Файл: Лебедев, В. Г. Шлифование зубчатых колес абразивными, алмазными и эльборовыми кругами.pdf

на каждом; при четвертом и пятом — по 0,02 мм; при шес­ том — 0,01 мм.

Температура поверхности при первых трех проходах составляет около 600° С, а при последних — находится в пределах 400—300° С, т. е. ниже температуры, при ко­ торой наблюдаются прижоги поверхности.

Глубина прижженного слоя, образующегося в период предварительных проходов, составляет 15—20 мк. Этот слой полностью удаляется при чистовых проходах. Ос­ таточные напряжения после такой обработки не превыша­ ют 40 кПмм2.

ШЛИФОВАНИЕ ЗАКАЛЕННЫХ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС КРУГАМИ ИЗ СИНТЕТИЧЕСКИХ АЛМАЗОВ

Круги из синтетических алмазов применяют при за­ точке и доводке режущего инструмента, а также при шли­ фовании труднообрабатываемых сталей и сплавов. Шлифо­ вание закаленных зубчатых колес кругами из синтети­ ческих алмазов находится в стадии разработки. Основное препятствие для его внедрения — отсутствие данных о расходе алмазов и температуре поверхности при обработке, а следовательно, и рекомендаций по выбору алмазных кру­ гов и режимов шлифования. На процесс теплообразования при шлифовании закаленных зубчатых колес кругами из синтетических алмазов, так же как и при шлифовании аб­ разивными кругами, влияют в основном три группы факто­ ров: свойства обрабатываемого металла, характеристики шлифовального кругаирежимы обработки. Влияние указан­ ных факторов на температуру поверхности при шлифова­ нии кругами из синтетических алмазов в основном анало­ гично их влиянию при шлифовании абразивными кругами.

Из свойств обрабатываемого металла основное влияние оказывает коэффициент тепловой активности.

При увеличении зернистости с 8 до 40 температура по­ верхности снижается на 25—30%. По данным исследова-

16

ний [23] радиусы закругления алмазных зерен при зернис­ тости 8 равны примерно 1,4—2 мк. При зернистости 40 радиус закругления равен приблизительно 4—5 мк, т. е. увеличивается в 2—3,6 раза. Так как количество теплоты, выделяющееся при трении абразивного зерна о металл как при разрушении, так и без разрушения металла, прямо пропорционально радиусу закругления зерна [28], то приблизительно можно считать, что тепловой поток от отдельного зерна максимально увеличивается в 3,6 раза, т. е. в первом случае напряженность импульса от зерна составит q вт, а во втором — 3,6 q вт.

В1 лмі2 круга при зернистости 8 содержится 22 зерна,

апри зернистости 40—5 зерен [271. Таким образом, об­ щий тепловой поток в первом случае составит 22q, а во втором — 3,6# X 5 = 18 q, т. е. общий тепловой поток уменьшится в 1,22 раза.

Связка также играет существенную роль в теплообра­ зовании. Температура поверхности при шлифовании кру­ гами на связке КБ на 30—50% ниже, чем при шлифовании кругами на связке Б1. Связка КБ менее прочная и оказы­ вает меньшее сопротивление выравниванию зерен, поэтому круги на связке КБ обладают большей способностью к самозатачиванию и температура при обработке такими кру­ гами ниже.

Рассмотрим зависимость температуры поверхности от

параметров режимов при алмазном шлифовании закален­ ных зубчатых колес. Зависимости температуры поверх­ ности от скорости вращения шлифовального круга, величины подачи, относительной скорости детали при ал­ мазном шлифовании аналогичны таким же зависи­ мостям при шлифовании абразивными кругами, а зависимости температуры поверхности от глубины ре­ зания в первом и втором случаях различны. Из формулы

(2) следует, что при абразивном шлифовании температура поверхности повышается пропорционально Í0’5, а при шли­ фовании закаленных зубчатых колес алмазными кругами,

как будет показано ниже, прямо пропорционально t. Зависимости температуры поверхности от параметров режима шлифования закаленных зубчатых колес ал­

характеристики алмазных зерен значительно выше, чем характеристики абразивных зерен. Коэффициент тепло­ проводности и тепловой активности алмазного зерна со­ ответственно в 10 и 2 раза выше, чем указанные коэффи­ циенты абразивного зерна (табл. 1). Если считать, что при больших скоростях перемещения алмазного зерна относи­ тельно поверхности шлифуемого металла коэффициент теп­ лоотдачи не зависит от скорости, то распределение тепла

IS

между алмазным зерном и поверхностью металла должно зависеть только от тепловой активности металла и зерна

Из формулы (5) следует, что для большинства закален­ ных сталей это отношение равно Б/4, т. е. 55% выделив­ шегося тепла должно уходить в алмазное зерно. При рас­ четах установлено, что для того, чтобы нагреть все алмаз­ ное зерно зернистости 16 до температуры 500—800° С, необходимо затратить (40—70)-10~6 дж. Учитывая, что мощность теплового потока от отдельного зерна составляет 1—3 джісек [27], можно подсчитать, что нагрев всей массы зерна до указанной температуры должен произойти за время 1,4 • ІО-4 сек. Среднее время контакта зерна с ме­

таллом составляет ІО-4 сек, поэтому можно утверждать, что масса алмазного зерна достаточна для отвода выделив­ шегося тепла в течение всего времени контакта зерна с металлом. Благодаря небольшим радиусам закругления, низкому коэффициенту трения, развитой поверхности зер­ на, высокой тепловой активности алмаза, можно предпо­ ложить, что при шлифовании кругами из синтетических алмазов должно наблюдаться более значительное сниже­ ние температуры по сравнению с абразивным шлифова­ нием, чем те, которые наблюдаются в действительности. Это объясняется следующим образом.

При резании металла связка играет существенную роль не только в теплообразовании, то и в теплораспределении. Алмазные круги на органических связках, которые при­ меняются наиболее широко, в отличие от абразивных кругов на керамической связке не имеют пор. Тепловая актив­ ность карболитовой и бакелитовой связок примерно в 20 раз ниже тепловой активности алмазного зерна и шли­ фуемой стали. Теплораспределение между сталью и

связкой можно выразить отношением 20/t, т. е. в связку отводится всего 5% выделившегося тепла. В настоящее время в литературе нет достаточно проверенных данных, по которым можно было бы оценить соотношение между площадью трущейся связки и площадью трущихся зерен. Если это соотношение равно 1, т. е. трущиеся площади связ­ ки и зерен одинаковы, то тепловая активность контактируемой поверхности круга, равная при трении только ал­ мазных зерен (связка в процессе трения не участвует)

15,8 ■ ІО3, снижается до 8,2 • 10® —« я ѵГ- '

Теплораспределение между кругом и металлом в этом слу­ чае выражается отношением 3/в, т. е. тепловой поток, на­ правленный в деталь, возрастает вдвое, что должно при­ вести к повышению температуры. Так как в процессе трения связки также выделяется тепло, повышение тем­ пературы будет еще большим. При небольших глубинах ре­ зания влияние связки ограничено, но по мере увеличения глубины резания оно становится все более значительным.

Экспериментальным путем получена формула для рас­ чета температуры поверхности в зависимости от свойств шлифуемого металла, характеристик круга и ре­ жимов обработки при шлифовании закаленных зубчатых колес алмазными кругами:

Для связки КБ коэффициент = 1, а для связки Б1 — 1,3. При зернистости 40—32 коэффициент к2 — 1, при зер­ нистости 25—16 к2 = 1,18, а при зернистости 10—8 кг =

= 1,3.

Остальные обозначения, входящие в формулу (6), рас­ шифрованы выше.

Если при одинаковых параметрах режима сравнить формулу (2) и (6) для кругов ЭБ40МЗК и АСП40КБ 100%, в процессе обработки которыми наблюдается минималь­

20

ная температура поверхности, то в диапазоне глубин ре­ зания до 0,035 мм включительно температура поверхности при алмазном зубошлифовании в 2,2—1,16 раза ниже, чем при абразивном. При глубине 0,04 мм температуры по­ верхности при алмазном и абразивном зубошлифовании примерно равны, а при глубине шлифования выше 0,04 мм температура поверхности при алмазном зубошлифовании выше, чем при абразивном. Это объясняется различием зависимостей температуры от глубины шлифования при алмазном и абразивном зубошлифовании.

Величина прижогов при шлифовании закаленных зубчатых колес алмазными кругами зависит от тех же фак­ торов, что и при абразивной обработке, т. е. от температу­ ры поверхности и от времени воздействия источника теп­ ла на шлифуемую поверхность. В диапазоне малых глу­ бин резания (до 0,03 мм) температура поверхности обычно ниже критических точек для шлифуемых материалов, по­ этому прижоги поверхности отсутствуют. Глубина прижога в зависимости от температуры поверхности и от вре­ мени теплового воздействия на металл может быть рас­

верхностном слое обрабатываемого зуба в основном та­ кой же, как и при абразивной обработке. Если режимы та­ ковы, что температура поверхности значительно ниже, чем при абразивном шлифовании, и если при данных температурах отсутствуют прижоги, то величина остаточ­ ных напряжений при алмазном шлифовании на 35—40% ниже, чем при абразивном, хотя знак их сохраняется. Зависимость величины остаточных напряжений от темпе­ ратуры поверхности представлена в виде табл. 2.

Шероховатость поверхности при шлифовании кругами на связках КБ и Б1 примерно одинакова. Так, при

21

шлифовании кругами на связке Б1 шероховатость поверх­ ности в ряде случаев выше, чем шероховатость при шлифо­ вании кругами на связке КБ на 0,2—0,3 мк, что не выхо­ дит за пределы одного разряда.

При увеличении зернистости алмазного круга шерохо­ ватость поверхности повышается, хотя и незначительно.

Так, при увеличении зернис­ тости алмазного круга с 8 до 16—25 шероховатость поверх­ ности повышается на один раз­

ряд.

При увеличении Кд проис­ ходит некоторое повышение шероховатости поверхности. Причина этого такая же, как

ся примерно на один класс (рис. 8).

Величина подачи и глубина резания, так же как и в случае абразивного шлифования, существенного влияния на шероховатость поверхности не оказывают.

Из сопоставления результатов обработки алмазными и абразивными кругами следует, что при шлифовании зака­ ленных зубчатых колес алмазными кругами шероховатость поверхности может быть снижена на 1—2 класса и со­ ответствовать 9в классу чистоты.

Из-за высокой стоимости алмазных кругов по сравне­ нию с обычными абразивыми кругами удельный износ

22