Файл: Сагарда А.А. Алмазно-абразивная обработка деталей машин.pdf

условиях резания указанных материалов исключается и только при обработке тугоплавких металлов (вольфрама, молибдена, ниобия и т. п.), температура плавления кото­ рых близка к температуре плавления алмаза, возможно пла­ стическое разрушение алмаза. В процессе исследования в ряде случаев на контактных поверхностях алмазных зерен действительно были обнаружены следы пластического те­ чения.

Как указывалось выше, абразивный инструмент должен быть не только достаточно прочным, но и износостойким. При обработке им должны стабильно обеспечиваться высо­ кая точность и производительность. Установлено, что в за­ висимости от условий резания алмазные зерна абразивного инструмента подвергаются различным по природе видам износа: адгезионно-усталостному, абразивному, диффу­ зионному, химическому, окислительному, графитизации и др. Наиболее полное исследование износа алмазных зерен провели Т. Н. Лоладзе и Г. В. Бокучава [8, 12].

Удаление материала с контактных поверхностей инстру­ мента в результате среза и отрыва микрочастиц, вызванных адгезионными явлениями, принято называть адгезионным износом. Разрушение абразивного материала при адге­ зионном износе имеет такой же характер, как и усталостные разрушения.

При абразивном износе твердые включения обрабатывае­ мого материала или отпавшие частицы материала инстру­ мента, внедряясь в контактные поверхности инструмента, царапают их, действуя как микроскопические резцы.

При высоких температурах резания, которые свойствен­ ны процессу шлифования, может происходить интенсивное окисление, что является причиной окислительного износа инструмента.

В некоторых случаях при абразивной обработке происхо­ дит диффузионный износ. Износостойкость абразивного ин­ струмента в этом случае зависит от скорости взаимного диф­ фузионного растворения компонентов абразивного и обра­ батываемого материалов, которая, в свою очередь, зависит от предельной растворимости этих материалов, определяе­ мой по их диаграмме состояния и величинам коэффициен­ тов диффузии. Протекание диффузионных процессов в зо­ не контакта абразива и шлифуемого материала возможно лишь при наличии химического сродства между ними. Чем оно больше, тем интенсивнее протекают диффузионные про­

20

цессы. Степенью химического сродства характеризуется так­ же интенсивность адгезии между материалом абразива и обрабатываемым материалом и, следовательно, интенсив­ ность адгезионно-усталостного износа.

В большинстве случаев при обработке происходит из­ нос нескольких видов одновременно.

Признавая наличие диффузии в контакте алмаза с желе­ зом, И. Икава и Т. Танако [27] считают, что доминирующим видом износа алмазного зерна является графитизация. Же­ лезо является катализатором при образовании графита (процесс графитизации происходит более интенсивно при использовании железного порошка по сравнению с графитизацией при использовании других металлов). Сравнивая об­ щий износ единичного алмазного конуса с диффузионным износом, авторы пришли к выводу, что интенсивность из­ носа, происходящего вследствие графитизации, примерно в 3 раза выше интенсивности диффузионного износа.

По мнению Д. А. Линденбека [23], наиболее существен­ ное влияние на износ алмазных кругов оказывает интенсив­ ное образование наростов. В процессе резания мельчай­ шие частицы отрываются от стружки и от обрабатываемой поверхности и прилипают к алмазному зерну. По мере шли­ фования нарост увеличивается в результате налипания но­ вых частиц как к самому алмазу, так и к уже образовавше­ муся наросту. В результате микроскопического анализа установлено, что при отрыве больших наростов часто вме­ сте с ними отрывается и алмазное зерно. При появлении на­ ростов снижается режущая способность кругов, возраста­ ют усилия резания и увеличивается поверхность трения круга о деталь, вследствие чего увеличивается работа внеш­ него трения. Это приводит к повышению температуры в зо­ не шлифования и к дальнейшему более интенсивному изно­ су алмазных зерен.

Интенсивность налипания металла на алмазные зерна зависит от наличия дефектов на их поверхности (раковин, трещин и др.). В результате пластических деформаций обра­ батываемый металл и стружка проникают в дефекты на по­ верхности зерен. При этом возрастают силы в месте контак­ та налипшего на зерно металла и обрабатываемого материа­ ла, что приводит к раскалыванию и выкрашиванию зерен.

На рис. 7, а приведены фотографии поверхности алмаз­ ного зерна после шлифования чугуна, сделанные с помощью микроскопа МИМ-8. На зерне видна область налипшего

21

Рис. 7. Поверхность алмазного зерна после шлифования чугуна:

металла. То, что это обрабатываемый металл, а не металл связ­ ки, видно на фотографии поверхности зерна, снятой на рентгеномикроанализаторе «Microskan-5» в отраженных электро­ нах (рис. 7, б) и в характеристическом излучении FeKa

своей теплостойкости и химической инертности к большин­ ству обрабатываемых металлов изнашивается главным обра­ зом в результате микро- и макросколов зерен.

АЛМАЗНОЕ ШЛИФОВАНИЕ

ШЛИФОВАНИЕ СТАЛИ И ЧУГУНА

СОХЛАЖДЕНИЕМ

Изучение процесса резания при шлифовании стали, чу­ гуна и твердого сплава показало, что одним из существен­ ных факторов, от которых зависит работоспособность кру­ гов, является стружкообразование при обработке этих материалов.

При шлифовании твердого сплава образуется пылевид­ ная мелкая стружка размером 0,5—2 мкм, которая легко размещается на рабочей поверхности круга между связкой и обрабатываемой поверхностью и выносится из зоны реза­ ния. При обработке чугуна образуется мелкая стружка раз­ мером 3—15 мкм, а также небольшое количество сливной стружки с ясновыраженными плоскостями сдвига. В про­ цессе шлифования стали появляется главным образом слив­ ная стружка с поперечным сечением порядка 600 мкм2, дли­ ной 30—120 мкм. При размещении такой стружки между связкой и обрабатываемой поверхностью происходит зна­ чительный износ связки. При шлифовании стали рабочая поверхность круга шероховата, а при обработке твердого сплава она сравнительно гладкая. Поэтому требования к связке при шлифовании стали несколько иные, чем при об­ работке твердого сплава. Ввиду значительного выступа­ ния зерен над связкой, которое имеет место при шлифова­ нии стали, требуется большая прочность зерен и более

23

высокая степень их удержания в связке. Стальная стружка при ее образовании и удалении из зоны шлифования оказыва­ ет активное разрушающее действие. Кроме того, в результа­ те значительных пластических деформаций стали и адгезионных явлений сила сцепления алмазного зерна с об­ рабатываемым металлом весьма высокая. В некоторых слу­

небольшого количества одновременно работающих зерен (источников тепла) ниже, что позволяет повысить режимы шлифования. При этом работоспособность кругов в значи­ тельной степени зависит от прочности зерен.

Так как синтетические алмазы различных марок имеют различную прочность и можно выбирать оптимальную марку алмазов в зависимости от условий шлифования, необходимо знать зависимость работоспособности кругов от марки син­ тетических алмазов при шлифовании стали и чугуна.

Зависимость удельного расхода алмазов различных ма­ рок зернистостью 160/125 при шлифовании стали ШХ15 от производительности обработки кругами АПП 250 X 10 представлена на рис. 8.

24

Круги из' алмазов АСО даже при производительности 750 мм31мин применять для шлифования стали нецелесооб­ разно, так как зерна в процессе шлифования этими круга­ ми хрупко разрушаются. Это подтверждается анализом от­ ходов шлифования, в которых находилось большое коли­ чество осколков зерен. С увеличением производительности интенсивно растет износ кругов и из алмазов АСР, имеет место хрупкое разрушение зерен, но интенсивность его ни­ же, чем у алмазов АСО.

При производительности до 1300 мм3/мин круги из ал­ мазов АСВ и АСК имеют весьма близкие значения удель­ ного расхода. При дальнейшем повышении производитель­ ности шлифования удельный расход алмазов АСВ резко воз­ растает. Очевидно, нагрузка на алмазные зерна в этом случае превышает их прочность, и начинается их интенсив­ ное хрупкое разрушение. При производительности выше 1300 мм3/мин минимальный износ наблюдается у кругов с прочными алмазными зернами АСК.

При обработке других материалов зависимость износа кругов от производительности обработки имеет аналогич­ ный характер, однако для каждого материала существует определенное свое значение производительности, при кото­ ром нагрузка на зерна превышает их прочность. Например, при шлифовании быстрорежущей стали Р12Ф5М кругами из алмазов АСВ при повышении производительности свы­ ше 1300 мм31мин износ кругов также резко возрастает.

Степень удержания зерен связкой можно увеличить путем металлизации зерен. С повышением производитель­ ности обработки преимущество металлизированных алма­ зов проявляется все ощутимее. Если при производительно­ сти 750 мм3/мин круги из металлизированных алмазов АСК имеют удельный расход на 25% меньше удельного расхо­ да кругов из обычных алмазов, то при производительности 1900 мм3/мин удельный расход кругов из металлизирован­ ных алмазов меньше почти в 2 раза. При производительно­ сти до 1300лш3/лшн минимальная стоимость обработки обес­

При круглом шлифовании алмазами АСВ и АСК зерни­ стостью 125/100 чистота обработанной поверхности соответ­ ствует 6—7-му классу, что свидетельствует о высокой

25

производительность обработки понижается, а чистота обра­ ботанной поверхности повышается. В случае использования кругов зернистостью ACM 40/28 обеспечивается получение 9-го класса чистоты поверхности при производительности обработки 280 M M ZIM U H . С повышением производительности обработки резко возрастает износ кругов. Зависимость из­ носа кругов на металлической связке и чистоты поверхности

Рис. 9. Влияние скорости вращения детали (а) и продольной подачи

(б) на удельный расход алмазов и шероховатость поверхности:

обработке стали ШХ15 представлена на рис. 9. С увеличе­ нием скорости вращения детали износ кругов возрастает, причем чем выше глубина шлифования, тем степень влияния скорости вращения детали больше. Наибольшее влияние на удельный расход алмазов оказывает продольная подача. Для снижения удельного расхода алмазов и повышения про­ изводительности шлифования необходимо увеличивать по­ перечную подачу и снижать продольную, т. е. применять схему так называемого глубинного шлифования.

В процессе шлифования кругами на органической связ­ ке при производительности 750 мм3/мин удельный расход алмазов на 30% выше, чем при шлифовании кругами на ме­ таллической связке. При производительности 1900 мм3/мин

26