Файл: Сагарда А.А. Алмазно-абразивная обработка деталей машин.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 27.06.2024
Просмотров: 71
Скачиваний: 0
A .A .Carapga, .И.Х.Чеповецкиц, Л.Л.Мишңаевскцй
АЛМАЗНО
АБРАЗИВНАЯ
ОБРАБОТКА
ДЕТАЛЕЙ
МАШИН
у" Ч
А.А. САГАРДА, И. X. ЧЕПОВЕЦКИЙ,
Л.Л. МИШНАЕВСКИЙ
АЛМАЗНО-АБРАЗИВНАЯ
ОБРАБОТКА ДЕТАЛЕЙ
МАШИН
ИЗДАТЕЛЬСТВО «ТЕХНІКА» КИЕВ — 1974
6П4.67
С13
УДК 621.921.34 Алмазно-абразивная обработка деталей машин. С а
г а р д а А. А., |
Ч е п о в е ц к и й И . X., М и ш - |
|||
и а е в с к и й |
Л. Л. |
«Техніка», |
1974, |
180 стр. |
Изложены основные |
сведения |
о |
процессах |
алмазно-абразивной обработки детален машин: шлифовании, хонинговании, суперфинишировании и полировании. Приведены данные исследования процесса мнкрорезания алмазным зерном. Показано влияние алмазной обработки на качество поверхнос ти деталей и их износостойкость. Даны рекоменда ции по выбору характеристики инструмента, ре жимов обработки, областей рационального примене ния алмазно-абразивной обработки, разработанные на основе анализа основных закономерностей процес сов. Рассмотрены конкретные примеры практическо го применения алмазной обработки деталей машин и полученный при этом экономический эффект. Пред назначена для инженерно-технических работников машиностроительной и металлообрабатывающей промышленности.
Табл. 35, илл. 56, библ. 29.
Рецензент докт. техн. наук Г. А. Прейс
Редакция литературы по машиностроению и тран спорту Заведующий редакцией инж. М. А. Василенко
У L(' Z r f t ä
Издательство «Техніка», 1974 г.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Значительное повышение производительности труда в промышленности, повышение технического уровня, качест ва и долговечности машиностроительной продукции связа но с разработкой новых, более прогрессивных способов об работки. Одним из таких способов является алмазно-абра зивная обработка.
Новым толчком в развитии абразивной обработки яви лось широкое использование в качестве абразива алмазных зерен. Несмотря на то, что возможности применения алма за как абразивного материала были известны еще в первом веке нашей эры, высокая стоимость и дефицитность сдер живали их широкое применение. Только во второй полови не XX века благодаря значительному расширению добычи природных и освоению промышленного метода получения
синтетических алмазов |
они стали широко использоваться |
|
в качестве абразивного |
материала. |
|
По данным зарубежной печати во всех странах, за исклю |
||
чением СССР, |
для технических целей в 1967 г., использо |
|
вано 40 млн. |
каратов, |
что в 8 раз превысило довоенный |
уровень. |
|
|
В СССР алмазы также широко применяют в различных отраслях промышленности. Если в капиталистическом мире потребление алмазов за период с 1962 по 1967 годы возрос ло в 1,4 раза, то в СССР за тот же период оно увеличилось более чем в 17 раз. При этом доля синтетических алмазов в общем балансе потребления технических алмазов в СССР
с 1962 по 1967 гг. увеличилась с 8% до 83%, за период с 1966 до 1971 гг. их производство увеличилось в 5,2 раза. В шестидесятых годах текущего столетия был создан еще один сверхтвердый материал — кубический нитрид бора, на зываемый в зависимости от технологии производства кубонитом, эльбором или боразоном. Кубический нитрид бора как вещество в природе не известен. Он создан в процессе
3
синтеза из нитрида бора (BN) и по своим свойствам близок к алмазу.
Ведутся работы по созданию новых сверхтвердых мате риалов. Недавно освоено производство кубического нитри да бора, превосходящего алмаз по теплостойкости. В Инсти туте сверхтвердых материалов в Киеве создан новый сверхтвердый материал «Славутич», не уступающий алмазу по износостойкости, превосходящий его по прочности. В настоящее время созданы новые марки синтетических ал мазов, превосходящие по прочности природные алмазы при мерно в два раза, освоен синтез различных марок алмазов с широким диапазоном прочности, что позволяет в каждом конкретном случае применять такую марку алмазов, при которой результаты обработки будут наилучшими.
Впоследние годы идет напряженный поиск новых и со вершенствование существующих методов алмазной обра ботки деталей машин.
Вкниге обобщен опыт работы Института сверхтвердых материалов, а также отечественный и зарубежный опыт по разработке, исследованию и внедрению процессов алмазной обработки деталей машин. Приводятся данные о шлифова нии, хонинговании, обработке лентами и притирке, результа ты исследования технологических процессов, исследования влияния алмазно-абразивной обработки на долговечность деталей машин, результаты исследования микрорезания алмазным зерном и физических явлений при алмазной обработке.
Авторы выражают признательность сотрудникам лабо
ратории алмазно-абразивной обработки металлов Институ та сверхтвердых материалов, принимавшим участие в про ведении исследований и внедрении новой технологии на за водах.
Отзывы и пожелания просим направлять по адресу:
252601, Киев, 1, ГСП, Пушкинская, 28, издательство «Техніка».
ФИЗИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ ПРИ АЛМАЗНОЙ ОБРАБОТКЕ
МЕТАЛЛОВ
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Режущие зерна абразивного инструмента в процессе ра боты подвергаются двум видам износа — хрупкому и пла стическому. Характеристикой хрупкой прочности материа ла является его предел прочности при растяжении, а пла стической прочности — твердость. Режущий материал пре терпевает значительные изменения под влиянием нагрева, степень которого зависит от выбранного метода и режима работы абразива. Наряду с этим абразивные зерна должны обладать износостойкостью, которая обеспечивала бы ста бильную точность и производительность в процессе обра ботки.
Многочисленные исследования характера износа режу щих зерен абразивного инструмента, проведенные как в
СССР, так и за рубежом, показали, что их разрушение про исходит в результате процессов адгезии и диффузии в зоне контакта, а также в результате механического воздействия, при котором появляются сколы, происходит пластическое течение и усталостное разрушение.
При анализе кривых температурных зависимостей уста новлено, что алмаз обладает высокой пластической проч ностью даже при нагреве до 800—900°, и только при обра ботке тугоплавких металлов возможно его пластическое разрушение. Высокую пластическую прочность имеет так же и кубический нитрид бора.
Алмаз имеет высокий модуль упругости, благодаря че му острота режущей кромки сохраняется при резании да же очень прочных материалов.
Теплопроводность алмаза значительно превышает теп лопроводность всех известных абразивов, что способствует интенсивному отводу тепла из зоны резания и, соответствен но, снижению температуры в зоне контакта.
Недостатком алмаза как абразивного материала являет ся его низкая теплостойкость. При нагреве до температуры
5
600—800° С алмаз в присутствии кислорода окисляет ся, а в вакууме постепенно превращается в графит.
Кубический нитрид бора имеет более высокую тепло стойкость, поэтому его можно использовать при более вы соких температурах в зоне резания.
Для наиболее полного использования уникальных свойств синтетических алмазов Комитетом стандартов, мер и измерительных приборов при Совете Министров СССР
утвержден ГОСТ 9206—70 «Порошки алмазные», в котором указаны марки алмазных порошков, их зернистость, тре бования к ним и методы контроля.
ЗАКОНОМЕРНОСТИ МИКРОРЕЗАНИЯ ЕДИНИЧНЫМ АЛМ АЗНЫ М ЗЕРНОМ
Ввиду сложности комплексного исследования работы абразивного инструмента необходимо определить закономер ности микрорезания (царапания) единичным зерном.
При контактировании твердых тел, как показал И. В. Крагельский, может происходить упругое оттеснение материала; схватывание пленок, покрывающих поверхнос ти твердых тел; срез; пластическое оттеснение материала;
схватывание поверхностей, |
сопровождающееся |
глубинным |
|||
вырыванием материала. |
|
|
|
|
|
В |
исследованиях |
по |
микрорезанию, |
проведенных |
|
М. М. |
Хрущовым и |
М. |
А. Бабичевым |
[20], |
а также |
Е. Н. Масловым [9], показано, что при абразивной обработ ке происходит срез и сопутствующее ему пластическое от теснение металла. В работах Н. И. Богомолова [4] в качест ве характеристики количества металла, перешедшего в стружку, введен, коэффициент стружкообразования (Кс), равный отношению объема металла, удаленного в стружку, к общему объему царапины. Значение Кс колеблется от 0 до 1 в зависимости от формы зерна и величины его внедре ния в металл, от прочности обрабатываемого металла и ско рости резания.
Для анализа работы единичного зерна абразивного ин струмента необходимо знать напряжения, развивающиеся, при этом.
Напряжения, развивающиеся на режущей части зерна,
можно определить при известных |
усилиях резания Ру и |
Рг. Под действием усилия Ру зерно |
вдавливается в обраба |
6
тываемую поверхность, а под действием усилия Pz происхо дит срез металла.
Для упрощения задачи принимаем, что режущие участ ки алмазного зерна имеют форму конусов с различными углами заострения.
При вдавливании конуса (рис. 1) на поверхности контак та конуса с образцом действуют нормальные и тангенциаль ные напряжения. Проекция на ось У элементарного нор
мального напряжения, |
дейст |
вующего на площадку dF |
|
(dN)y — ок sin adF. |
(1) |
Проекция на ту же ось ка сательного напряжения, дей ствующего на элементарную площадку, при условии, что сила трения подчиняется за кону Амонтона — Кулона,
(dT)u= faucos adF, |
(2) Рис. 1. Схема |
вдавливания ал- |
* |
мазного |
конуса, |
где f — коэффициент трения. Тогда
Ру = j (ок sin а + /стк cos а) dF
F
и после интегрирования
Ру = я/і%к tg а (tg а -f- /),
где h — глубина внедрения, а — половина ния конуса. Отсюда
(3)
(4)
угла заостре-
л = у |
р./_________ |
(5) |
||
яак tg а (tg а + |
/) |
|||
|
|
При этом сделано допущение, что величина контактного на пряжения (сгк) сохраняет постоянное значение на всех уча стках площади контакта до уровня первоначальной поверх ности вдавливания.
Для определения глубины вдавливания конуса по при веденной формуле необходимо установить зависимость зна чения ак от угла заострения и механических свойств об разца, а также определить значение коэффициента тре ния. Для этого были проведены соответствующие исследо вания.
7
При скольжении конусов по пластинкам, изготовленным из меди, различных сортов мягкой стали, свинца, по поли рованным поверхностям закаленных стальных пластинок и по пластинкам из твердого сплава Т15К6 коэффициент трения, независимо от сжимающего усилия, изменял ся в пределах 0,276—0,320, т. е. среднее его значение со ставляло 0,3. При этом загрязнение и смазка минеральны ми маслами не оказывали заметного влияния на его зна чение.
Полученные выводы справедливы, если шероховатость пластинки V H — V12. С повышением шероховатости зна чение коэффициента трения возрастает.
Для определения зависимости ок от механических свойств материала' образца и угла заострения конусов бы ло изготовлено специальное приспособление и проведено несколько серий опытов по вдавливанию конусов с угла ми при вершине 60°, 90°, 120°, 150° в образцы из стали У8, быстрорежущей стали Р8 и твердого сплава Т15К6.
В табл. 1 для каждого конуса приведены среднеарифме тические значения сгк и отношения стк к НВ.
Результаты опытов показали, что величина ак не зави сит от угла заострения конуса, а находится в прямой за висимости от показателя твердости по Бринелю. При этом отношение aJHB для всех испытанных металлов изменя лось от 1,17 до 1,32 и имело среднее значение 1,23.
После подстановки найденных значений f и ак формула для определения глубины вдавливания твердого конуса принимает вид
h = у |
_________ Ру_________ |
(6) |
|
|
1,23яЯВ tg ос (tg а + 0,3) |
|
|
При сравнении опытных и расчетных значений глуби |
|||
ны внедрения конусов установлено, |
что их |
расхождение |
|
не превышает 3—5% при условии, что |
величина внедрения |
значительно больше радиуса округления вершины. При ма лых нагрузках и больших округлениях величина расхожде ния возрастает.
Для проверки возможности распространения получен ных выводов на другие формы зерен была проведена серия опытов по вдавливанию правильных трех-, четырех- и шести гранных пирамид с углами наклона плоскостей граней к осевой линии 30, 45, 60°.
8