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

Интенсивность растворения связки зависит от плотнос­ ти тока, которая в свою очередь зависит от величины меж­ электродного расстояния. С повышением режимов шлифова­ ния напряжение должно увеличиваться от 3 до 8 в.

При алмазно-катодном шлифовании можно использо­ вать практически любые токопроводящие связки, при ко­ торых обеспечивается высокое удержание алмазных зерен. Например, для обработки стальных и чугунных деталей алмазно-катодным шлифованием можно применять круги на металлической связке Ml. При использовании связок, обеспечивающих как хорошее удержание алмазных зерен, так и самозатачивание рабочей поверхности, применять алмазно-катодное шлифование нецелесообразно.

Алмазно-катодное шлифование можно использовать для наиболее труднообрабатываемых материалов, в том числе и материалов, в состав которых входит алмаз.

с м а з ы в а ю щ ё -о х ЛЛж Д А ю щ и ё

ж и д к о с т и

ПРИ А ЛМ АЗН О М ШЛИФОВАНИИ

При использовании смазывающе-охлаждающих жидкос­ тей (СОЖ) должно обеспечиваться снижение теплообразо­ вания в зоне резания; удаление из зоны резания отходов шли­ фования; снижение трения и интенсивности протекания диффузионных и адгезионных процессов путем образования на контактирующих поверхностях защитных пленок.

Наибольшей охлаждающей способностью обладают жидкости, имеющие высокие теплопроводность, теплоем­ кость, скрытую теплоту парообразования и меньшую вяз­ кость. Этим требованиям в наибольшей степени отвечает вода (охлаждающая способность воды в четыре раза больше, чем масла). Для улучшения моющего действия жидкостей на водной основе применяют добавки различных моющих средств (ОП7, ОШО и др.). В СОЖ добавляют поверхностно­ активные вещества. При этом уменьшается ее поверхност­ ное натяжение и, следовательно, повышается адсорбцион­ ная связь СОЖ с металлами. При использовании СОЖ на контактных поверхностях могут образовываться химические соединения, обладающие пониженной прочностью или лег­ коплавкостью, что способствует предохранению металла от непосредственного контакта с абразивом.

61

Для снижения коэффициента трения СОЖ должны иметь высокие смазывающие свойства. Наиболее высокие смазы­ вающие свойства имеют масла.

В последнее время все шире применяют твердые смазки. Твердые смазки могут работать при широком диапазоне температур, могут быть использованы в вакууме. Однако твердые смазки плохо отводят тепло.

Институтом сверхтвердых материалов совместно с Горь­ ковским политехническим институтом под руководством М. И. Клушина проведены исследования по выбору СОЖ для шлифования кругами из синтетических алмазов и кубонита [12]. В процессе исследований испытывали СОЖ трех групп: водные растворы электролитов и поверхностно-ак­ тивных веществ; эмульсии; масла. На основании результа­ тов исследований были выбраны оптимальные составы СОЖ для обработки инструментов из быстрорежущих сталей. Наилучшие результаты обработки были получены при ис­ пользовании 0,3—0,5%-го водного раствора азотистокис­ лого натрия и эмульсии следующего состава: ализаритовое масло 0,5%, азотистокислый натрий — 0,25%, бура — 0,25%, триэтаноламин или тринатрий фосфата — 0,6%, остальное — вода. Для резьбошлифования кругами на ме­ таллической связке рекомендуется применять осерненное масло «Индустриальное» (на 10 л масла — 80 а серы). Ана­ логичные результаты получены и при шлифовании кон­ струкционных сталей. Применение раствора кальциниро­ ванной соды в качестве СОЖ нецелесообразно, так как из-за повышенной щелочности раствора увеличивается износ кру­ гов на органической связке. За рубежом для шлифования стали и чугуна рекомендуют применять водорастворимые масла.

В последнее время в промышленности все более широко применяют разработанный Л. В. Худобиным [21] новый высокоэффективный струйно-напорный внезонный способ (СНВС) подачи смазывающе-охлаждающей жидкости. Сущ­ ность этого способа заключается в том, что СОЖ под давле­ нием подается на рабочую поверхность шлифовального круга вне зоны резания через одно или несколько сопел. Струи СОЖ, обладающие достаточной кинетической энергией, лег­ ко пробивают воздушный поток, образующийся при вра­ щении круга, и с определенным усилием воздействуют на его рабочую поверхность, очищая абразивные зерна и по­ ры круга от частиц металла и отходов шлифования. В этом

62

случае шлифовальный круг при каждом обороте совершен­ но очищается и его рабочая поверхность постоянно имеет высокую стабильную режущую способность.

На рис. 21 показан один из вариантов устройства для подачи СОЖ струйно-напорным внезонным способом [211 на круглошлифовальном станке модели 3151. СОЖ подает­ ся через неподвижное многоканальное сопло, состоящее из

При использовании СНВС подачи СОЖ предотвращается образование на зернах наростов и налипов, обеспечиваются максимальный отвод тепла из зоны резания и очистка рабочей поверхности круга от отходов шлифования, повышение про­ изводительности обработки примерно до трех раз по сравне­ нию со шлифованием при подаче СОЖ поливом. Кроме то­ го, повышается стойкость кругов между правками в 1,4-— 2,5 раза, а точность обрабатываемых деталей — на 10—40%, шероховатость обработанной поверхности снижается на 1— 5 разрядов (в среднем на 1 класс).

Вопросами исследования влияния внезонного способа охлаждения и очистки круга при работе алмазных кругов занимались X. Виеман и В. Савлук [25]. В ходе эксперимен­ тов на плоскошлифовальном станке алмазными кругами диаметром 400 мм и шириной 20 мм зернистостью 125/100 из алмазов ДХДА — MC на органической связке шлифова­ ли стальные и чугунные образцы длиной 600 мм и шириной 275 мм. В процессе проведения опытов изменялась глубина

63

шлифования и скорость резания. В качестве СОЖ приме­ нялись водорастворимые масла (0,5%). Жидкость подава­ лась к рабочему слою при помощи четырех расположенных по периферии шлифовального круга устройств. Каждое из этих устройств состоит из большого числа направленных на рабочую поверхность алмазного слоя сопел, диаметр вы­ ходных отверстий которых 0,8 мм. Устройства оснащены специальными щитками, с помощью которых отводится за­ хватываемый шлифовальным кругом слой воздуха.

Опытным путем установлено, что применение метода СНВС подачи СОЖ более эффективно при шлифовании ста­ ли, чем при шлифовании чугуна. Так, удельный расход алмазных кругов в случае использования такого метода по­ дачи СОЖ снизился при шлифовании стали со скоростью ре­ зания 50 м/сек на 183%, со скоростью 35 м/сек — на 153%, а при шлифовании чугуна соответственно на 59 и 30%.

Эффективность очистки зерен возрастает с повышением пластичности обрабатываемого металла и интенсификации режимов резания.

ПРАВКА КРУГОВ ИЗ СИНТЕТИЧЕСКИХ СВЕРХТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ

Правка кругов из синтетических алмазов и кубического нитрида бора — наиболее твердых в природе материалов — является одной из важных операций, производимых при шлифовании. Разработка рациональных способов изготов-

.ления и правки фасонных кругов позволит значительно рас­ ширить область эффективного применения кругов из син­ тетических сверхтвердых материалов в промышленности.

При шлифовании наиболее широко используемыми в настоящее время чашечными, тарельчатыми кругами, а также кругами прямого профиля правка их требуется толь­ ко при подготовке кругов к работе из-за неточности уста­ новки.

Наиболее часто в промышленности правят круги абра­ зивными инструментами: брусками, кругами, свободным абразивом. Правка кругов из сверхтвердых материалов аб­ разивными инструментами заключается в воздействии аб­ разивных зерен на связку, при котором происходит разру­ шение связки и освобождение зерен алмаза или кубонита. Поэтому, чем больше встреч абразивных зерен с поверх­ ностью кругов из алмазов и кубонита в единицу времени,

64

тем больше вероятность воздействия абразивных зерен аб­ разива на связку и выше производительность правки.

Наиболее простым, но малопроизводительным методом правки является обточка абразивными брусками. Алмаз­ ный круг или круг из кубонита вращается с обычной ско­ ростью, а брусок закрепляют в тисках или в специальных зажимных приспособлениях.

Для правки кругов на органических связках применяют бруски из электрокорунда и карбида кремния зеленого сред­ ней твердости. Для правки кругов на металлических и ке­ рамических связках применяют бруски только из карбида кремния. Зернистость брусков выбирается равной или на два-три номера выше зернистости алмазных кругов.

Правка алмазных кругов может производиться путем обкатки кругами из обычных абразивных материалов. Метод такой правки, когда оси абразивного и алмазного круга па­ раллельны и их угловые скорости равны, также малопро­ изводителен. Например, правка круга АПП250 X 10 — АСВ 125/100— М04 обкаткой кругом КЗ той же зернисто­ сти для снятия биения 0,02 мм продолжается 30—40 мин. Производительность такой правки может быть повышена при установке оси абразивного круга под некоторым углом (3—10°) по отношению к оси алмазного круга. При правке обкаткой необходимо выбирать оптимальные режимы (про­ дольную и поперечную подачи) в зависимости от характе­ ристики алмазного и абразивного кругов.

Наиболее часто в промышленности используют метод правки шлифованием с принудительным вращением правя­ щего абразивного или алмазного круга (для кругов из кубо­ нита и алмазов). Правку алмазных кругов методом шлифо­ вания можно производить на универсальных шлифовальных станках. В этом случае алмазный круг вместе с планшай­ бой или зажимными фланцами снимают со станка и закреп­ ляют на специальной оправке, которую устанавливают в центрах. При правке тарельчатых и чашечных кругов оп­ равку с помощью конического хвостовика устанавливают в шпинделе станка. При правке окружная скорость абразив­ ного круга равна 5—25 м/сек, алмазный круг имеет обыч­ но в 15—30 раз меньшую окружную скорость.

Правку методом шлифования производят и не снимая круга со станка. Для этого используется специальное при­ способление, на котором устанавливается абразивный круг. Вращение алмазного круга должно быть замедленным (от

специального привода). В этом случае производительность правки возрастает со снижением скорости вращения ал­ мазного круга и с повышением твердости, зернистости, скорости вращения абразивного круга. Оптимальные ре­ жимы правки алмазных кругов шлифованием кругами из

фования правятся главным образом шлифованием абразив­ ными кругами (рис. 22).

Весьма производительным методом правки является притирка свободным абразивом. В этом случае абразивные зерна, перекатываясь, интенсивно разрушают связку, осво­ бождая алмазные зерна. Этот метод применяется главным образом для правки рабочей поверхности кругов, работаю­ щих торцем круга, т. е. кругов типа АЧК, АПВ, АТ и т. п. Притирка осуществляется на металлической или стеклян­ ной плите без охлаждения.

Часто правку кругов необходимо произвести непосред­ ственно на станке. В этом случае правку кругов из кубони­ та на органических и керамических связках производят алмазными карандашами типа Н или Ц. Этот метод исполь­ зуется при правке кругов из кубонита в процессе шлифова­ ния зубчатых колес и при внутреннем шлифовании.

Для правки кругов на токопроводящих металлических связках используют электрохимический и электроискровой

66

С помощью этого метода профилирования и правки ал­ мазных кругов были созданы новые алмазные инструмен­ ты — червячные и многониточные круги, зубчатые хоны и др. В результате их применения была увеличена произво­ дительность обработки в десятки раз при одновременном обеспечении высокой точности, созданы новые твердосплав­ ные детали и инструменты.

КАЧЕСТВО ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ И ДОЛГОВЕЧНОСТЬ ДЕТАЛЕЙ

Как известно, изменения и нарушения однородности структуры при шлифовании закаленных сталей абразив­ ными инструментами приводят к изменению физического состояния поверхностных слоев и сопровождаются возник­ новением так называемых структурных концентраторов на­ пряжений, при наличии которых снижается износостой­ кость и усталостная прочность деталей.

В отличие от обычного шлифования, при алмазном соз­ даются более благоприятные условия резания: снижаются усилия резания и температура. Это объясняется большей износостойкостью, малым значением коэффициента трения алмаза по металлу, высоким модулем упругости алмаза и его высокой теплопроводностью, при которой обеспечива­ ется интенсивный отвод тепла из зоны резания.

Для определения эффективности работы кругов из син­ тетических сверхтвердых материалов исследовалось влия­ ние процесса обработки этими кругами на состояние по­ верхностных слоев закаленной стали и сравнивалось с влиянием процесса обработки абразивными кругами.

Цилиндрические и плоские образцы из сталей 9Х и ШХ15 обрабатывали кругами ПП 250 X 10 зернистостью 160/125 из синтетических алмазов и кубонита на органиче­ ской связке и кругами из электрокорунда твердостью СМ и СМ2 на керамической связке. Глубина шлифования изме­ нялась от 0,005 до 0,020 мм. Производительность шлифова­ ния изменяли от 250 до 900 ммѵмин. Часть цилиндрических образцов дополнительно обрабатывали доводочным шлифо­ ванием чашечными кругами зернистостью 40/28 на связке БР, в процессе которого удаляли слой металла 0,010—0,015 мм.

Шероховатость поверхности образцов, обработанных на плоско- и круглошлифовальных станках соответствовала 7—8-му классу чистоты. После алмазного доводочного шли-

68

фования. шероховатость соответствует 11-му классу чистоты = 0,32 4- 0,36 мкм).

Рентгенографические исследования проводили на ди­ фрактометре УРС 50-ИМ в Си- и Fe-излучениях. При этом регистрировали линии (ПО) и (211) сс-фазы и (111) у-фазы, изучали изменение интегральной ширины линий (ПО) и

поверхности есть глубокие царапины и надрывы металла в направлении шлифования. На поверхности образцов, шли-

Рис. 24. Поверхность образца после шлифования кругом ЭБ (X 5000):

а — на участке белой полосы; б — на участке между белыми полосами.

фованных с производительностью более 600 мм3!мин, при травлении видны белые полосы, следующие через определен­ ные, примерно равные, промежутки, чередующиеся с более широкими тёмными участками (рис. 23). При исследовании участков белых нетравящихся полос с помощью электрон­ ного микроскопа (рис. 24, а) установлено, что они состоят

69

из ряда отдельных полос, отличающихся от других участ­ ков поверхности слабой травимостью. Очевидно, это уча­ стки вторичной закалки — характерной структуры стали, образующейся на поверхности при высоких температурах и давлениях в процессе шлифования.

Структура участков, расположенных между белыми по­ лосами, показана на рис. 24, б. На рисунке видно, что пла­ стическая деформация карбидов одновременно сопровож­ дается их укрупнением. Укрупнение карбидов может про­ исходить в результате интенсивной диффузии углерода, возникающей при высоких температурах.

При производительности 450 мм3/мин с помощью элект­ ронного микроскопа на обработанной поверхности было за­ мечено небольшое количество слаботравящихся полос. При шлифовании с меньшей производительностью поверхност­ ный слой на глубине в несколько десятков микрон имеет характерную структуру отпуска.

После алмазного шлифования на поверхности образцов видны отдельные царапины и надрывы, однако количество и глубина их значительно меньше. Рельеф поверхности бо­ лее гладкий. Белые полосы отсутствуют.

При электронномикроскопическом исследовании вдоль следов обработки обнаружены равноосные карбиды с зазуб­ ренными краями. Размеры карбидных частиц примерно оди­ наковые, но меньше, чем размеры карбидных частиц исход­ ной структуры. Это свидетельствует о том, что развивае­ мая в зоне резания температура недостаточна для пласти­ ческого течения карбидов. Деформация поверхностного слоя при обработке приводит к их дроблению. После удаления тонкого поверхностного слоя металла (3—імкм) в последую­ щих слоях видны карбиды исходной структуры с попереч­ ным размером в два-три раза большим, чем на обработан­ ной алмазным кругом поверхности.

Большой интерес представляет изучение остаточного аустенита поверхностного слоя. Несмотря на значитель­ ный отпуск после обработки электрокорундом содержание

70