Файл: Технология металлов и других конструкционных материалов учеб. пособие.pdf

Процесс резания абразивным инструментом несколько отлича­ ется от работы металлического лезвия, так как беспорядочно рас­ положенные в круге зерна срезают (царапают) слой металла с очень большой скоростью при условии динамического воздействия абразивного зерна на шлифуемую поверхность. Заготовка имеет движение подачи.

Геометрическая форма отдельных абразивных зерен неопре­ деленна, и процесс резания осуществляется, как правило, с боль­ шими отрицательными передними углами у, что возможно благодаря

Рис. 258. Работа абразивного круга

высокой твердости материала зерна и его теплостойкости (рис. 258). При шлифовании вследствие округлости профиля зерна имеет место интенсивное скольжение его по металлу в момент, предшест­ вующий врезанию. При высоких скоростях с учетом динамическо­ го воздействия это вызывает мгновенный значительный местный разогрев металла, что резко повышает его пластичность, создавая возможность смятия и среза. При низких скоростях абразивный круг как режущий инструмент работать не может.

Несмотря на очень короткий промежуток времени контакта зерна с металлом (0,001—0,00005 сек), температура в момент реза­ ния повышается до 1500°, причем она тем выше, чем больше износ абразивных зерен.

Шлифование сталей сопровождается обычно применением обильного (10—60 л/мин) охлаждения, которое наряду со снижени­ ем температуры способствует удалению металлической и абразив­ ной пыли, а также очищает поры круга от продуктов отхода.

Абразивные инструменты и материалы. Абразивный инстру­ мент — круги, головки, сегменты, бруски — изготовляется из зерен абразивного материала, скрепленных между собой связкой. Кроме того, применяются шлифовальные шкурки, имеющие абразивные зерна, нанесенные на тканевую или бумажную основу.

Самым распространенным инструментом является шлифоваль­ ный круг, форма и размер которого определяются ГОСТ 2424—60, предусматривающим 22 профиля с диаметром от'З до 1100 мм. На­ иболее распространены следующие формы: ПП — плоские прямые; ПВ — плоские с выточкой; ЧЦ — чашечные цилиндрические; ЧК — чашечные конические; 1К — кольца; 2Т — тарелки.

408

Абразивные материалы разделяются на две группы — естест­ венные и искусственные. Естественные материалы применяются ре­ же из-за нестабильности свойств.

К искусственным материалам относятся: электрокорунд (кри­ сталлическая окись алюминия А120 3); карборунд (карбид кремния SiC) и карбид бора В4С.

Электрокорунд получают плавкой в электропечах бокситов, ко­ торые состоят в основном из окиси алюминия. Различают три марки корундовых материалов: Э — электрокорунд нормальный, содержа­ щий 91—96% А120 3 и имеющий цвет от розового до темно-коричне­ вого; ЭБ — электрокорунд белый, содержащий 97—99% А120 3, ре­ жущая способность которого на 30—40% выше, чем у электрокорун­ да Э; М — монокорунд, содержащий до 99% окиси алюминия и 0,9% окиси железа и изготавливаемый по особой технологии в виде отдельных кристаллов. Электрокорунд применяется для шлифова­ ния материалов с высоким пределом прочности при разрыве (стали, ковкий чугун, мягкие бронзы и др.).

Карборунд получается путем сплавления кварцевого песка с коксовым порошком. По сравнению с электрокорундами обладает большей твердостью и хрупкостью. Имея острые кромки при дроб­ лении, он обеспечивает высокую производительность. Выпускается две марки карборунда: К.Ч — карборунд черный, содержащий 95—97%SiC, и более качественный КЗ — карборунд зеленый, со­ держащий не менее 97% SiC. Первый применяется для обработки

сплавного инструмента.

Карбид бора выплавляется в электропечах и выпускается в виде серо-черного порошка, применяемого при доводке режущего инструмента, притирке закаленных поверхностей, резке драгоцен­ ных камней и т. Д.

Одной из важнейших характеристик абразивных материалов является зернистость, определяющая размер зерна. ГОСТ 3647— 59 установил следующие номера зернистости: 200, 160, 125, 100, 80, 63, 50, 40, 32, 25, 20, 16, 12, 10, 8, 6, 5, 4, 3, М40, М28, М14, MIO, М7, М5. Порошки номеров 200—16 называются шлифзернами; номеров 12—3 — шлифпорошками и М40 — М5 — микропорошками.

Шлифзерна и шлифпорошки получают путем рассева на метал­ лических плетеных ситах, размер ячейки которых в свету опреде­ ляется в сотых долях миллиметра. Так, зернистость 50 означает, что порошок был просеян через сито с размером ячейки более 0,50 мм, но остался на сите с ячейкой 0,50 мм.

Микропорошки получают путем осаждения взболтанного в во­ де абразивного материала. Номера М40—М5 обозначают предель­ ные размеры частиц абразива в микронах.

Для скрепления абразивных зерен применяется связка. Она может быть органической (вулканитовая и бакелитовая) и неорга­ нической (керамическая). Подавляющее большинство кругов дела­ ется на керамической связке (К), которая состоит из огнеупорной

409

глины, полевого шпата, кварца с добавками талька, мела и жидкого стекла. Круги на керамической связке термостойки, не боятся вла­ ги и воздействия химических веществ, обладают высокой произво­

Круги на такой связке эластичны и широко применяются при резке, так как могут иметь малую толщину (до 0,5 мм) при большом диа­ метре (до 150 мм). Благодаря высокой прочности они допускают большие скорости (до 75 м/сек). Однако вулканитовые круги име­ ют низкую теплостойкость, легко засаливаются, требуют работы обязательно с охлаждением.

Бакелитовая связка (Б) изготавливается из искусственной фенолоформальдегидной смолы. Круги на такой с;вязке имеют при­ мерно те же характеристики, что и вулканитовые, но бакелитовая связка разрушается в присутствии щелочей, что затрудняет работу с охлаждающей жидкостью.

Структура абразивного инструмента определяется соотношени­ ем зерен, связки и пор. Имеется 14 номеров структуры. Чем выше номер, тем больше расстояние между зернами, тем больше пор. Структуры 0—3 называются плотными, 4—6 — среднеплотными и 7—12 — открытыми. Для круглого шлифования обычно берется структура 6, для шлифования хрупких материалов — 4 и 5, для шлифования вязких и мягких материалов — 7 и 8.

Твердостью абразивного инструмента называют способность связки удерживать затупившиеся зерна. Правильно выбранная твердость в значительной степени обеспечит самозатачивание круга, т. е. обновление его режущей способности в процессе работы за счет выкрашивания затупившихся зерен. Однако слишком мягкий круг будет «сыпаться», т. е. быстро терять размер из-за интенсивного выкрашивания зерен. Наоборот, слишком твердый круг будет «за­ саливаться», что поведет к появлению на обрабатываемой, поверх­ ности прижогов и трещин.

В общем случае при шлифовании мягких материалов рекомен­ дуются твердые круги, и чем тверже обрабатываемый материал, тем мягче должен быть круг. Исключение делается для очень вяз­ ких материалов, обрабатываемых мягкими кругами.

Установлена следующая градация твердости кругов: мягкий (Ml, М2, М3), среднемягкий (СМ1, СМ2), средний (Cl, С2), сред­ нетвердый (СТ1, СТ2, СТЗ), твердый (Т1, Т2) весьма твердый (ВТ 1, ВТ2), чрезвычайно твердый (ЧТ1, ЧТ2).

Маркировка абразивных инструментов производится на нерабо­ чей поверхности и включает наименование завода-изготовителя, аб­ разивный материал, зернистость, твердость, связку, в некоторых случаях структуру, редко форму профиля, затем размеры и пре­ дельную скорость. Например,

ЧАЗЭБ40СТЗК5 ПП 300 X 50 X 65 35 м/сек

410

означает: Челябинский абразивный завод, электрокорунд белый, зернистость 40, среднетвердый третий, керамическая связка, струк­ тура № 5, плоский прямой, наружный диаметр 300 мм, ширина 50 мм, диаметр отверстия 65 мм, наибольшая скорость 35 м/сек.

Установка и правка шлифовальных кругов. Шлифовальный круг должен быть отбалансирован на заводе-изготовителе и про­ верен перед установкой на станке. Обязательным является испыта­ ние кругов на прочность при скорости, превышающей рабочую в 1,5 раза, в течение 5—10 мин (в зависимости от размера). Испыта­ ния производятся в специальных закрытых камерах.

Р и с . 259. К р е п л е н и е а б р а з и в н о г о к р у г а н а ш п и н д е л е

При установке на станке круг должен свободно надеваться на оправку, для чего диаметр отверстия его должен быть на 0,2— 0,8 мм больше диаметра оправки. Между зажимными поверхностя­ ми и кругом должна быть поставлена прокладка (резина, картон, кожа) толщиной 0,5—3 мм. Круг диаметром до 100 мм крепится на шпинделе винтом (рис. 259, а), диаметром до 500 мм — фланца­ ми (рис. 259, б).

Правка шлифовального круга (рис. 260) может производиться другим кругом (карбид кремния на керамической связке), шарош­ ками различных форм и размеров и, наконец, алмазом или алмаз­ ным карандашом. Правка алмазом наиболее эффективна и приме­ няется для ответственных фасонных кругов. Алмаз до двух карат (1 карат — 0,2 г) или алмазный карандаш в виде небольшого ци­ линдрика, состоящий из нескольких мелких алмазных зерен в воль- фрамо-медно-алюминиевом сплаве, ставится под некоторым углом к кругу, после чего делаются 3—5 проходов.

Правка цилиндрических и фасонных поверхностей обычно про­ изводится твердосплавными дисками (ВКЗМ, ВК6М).

Режим резания при шлифовании. Основные схемы шлифования следующие (рис. 261): наружное круглое (а), внутреннее круглое (б), плоское периферией круга (в), плоское торцом круга (г) и бес­ центровое наружное (д). В любом случае главным движением яв­ ляется вращательное движение шлифовального круга со скоростью резания ѵк, которая может быть найдена как окружная скорость вращения круга:

л D K пк .

Ѵ к ~ 1000-60 м / с е к -

411