Файл: Ящерицын, П. И. Шлифование с подачей СОЖ через поры круга.pdf

Таким образом, высота капиллярного поднятия СОЖ в шлифовальном круге определяется его структурным строением, размерами пор и их однородностью по раз­ мерам.

Высота капиллярного поднятия СОЖ для шлифо­ вальных кругов ряда характеристик является достаточ­ но большой величиной, значительно превышающей мак­ симальный диаметр кругов, выпускаемых промышлен­ ностью. Поэтому алмазным кругом нами делались площадки на периферии исследуемых шлифовальных кругов. По ним стыковались круги, и таким образом на­ биралась необходимая высота «составного» круга для определения максимального поднятия СОЖ при капил­ лярном всасывании. Хорошо подогнанные алмазным шлифованием стыковые площадки не нарушают харак­ тер, скорость и высоту капиллярного всасывания.

Итак, высота поднятия СОЖ по капиллярам шлифо­ вального круга зависит от величины поверхностного на­ тяжения СОЖ, ее плотности, смачиваемости, структурно­ го строения круга, размеров его пор. Для большинства кругов высота капиллярного поднятия СОЖ составляет

15—1500 мм и больше.

Если шлифовальный круг после прекращения капил­ лярного всасывания поднять из жидкости, то капилляр­ ная СОЖ в порах круга находится в подвешенном со­ стоянии и удерживается капиллярными силами. Удаля­ ется капиллярная СОЖ при вращении шлифовальных кругов с общепринятыми скоростями резания. Время удаления находится в прямой зависимости от скорости вращения круга, размеров и степени извилистости ка­ пилляров. Удалению СОЖ из пор вращающегося круга способствует его вентилирующая способность. Как толь­ ко прекращается подача СОЖ через поры, круг заса­ сывает воздух и происходит продувка порового прост­ ранства круга. Капиллярная СОЖ практически не отли­ чается по своим свойствам от СОЖ в обычном состоя­ нии, и только температура замерзания ее зависит от раз­ мера пор и может доходить до —18 °С.

Если СОЖ полностью заполняет все поровое прост­ ранство круга, то в крупных порах, в которых не дейст­ вуют капиллярные силы, она находится в свободном со­ стоянии и способна перемещаться под действием силы тяжести. Такая СОЖ называется гравитационной.

57

Итак, СОЖ в поровом пространстве шлифовального круга находится в форме пара, в виде адсорбированной связанной (которая состоит из химически и физически связанной СОЖ) и в виде капиллярной и гравитацион­ ной. При подаче СОЖ через поры круга под действием центробежной силы по норовым каналам перемещается гравитационная и капиллярная СОЖ, а при определен­ ном значении центробежной силы — и часть физически связанной. Другая часть физически связанной и вся хи­ мически связанная СОЖ в виде адсорбированных пле­ нок проникают в точки непосредственного контакта аб­ разивных зерен с обрабатываемым металлом и обеспечи­

вают смазывающее и охлаждающее действие в зоне резания.

11. Прохождение чистой СОЖ через шлифовальный круг

Чистая СОЖ — это жидкость, в которой отсутству­ ют механические примеси: частицы абразива и связки, сошлифованного металла и т. д.

Движение СОЖ через поры круга носит очень слож­ ный характер, скорость ее прохождения в порах неодно­ кратно меняется по величине и направлению. Это не по­ зволяет определить действительную скорость движения СОЖ в порах и давление в любой точке. Поэтому для изучения процесса протекания СОЖ через шлифоваль­ ный круг применим статистический метод, основанный на работах Н. Е,- Жуковского, Н. П. Павловского и др. В этом случае для упрощения внесем понятие условной скорости движения СОЖ: отношение фактического рас­ хода СОЖ к площади нормального сечения среды А, которую назовем средней скоростью фильтрации:

( 3 2 )

Так как в шлифовальном круге площадь нормально­ го сечения представляет собой коаксиальную цилиндри­ ческую поверхность переменной величины, а суммарная площадь поперечного сечения сообщающихся поровых

каналов равна Ап= А т а, то средняя скорость движения

сож

m an r H '

58

от величины внутреннего до величины наружного радиу­ са круга.

Сопротивление шлифовального круга характеризует­ ся перепадом давления СОЖ на входе и выходе из круга и складывается из потерь на трение, расширение (суже­ ние) и изменение направления элементарной струйки. Проводимость круга по отношению к СОЖ характери­ зуется его проницаемостью, которая определяется по за­

мере фильтрации чистой СОЖ сопротивление круга не­ прерывно возрастало. После прекращения подачи СОЖ и возобновления ее через некоторое время сопротивле­ ние оказывалось близким к исходному.

Это явление, называемое фильтрационным эффектом, обусловлено образованием в поровых каналах шлифо­ вальных кругов паровоздушных пузырьков, которые или выносятся СОЖ из поровых каналов, или закупорива­ ют их, увеличивая гидравлическое сопротивление кругов. После прекращения подачи СОЖ образование паровоз­ душных пузырьков прекращается, а оставшиеся пузырь­ ки уносятся потоком воздуха. В результате пропускная способность круга восстанавливается.

Экспериментально установлено, что необходимым и достаточным условием исключения появления фильтра­ ционного эффекта является подача СОЖ в полость кру­ га под давлением 0,3—0,5 кгс/см2.

Повышение давления во внутренней полости круга необходимо в двух случаях: 1) с увеличением раствори­ мости воздуха в СОЖ, ее испаряемости, скорости проте­ кания через круг и пути фильтрации; 2) с уменьшением диаметра и количества пор.

59

12. Механизм прохождения загрязненной СОЖ через шлифовальный круг

В реальных условиях СОЖ представляет собой тон­ кодисперсную среду, в которой содержатся взвешенные частицы шлама (абразива, связки и стружки шлифуе­ мого металла). Процесс движения реальной СОЖ через пористый шлифовальный круг можно рассматривать как два гидродинамических процесса, протекающих одно­ временно: собственно процесс течения СОЖ через пори­ стый круг, называемый фильтрацией, и процесс выделе­ ния твердых частиц шлама на внутренней поверхности круга в виде осадка, называемый фильтрованием. Про­ цесс фильтрования отечественными учеными изучен до­ статочно глубоко [91—93]. Механизм прохождения за­ грязненной СОЖ через шлифовальный круг имеет мно­ го общего с центробежным фильтрованием в перфори­ рованных роторах фильтрующих центрифуг. Наряду с этим ему присущи определенные особенности.

В основе процесса фильтрации загрязненной СОЖ через поры шлифовальных кругов лежит ряд механи­ ческих и физико-химических явлений: механическое по­ глощение частиц шлама в порах круга вследствие пре­ рывности пор, неправильной и разнообразной их формы, извилистости поровых каналов; адсорбция, обусловлен­ ная молекулярным притяжением между частицами шлама и твердым телом круга. При этом возможна коагуляция разнородных частиц шлама (металлическая стружка — абразив — связка — компоненты СОЖ) как следствие их разных по знаку электрических зарядов. В результате коагуляции образуются сложные комплек­ сы (состоящие из двух и более веществ), размеры кото­ рых значительно больше размеров составивших их ча­ стиц отдельных веществ.

Если частицы шлама по размеру больше размеров пор, то они откладываются в виде корки на внутренней поверхности шлифовального круга. Если же размер частиц меньше среднего размера пор круга, то некото­ рая часть этих частиц проходит внутрь порового прост­ ранства. При этом за счет адсорбции, механического торможения и других явлений частицы задерживаются внутри пор, уменьшают живое сечение и в конечном сче­ те закупоривают поры.

60

2л г Н

61

Pile. 12. Схема для изучения образования осадка во внутрен­

ний радиус слоя СОЖ в полости круга)

62

Из уравнений (35) и (36) имеем

равного внутреннему радиусу шлифовального круга) до

Из совместного решения уравнений (40) и (41) полу­ чим выражение элементарного падения давления СОЖ на элементарном слое шлама:

dP

(42)

2пНКс ' г

Тогда полное падение давления СОЖ в слое осадка по­ лучается после интегрирования уравнения (42) в преде-

63