Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Техника arrow Теория и практика повышения эффективности шлифования материалов.

ГЛАВА ПЕРВАЯ СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ ПРОЦЕССА ШЛИФОВАНИЯ

1.1. ОБЩИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О ХАРАКТЕРЕ ВЛИЯНИЯ СКОРОСТИ РЕЗАНИЯ НА ВЫХОДНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ПРОЦЕССА ШЛИФОВАНИЯ

В современном машиностроении все шире применяются высокопрочные, нержавеющие, жаропрочные и другие стали и сплавы, обладающие специальными физико-механическими свойствами. Обработка их резанием представляет значительные трудности. Широкое распространение шлифования как метода окончательной обработки заготовок ответственных деталей машин требует соответствующего повышения эффективности этого процесса. Одним из наиболее перспективных направлений для решения этой задачи является повышение скорости вращения круга. Результаты фундаментальных теоретических и экспериментальных исследований в области шлифования, полученные в работах отечественных и зарубежных авторов, и накопленный практический опыт показали большое влияние скорости резания на выходные параметры процесса шлифования. Реализация преимуществ, полученных при увеличении скорости, позволила резко повысить эффективность операции шлифования.

Скорость резания при шлифовании, в отличие от лезвийной обработки, существенно не изменялась для большинства операций со времен создания в конце XIX столетия первого шлифовального станка и вплоть до настоящего времени находилась в пределах 30... 3 5 м/с. Только такие предельные скорости обеспечивались прочностью шлифовальных кругов на разрыв.

Идея увеличения скорости резания при шлифовании не новая. Еще в 1931 г. М. Е. Борнеман, а в 1935 г. К. Круг провели ряд исследований, которые показали, что с увеличением скорости резания уменьшаются мгновенные сечения срезов и силы резания. В 1939 г. П. Е. Дьяченко показал, что с ростом скорости шлифовального круга с21до31м/с при постоянной силе прижима круга к заготовке уменьшаются составляющие силы резания и показатель шероховатости поверхности Яи, увеличивается съем металла. В Советском Союзе теоретические основы для дальнейших исследований в области скоростного шлифования были заложены в сороковых — шестидесятых годах в работах А. М. Карташова, В. Д. Кузнецова, Г. Б. Лурье, Е. Н. Маслова, П. И. Ящерицына. Было установлено, что увеличение скорости резания приводит к уменьшению толщины среза каждой режущей кромкой круга и увеличению контактной температуры шлифования. Уменьшение толщины среза способствует уменьшению силы резания, износа шлифовального круга и шероховатости обработанной поверхности. Во многих работах были неточности и противоречия. Изменение сопротивления резанию при увеличении скорости объяснялось уменьшением пластической деформации металла из-за эффекта «охрупчивания» или размягчением металла в зоне резания иод действием высоких температур.

В эти же годы в результате обширных экспериментальных исследований были получены практические рекомендации и на их основе осуществлено внедрение в производство круглого наружного шлифования со скоростями резания 50...60 м/с. Однако по ряду причин (необходимость модернизации шлифовальных станков для увеличения частоты вращения шпинделя, для обеспечения их заградительными устройствами и более сложной системой охлаждения; нехватка скоростных шлифовальных кругов; отсутствие научно обоснованных рекомендаций по определению областей рационального применения повышенных скоростей резания) практическое внедрение в производство скоростного шлифования не получило в нашей стране достаточно широкого распространения нигде, кроме подшипниковой и автомобильной промышленностей.

За рубежом, за исключением США и ФРГ, до начала шестидесятых годов исследования по увеличению скорости резания при шлифовании свыше 30...33 м/с практически не велись. В 1947 г. в США для операции шлифования шеек коленчатых валов были применены керамические шлифовальные круги, позволяющие работать при скорости резания 43 м/с, а на операции резьбошли- фования — 61 м/с. Для плоского обдирочного шлифования слябов и биллетов в конце пятидесятых годов были изготовлены круги на бакелитовой связке, выдерживающие скорость резания до 65 м/с, что обеспечило большой съем металла [4, 27, 49]. Наиболее фундаментальные исследования процесса высокоскоростного шлифования сталей и сплавов были выполнены в Высшей технической школе в Аахене (ФРГ) профессорами X. Опитцем, К. Гюрингом, Г. Кругом, В. Эрнстом идр. [169, 177, 179, 185, 186]. Изучению данного вопроса посвящены многие современные работы японских исследователей [184, 189, 205].

Для инструментальной промышленности в настоящее время увеличивается производство сталей повышенной производительности Р9К5, Р9К10, Р9Ф5, Р9К5Ф5 и др. (ГОСТ 9373-73), предназначенных для обработки труднообрабатываемых материалов, применение которых позволяет повысить стойкость инструмента по сравнению с инструментом из стали Р18. Применение инструмента из стали Р9К5 и Р9К10 вместо стали Р18 обеспечивает повышение стойкости инструмента в 1,5...2 раза, что соответствует повышению производительности на 10... 15%.

Вместе с тем обработка шлифованием новых быстрорежущих сталей этих марок значительно сложнее, чем стали Р18, что приводит к трудностям при заточке и переточке инструмента и тем самым сдерживает их применение. Трудности при шлифовании этих сталей объясняются присутствием карбидов ванадия (МеС), твердость которых приближается к твердости абразивных материалов [7, 15,16, 17]. На обработку шлифованием быстрорежущих сталей оказывают также влияние размеры карбидов и неравномерность их распределения [1, 30,43, 57, 79, 83]. Для полного удаления обез- углероженного слоя с рабочих поверхностей инструментов, изготовленных из быстрорежущих сталей с повышенным содержанием кобальта и молибдена, припуск на шлифование и заточку по рекомендации ЦНИИТМАШ должен быть большим, чем для ста- лиР18, в 1,5...2 раза[1]. Заточка металлорежущих инструментов из быстрорежущих сталей Р6М5, РКФ4К5, Р10К10ФЗМ4, Р9Ф56, Р9К5 и им подобных кругами из электрокорунда и монокорунда имеет существенные недостатки (низкая производительность заточки; шероховатость обработанной поверхности, не отвечающей требованиям ГОСТ, наличие структурных изменений поверхностного слоя). В связи с этим в настоящее время для заточки и переточки металлорежущих инструментов повышенной производительности из быстрорежущих сталей, легированных ванадием, молибденом и кобальтом, все шире применяют круги из эльбора. Эти круги обладают высокой режущей способностью, большой стойкостью и остротой режущих зерен, стабильным и равномерным износом, в результате чего уменьшается выделение тепла в зоне шлифования и повышается качество металла поверхностного слоя затачиваемых инструментов.

Высокое качество поверхности, острота режущих кромок, отсутствие прижогов, точность геометрических параметров обеспечивают повышение стойкости инструментов из быстрорежущих сталей после заточки их кругами из эльбора в 1,5...2 раза. Повышение стойкости металлорежущего инструмента в результате заточки его кругами из эльбора не только окупает некоторое повышение стоимости такой заточки по сравнению с заточкой кругами из электрокорунда белого или монокорунда, но и позволяет получить значительный экономический эффект.

Как показывают результаты обследования предприятий инструментальной промышленности, в настоящее время заточка инструмента из быстрорежущих сталей производится в основном при скоростях резания 20...25 м/с. Одним из наиболее перспективных направлений повышения производительности шлифования и заточки инструмента также является увеличение скорости вращения круга.

Однако встречающаяся иногда тенденция к повышению скорости круга на всех операциях шлифования — ошибочна. Дальнейшее развитие шлифования и опыт его внедрения на производстве показали, что далеко не всегда увеличение скорости резания приводит к повышению эффективности процесса. При этом появляется ряд не только положительных, но и отрицательных явлений, таких как увеличение мощности приводов, контактной температуры, центробежных сил, вибраций от неуравновешенных масс, циклической нагрузки на круг и др. Все это потребовало разработки и создания новых конструкций шлифовальных станков и технологий изготовления абразивного инструмента [2, 9, 19, 23, 24, 30, 66] и др., что привело к положительным результатам.

Таким образом, при изучении процесса шлифования, с точки зрения его технологических возможностей, следует рассматривать вопрос выбора рациональных скоростей резания, т. е. наиболее эффективных для каждой конкретной операции.

Преимущества высокоскоростного шлифования можно использовать при любом методе шлифования. Однако следует иметь в виду, что, в зависимости от используемого метода, кинематические закономерности и технические возможности применяемых станков создают различные условия обработки и характерные отличия в методах. Рассмотрим подробней основные отличия высокоскоростного плоского шлифования от круглого.

По данным работ [35, 49, 50] увеличение скорости резания при круглом наружном шлифовании с 35 м/с до 50 м/с позволило пропорционально увеличить глубину шлифования, или подачу, и тем самым добиться увеличения производительности обработки. При этом качество шлифованных поверхностей оставалось примерно постоянным, если выдерживалось соотношение скоростей круга и изделия Уки = 60. На операциях плоского шлифования периферией круга на станках с возвратно-поступательным движением прямоугольного стола этого соотношения достичь нельзя в силу ограниченных технических возможностей гидропривода стола, уменьшающих диапазон изменения скоростей изделия. Кроме того, плоскошлифовальные скоростные станки (Ук < 60 м/с), выпуск которых освоен отечественной промышленностью, имеют существенные недостатки, для устранения которых необходимы научно обоснованные рекомендации по определению области рационального применения повышенных скоростей резания.

Очевидно, на операциях плоского шлифования, так же как и при круглом шлифовании, высокие скорости не всегда будут эффективны. Необходимо найти область рационального применения высоких скоростей резания, разработать технологические рекомендации по их применению и на основе этих рекомендаций определить оптимальные условия операции в виде рабочих циклов плоского шлифования конкретных заготовок.

Первым шагом для решения такой задачи является изучение физической основы процесса высокоскоростного шлифования с целью определения его преимуществ и технологических возможностей, что в методическом плане осуществляется моделированием процесса шлифования микрорезанием единичным абразивным зерном в широком диапазоне скоростей резания. Такой подход позволяет достичь основной цели исследований — повышения эффективности процесса шлифования разных сталей и сплавов электрокорундовыми и эльборовыми кругами путем применения высоких скоростей резания и назначения рациональных рабочих циклов обработки. Под повышением эффективности процесса шлифования понимается увеличение производительности обработки, повышение качества поверхности, точность размеров заготовки, периода стойкости шлифовального круга и снижение себестоимости всей операции.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >
 

Популярные страницы