Файл: Маслов, Е. Н. Теория шлифования материалов.pdf

Д -р техн. наук профессор

Е. Н. Маслов

ТЕОРИЯ

ШЛИФОВАНИЯ

МАТЕРИАЛОВ

КОНТРОЛЬНЫЙ I ЭКЗЕМПЛЯР___ I

Москва «Машиностроение»

1974

М31

УДК 621.923:621.9.01

рІ-ЫЧ&ск .

Маслов Е. Н. Теория шлифования материалов. М., «Машино­ строение», 1974, 320 с.

В книге рассмотрен комплекс вопросов, относящихся к совре­ менной теории шлифования материалов и опирающихся на прогрессивную практику шлифования. В ней кратко сформули­ рованы особенности и разновидности процесса шлифования, а также приведены сведения о новейшей шлифовальном инстру­

шим закономерностям процесса шлифования: кинематике ра­ боты шлифующего зерна, механизму микрорезания зерном и шлифовальным кругом, динамике и теплофизике процесса, износу и стойкости шлифовальных кругов, шероховатости поверхности и качеству поверхностных слоев обработанных деталей. В книге приведены также такие перспективные разно­ видности процесса как ленточное и электрохимическое шлифо­ вание. Уделено внимание рассмотрению обрабатываемости ма­ териалов шлифованием и рациональному использованию шлифо­ вальных станков и кругов. Указаны перспективы дальнейшего развития процесса шлифования, направленного на повышение производительности обработки, улучшение качества продукции

и снижение ее себестоимости.

Книга предназначена для научных работников высших учебных заведений и научно-исследовательских институтов, а также для инженерно-технических работников машинострои­ тельных предприятий, работающих в области абразивной обра­ ботки материалов. Табл. 17, ил. 163, список лит. 190 назв.

Рецензент Заслуженный деятель науки и техники РСФСР д-р техн. наук проф. А. Я. Малкин

31207-061 038(01)-74 81-74

© Издательство «Машиностроение», 1974 г.

ности. Для обработки таких деталей в последующие годы некоторое применение получил различный инструмент (алмазные круги и др.) из природного алмаза.

Однако, широкое внедрение алмазной обработки в про­ мышленность стало возможным в результате открытия месторождений природных алмазов, создания алмазодо­ бывающей промышленности в Якутии и благодаря раз­ работке и промышленному освоению технологии произ­ водства синтетических алмазов.

На ведущих предприятиях машиностроения и прибо­ ростроения нашей страны абразивная доводка твердо­ сплавного режущего инструмента была заменена доводкой алмазным инструментом. Там, где это было экономически целесообразно, успешно была внёдрена и алмазная за­ точка твердосплавных инструментов. В автомобильной

итракторной промышленностях было налажено хонинго­ вание отверстий ряда деталей (гильз, шатунов, шестерен

ит. д.) с помощью алмазных брусков вместо абразивных. При изготовлении прецизионных деталей из высокотвер­ дых материалов с повышенными требованиями к точности

икачеству поверхностей начал широко применяться ал­ мазный инструмент.

Эффективная обработка различных железосодержащих материалов (особенно сложнолегированных сталей) шли­ фованием стала возможна в результате создания шлифо­

вальных кругов с зерном из кубического нитрида бора. В настоящее время многие детали обрабатываются с точ­ ностью долей микрона и шероховатостью поверхностей до 11—13-го класса, что обеспечивается главным образом шлифованием и его разновидностями (хонингованием, сверхотделкой, ленточной обработкой и др.).

В общем машиностроении из металлорежущих станков 10—12% являются шлифовальными, а на заводах массо­ вого производства шлифовальных станков значительно больше: в автомобильной промышленности — до 25%, в подшипниковой промышленности — до 55—60%.

Эффективная обработка большой группы важнейших современных материалов (твердых сплавов, полупровод­ ников, металло- и минералокерамики, ферритов, стекла, ситаллов, рубина, технических камней и др.), практически невозможна без применения алмазного инструмента соот­ ветствующей характеристики.

В связи со специализацией предприятий, переводом их технологии на рельсы крупного производства и прогрессом

4

в технологии формообразования заготовок (широкое вне­ дрение штамповки, точного литья и др.). обеспечивается непрерывное снижение припусков на механическую обработку деталей. В ряде случаев эффективно обдироч­ ные операции производить с применением шлифовального инструмента.

Процесс шлифования и его разновидности легко под­ даются механизации и автоматизации. При изготовлении различных деталей массового производства наряду с раз­ работкой оптимальных режимов резания устанавливаются высокие требования к станкам, инструменту и приспо­ соблениям и часто создаются новые станки и технологи­ ческие процессы, рационально сочетающие преимущества металлических и шлифовальных инструментов. Такое комплексное решение вопросов обеспечивает наиболее высокие технические и экономические показатели.

Сложность процесса шлифования и большое число переменных параметров режущего инструмента — шли­ фовального круга или его разновидностей (по свойствам, геометрическим параметрам зерна, расположению зерен на рабочей поверхности, свойствам связки, твердости и т. д.), создают трудности при теоретическом и экспери­ ментальном изучении этого процесса.

В настоящее время процесс шлифования и сопровож­ дающие его явления активно изучаются в лабораториях ряда научно-исследовательских институтов, высших учебных заведений и заводов нашей страны. Трудами научных коллективов в нашей стране создан обширный теоретический и экспериментальный материал, позволяю­ щий успешно внедрять прогрессивную технологию абра­ зивной и алмазной обработки деталей в промышлен­ ности.

Задача советской школы учения о резании металлов заключается в полном раскрытии физической сущности процесса шлифования и явлений, его сопровождающих, а также в обобщении экспериментального материала, на­ копленного в области исследования процесса, что необ­ ходимо для создания высокопроизводительного шлифо­

вания.

Высокопроизводительное шлифование предусматри­ вает работу с высокими скоростями и подачами, с автома­ тизацией цикла станка, с применением современных при­ способлений при рациональной организации труда и вы­ полнением других мероприятий, обеспечивающих рост

5

Г л а в а I

СУЩНОСТЬ ПРОЦЕССА ШЛИФОВАНИЯ И ШЛИФОВАЛЬНЫЙ ИНСТРУМЕНТ

Особенности процесса шлифования

Шлифование — процесс массового скоростного микро­ резания (царапания) поверхностных слоев твердых тел большим числом мельчайших шлифующих зерен, сцемен­ тированных в инструмент с помощью связки; процесс протекает на высоких скоростях: наиболее часто до 50 м/с и в отдельных случаях до 100 м/с. Процесс шлифования используют для придания изделиям высокой точности, а также для предварительной обработки заготовок — очи­ стки отливок, поковок и др.

Основным видом шлифования является наружное круг­ лое шлифование с продольной подачей (рис. 1). В этом случае траектория резания (царапания) зерном является винтовой гипоциклической кривой, а поверхностью реза­ ния будет поверхность из семейства винтовых-гипоци- клических.

V

7

Различают шлифование: 1) связанным (закрепленным)

зерном — при использовании зерен, сцементированных связкой в круг, брусок, сегмент, головку или другой режу­ щий инструмент, а также при использовании зерен, при­ клеенных к гибкому основанию, когда режущий инстру­ мент приобретает форму шлифовальной ленты (рис. 2); 2) свободным зерном — при использовании зерен в виде' порошка для шлифующе-жидкостной, шлифующе-ультра- звуковой или другой подобной обработки твердого мате­ риала (рис. 3).

Наибольшее применение имеет обработка связанным шлифующим зерном. Шлифующее зерно может быть из

Рис. 2. Схемы основных методов шлифования связанным зерном: наружное круглое:

а — методом продольной подачи; 6 — методом поперечной подачи; в — ме­ тодом поперечной подачи для фасонного профиля; г — бесцентровое;

периферией круга при вращении детали; л — торцом круга при поступатель­

8

корунда, карбида кремния, алмаза, кубического нитрида бора (КНБ) 1 и других сверхтвердых материалов и их композиций. В соответствии с этим различают шлифова­ ние: абразивное — при зерне из электрокорунда, карбида кремния и другого шлифующего материала, кроме алмаза и кубического нитрида бора; алмазное — при зерне из алмаза; кубонитридоборное — при зерне из кубического нитрида бора.2

Шлифование как метод чистовой обработки материалов обеспечивает: 1) высокую производительность, определяем

--- -------- г?

Ш

б)

Рис. 3. Схемы основных методов шлифования свО' бодным абразивом:

а — струйное; 6 — ультразвуковое; в — доводочное

мую размером поверхности детали, обработанной в еди­ ницу времени, что достигается как высокими скоростями и большими обрабатываемыми поверхностями, так и предельным сокращением времени, необходимого для установки и снятия детали (при бесцентровом шлифовании, при плоском шлифовании с применением магнитного стола и пр.); 2) высокую размерную точность сопряжения деталей в пределах до 2—3 мкм и меньше; 3) высокую геометрическую точность формы деталей, например нецилиндричность деталей в пределах 2—3 мкм, некруглость

1 В зависимости от принятой технологии изготовления кубиче­ ский нитрид бора называют: эльбором [технология разработана Все­ союзным научно-исследовательским институтом абразивов и шлифо­ вания (ВНИИАШ) и станкостроительным заводом им. Ильича], кубопитом [технология разработана украинским институтом сверхтвердых материалов (ИСМ) ] и боразоном (термин, принятый за рубежом).

® Указанное различие является условным, так как шлифование любым из указанных зерен является абразивным. Выделение алмаз­ ного и кубонитридоборного шлифования в отдельные группы принято в связи с наличием у этих видов обработки определенных специфиче­ ских особенностей и большой практической значимости.

9