерен в связке, и они выпадают из нее.

К недостаткам АЭХШ следует отнести вредное влияние электролита на обслуживающий персонал, а также возмож­ ность коррозии оборудования.

В настоящее время алмазно-химическое шлифование ис­ пользуется главным образом при обработке труднообраба­ тываемых сталей и сплавов, например, при шлифовании лопаток турбин.

При алмазно-катодном шлифовании применяется ток обратной полярности (круг — анод, деталь — катод). При алмазном шлифовании поддерживается определенная высо­ та выступания алмазных зерен над связкой, исключается налипание обрабатываемого металла на алмазные зерна. В процессе шлифования происходит анодное растворение поверхности токопроводящей металлической связки, в ре­ зультате чего достигается необходимое выступание зерен. По мере износа зерен происходит постепенное растворение связки, что автоматически поддерживает заданный зазор между связкой и обрабатываемой поверхностью. При ал­ мазно-катодном шлифовании снятие обрабатываемого ме­ талла производится только путем резания алмазными зер­ нами (шлифования).

Алмазно-катодное шлифование может осуществляться как при подключении отрицательного полюса непосредст­ венно к детали, так и при использовании автономного като­ да. В этом случае деталь и станок не подключаются непо­ средственно к источнику тока. В результате прохождения тока через электролит между поверхностью круга и ка­ тодом происходит электрохимическое растворение связки круга.

В процессе испытания различных конструкций катодов (трубок, колодок и стержней) при шлифовании периферией круга АПП 200 X 10 установлено [18], что целесообраз­ нее в качестве катода использовать медную или латунную трубку диаметром 12 мм с толщиной стенок 1,5 мм. В этом случае электролит подается через отверстие трубки. Обыч­ но в качестве электролита используют водные растворы кальцинированной соды (2—4%) и нитрита натрия (2—5%).

60