«ШЛИФОВАНИЕ АБРАЗИВНЫМ И АЛМАЗНЫМ ИНСТРУМЕНТОМ Учебное пособие Москва 2012 УДК 621.922.02 ББК 34.63 К-611 Рецензент: кандидат технических наук, профессор кафедры материаловедения Федерального государственного ...»

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации

Федеральное государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Московский государственный агроинженерный

университет имени В.П. Горячкина»

ШЛИФОВАНИЕ

АБРАЗИВНЫМ И АЛМАЗНЫМ

ИНСТРУМЕНТОМ

Учебное пособие

Москва 2012 УДК 621.922.02 ББК 34.63 К-611 Рецензент:

кандидат технических наук, профессор кафедры материаловедения Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный агроинженерный университет имени В.П. Горячкина»

В.А. Оськин Колокатов А.М., Байкалова В.Н., Шитов А.Н.

Шлифование абразивным и алмазным инструментом: Учебное пособие. – М.: Издательский центр ФГОУ ВПО МГАУ, 2012. – 62с.

В учебном пособии рассмотрен процесс шлифования, приведены сведения о современных абразивных материалах, абразивных и алмазных инструментах, правке шлифовальных кругов, изложена методика назначения рационального режима резания при круглом наружном шлифовании и приведен пример расчета режима резания при круглом наружном шлифовании с продольной подачей.

Материалы, приведенные в учебном пособии, могут быть использованы при выполнении домашнего задания, в курсовом и дипломном проектировании студентами факультетов ТС в АПК, ПРИМА, инженерно-экономического и инженерно-педагогического, а также при проведении практических и научноисследовательских работ.

ФГОУ ВПО МГАУ, Содержание Стр.

Введение …………………………………………………………………….…. 1. Сущность процесса шлифования 2. Абразивные и алмазные круги…………..…….….…… 2.1. Форма и размеры кругов 2.2. Абразивные материалы 2.3. Показатели характеристики абразивного круга 2.4. Круги из сверхтвердых материалов 3. Виды шлифования …………….……………………………………..….…. 4. Оборудование и инструменты 4.1. Шлифовальные станки ………………………….…….….…….….…… 4.2. Правка шлифовальных кругов..…….……….…… 5. Назначение режима резания при шлифовании 5.1. Назначение элементов режима резания при круглом наружном шлифовании с продольной подачей 5.2. Проверка выбранного режима резания ………………………………... 5.3. Расчет времени выполнения операции ……………………..………..… 5.4. Расчет оборудования ………………….……………………..………..… 5.5. Технико-экономическая эффективность ………………………………. 6. Пример расчета режима резания при круглом наружном шлифовании с продольной подачей ………………………………………….……......

Список литературы …………………………………………………….……… Приложения ………………………………………………………………….….

ВВЕДЕНИЕ

Шлифование относится к абразивной обработке, когда резание осуществляется инструментом, режущими элементами которого являются абразивные (алмазные) зерна. Оно обеспечивает высокую точность размеров обрабатываемых деталей (в пределах 6-7 квалитетов) и шероховатость поверхности Ra = 0,25…0, мкм.

Обычно шлифование применяется в качестве чистовой обработки, но может также использоваться для черновой и обдирочной обработки. Практически любой материал может быть обработан шлифованием алюминий, сталь, керамика, стекло и даже алмаз.

Шлифование выполняется абразивными или алмазными кругами. Абразивный круг представляет собой диск с посадочным отверстием. Абразивные зерна располагаются в круге беспорядочно и удерживаются связующим материалом.

Значительную часть объема абразивного инструмента занимают воздушные поры.

Алмазные круги состоят из металлического корпуса и алмазоносного слоя.

При вращении круга с большой скоростью абразивные зерна при контакте с заготовкой срезают с поверхности мельчайшие частицы стружки. Абразивные зерна могут также оказывать на заготовку существенное силовое воздействие.

Происходит поверхностное пластическое деформирование материала, искажение его кристаллической решетки. Вследствие упругопластического деформирования материала обработанная поверхность упрочняется. Но этот эффект оказывается менее ощутимым, чем при обработке лезвийным инструментом.

1. Сущность процесса шлифования Шлифованием называется процесс обработки заготовок резанием абразивными кругами. Зерна в круге расположены хаотично, не сориентированы по отношению к направлению главного движения резания своими режущими кромками. Некоторые абразивные зерна режут металл, другие его сминают. Поэтому резание каждым зерном происходит с различными энергетическими затратами, и для его осуществления необходима большая скорость резания.

Шлифовальный инструмент состоит из зерен шлифовального материала, соединенных в одно целое тем или иным связующим веществом (связкой). Режущая часть шлифовального круга, изображенная на рис. 1.1, характеризуется следующими элементами.

Наружная поверхность 1 – поверхность геометрически правильной формы, проведенная через вершины наиболее выступающих зерен.

Поверхность связки 2 – поверхность геометрически правильной формы, заменяющая фактическую поверхность связки в пространстве между зернами.

Рабочий слой – слой, расположенный между наружной поверхностью круга и поверхностью связки.

Рабочая поверхность – любая поверхность круга геометрически правильной формы, расположенная на одинаковых расстояниях от его наружной поверхности в пределах рабочего слоя.

Рабочая поверхность круга состоит из отдельных зерен, расположенных в случайном порядке, как изображено на рисунке, и не имеет сплошной режущей поверхности. Съем металла производится наиболее выступающими кромками зерен.

Рис. 1.1. Схема рабочего слоя шлифовального круга:

По сравнению с лезвийным инструментом абразивные круги работают на высоких скоростях – 30…40 м/с и выше. При таких скоростях в резании участвует большое количество зерен, а время контакта одного зерна с обрабатываемой поверхностью находится в пределах 0,0001…0,00005 с.

Всего за одну минуту происходит срезание отдельными зернами до 100 млн мельчайших частиц стружки, равных по толщине нескольким микрометрам. В некоторых случаях при контакте зерна с обрабатываемой поверхностью образуется не стружка, а металлическая пыль, которая засоряет воздух, инструмент и обработанную поверхность.

Процесс резания при шлифовании можно рассматривать как фрезерование многозубой фрезой с высокой скоростью. Каждое единичное абразивное зерно представляет собой режущее лезвие со случайными геометрическими параметрами, которые зависят не только от формы зерна, но и от положения его в абразивном инструменте. На зернах со сферической поверхностью имеется отрицательный передний угол.

Каждое единичное зерно срезает стружку очень малого переменного сечения. Обработанная поверхность образуется в результате совокупного действия большого числа абразивных зерен, расположенных на режущей поверхности абразивного инструмента.

Рассмотрим схему резания единичными зернами абразивного круга при плоском шлифовании. В течение одной минуты с обрабатываемой детали срежется слой припуска на длине, равной величине скорости продольной подачи vи, мм/мин. В течение этого времени абразивный круг сделает n оборотов.

Все абразивные зерна, лежащие в одной общей плоскости, проходящей перпендикулярно оси вращения круга, сделают в течение одной минуты число срезов N, равное произведению числа лежащих в этой плоскости зерен и числа сделанных в течение этой минуты оборотов круга nкр.

При условии расположения абразивных зерен вплотную друг к другу, без свободных промежутков между ними, число зерен zа.з, лежащих на одной окружности периферийной поверхности круга (в одной плоскости), можно определить, поделив длину окружности периферийной поверхности круга на размер зерна. В действительности абразивный материал занимает лишь долю объема инструмента (табл. 1.1).

Таблица 1.1. Объемное содержание шлифовального материала Содержание абразивных зерен, % Оставшаяся часть объема приходится на занятые воздухом поры и связку, скрепляющую абразивные зерна. Следовательно, и на рабочей, периферийной поверхности абразивные зерна занимают такую же долю площади и в том же соотношении распределяются по окружности в плоскости, нормальной к оси вращения круга.

На рис. 1.2 представлена схема расположения абразивных зерен на поверхности абразивного круга по окружности, лежащей в плоскости перпендикулярной оси вращения круга. Эти зерна последовательно друг за другом срезают припуск по одной линии в направлении продольной подачи. Каждое абразивное зерно вслед за предыдущим срезает стружку, толщина которой соответствует величине подачи на зуб (на зерно) sz.

Рис. 1.2. Схема резания и расположения абразивных зерен, пор и связки в Таким образом, где sz – подача на зуб (зерно), мм/зуб; vи – скорость продольной подачи, мм/мин;

N – число срезов, сделанных в течение одной минуты абразивными зернами, лежащими в одной плоскости на периферийной поверхности абразивного круга, N = nкp.zа.з; zа.з. – число абразивных зерен на окружности периферийной поверхности круга в плоскости нормальной к оси его вращения, где Dкp – наружный диаметр круга, мм; – поперечный размер абразивных зерен, мм; C – содержание абразивных зерен, %.

Исходя из этого, С целью количественной оценки значения подачи sz, приходящейся на одно абразивное зерно, проведем расчет для произвольно принятых условий шлифования, в пределах реально применяемых в практике машиностроения.

Предположим, что шлифование плоской поверхности ведется на плоскошлифовальном станке абразивным кругом прямого профиля диаметром Dкp = мм с зернистостью шлифовального материала 50, что соответствует размеру абразивных зерен = 0,5 мм. Структура круга № 3 с объемным содержанием шлифовального материала С = 50 %. Примем скорость продольной подачи vи = 12 м/мин, частоту вращения круга nкp = 2800 об/мин.

Для этих условий Толщина слоя, снимаемого одним шлифующим зерном, определяется расстоянием между поверхностями резания, образованными двумя последовательными положениями вершины зерна, измеренным по нормали к поверхности резания.

Толщина среза зависит от подачи на глубину, зернистости абразива, упругих деформаций снимаемого материала, числа режущих зерен, приходящихся на единицу рабочей поверхности круга, и др.

Продольная подача значительно влияет на толщину слоя, снимаемого одним абразивным зерном, причем степень влияния скорости вращения детали и подачи на толщину среза примерно одинакова.

При шлифовании наиболее типичными являются три формы стружек: ленточные, запятообразные и сегментообразные (рис. 1.3). Наиболее часто встречается ленточная стружка, толщина которой на участках 1, 2, 3, 4 постепенно возрастает (рис. 1.3а). Реже встречается запятообразная стружка, которая при черновой обработке деталей из вязких сталей может достигнуть значительных размеров (рис. 1.3б). При определенных условиях резания образуется сегментообразная стружка с наибольшей толщиной примерно в средней ее части (рис. 1.3в).

а – ленточная; б – запятообразная; в – сегментообразная Стружка, снимаемая в процессе шлифования, располагается в порах между шлифующими зернами и по выходе из зоны контакта с деталью выбрасывается наружу. При достаточно большом сечении стружки, но недостаточных размерах пор между шлифующими зернами, стружка может быть настолько вдавлена в промежутки между зернами, что сила воздействия струи охлаждающей жидкости для ее удаления может оказаться недостаточной.

При взаимодействии рабочей поверхности шлифовального инструмента с обрабатываемой деталью возникают силы резания. Так как режущие элементы шлифующих зерен снимают мельчайшие стружки, силы, развиваемые отдельными зернами, являются незначительными по своей величине. Однако вследствие массового микрорезания одновременно работающими зернами круга суммарные силы резания могут достигать значительных величин.

В начальный период работы круга на вершинах зерен образуются площадки износа, которые непрерывно возрастают и оказывают влияние на процесс шлифования и разрушение зерен и связки.

В зависимости от условий шлифования различают следующие основные виды износа (рис. 1.4):

истирание режущих элементов шлифующих зерен с образованием на них площадок с большей или меньшей шероховатостью (рис. 1.4а);

микроразрушение зерен с отделением от них небольших частиц (рис. 1.4б);

разрушение зерен с отделением от них небольших частиц, соизмеримых с размером зерна (рис. 1.4в);

полное вырывание зерен из связки (рис. 1.4г);

разрушение в результате протекания химических реакций в зоне контакта зерна с обрабатываемым материалом при высоких температурах шлифования (рис. 1.4д);

забивание промежутков между зернами стружкой и продуктами износа (рис.

1.4е).

Рис. 1.4. Основные виды износа шлифовального круга Изнашивание рабочей поверхности круга при шлифовании является сложным физико-химическим и механическим процессом, протекание которого зависит от условий обработки: характеристики круга, свойств обрабатываемого материала, режима резания и др. В зависимости от свойств шлифовальных кругов и условий обработки круги могут работать с самозатачиванием и с затуплением.

Момент удаления зерна с рабочей поверхности круга определяется степенью износа зерна, динамикой процесса и прочностными свойствами связки. В ряде случаев превалирующим является хрупкий износ шлифующих зерен, что связано с природой зерна.

Затупление круга наступает в результате обламывания невыгодно расположенных шлифующих зерен, последовательного их расщепления и образования площадок износа, когда зерна теряют свои режущие свойства.

Самозатачивание круга заключается в том, что по мере затупления шлифующих зерен возрастает сопротивление резанию и за счет этого зерна вырываются из связки, которая выкрашивается; в работу вступают новые зерна, в результате чего рабочая поверхность круга непрерывно обновляется.

При высоких температурах шлифования изнашивание зерен протекает более интенсивно. Адгезионное изнашивание характеризуется кратерами, образующимися на поверхности зерна, свидетельствующих об отрыве или срезе его отдельных частиц.

Интенсивность изнашивания шлифующих зерен резко возрастает при наличии химического сродства между зерном и обрабатываемым материалом. Для железоуглеродистых сплавов предпосылками к диффузионному изнашиванию являются высокие температуры в зоне шлифования, легкость растворения углерода в железе, перепад концентрации углерода между шлифующим зерном и обрабатываемым металлом и контакт их ювенальных поверхностей. Износ кругов существенно влияет на точность и качество поверхностного слоя шлифуемых деталей.

При забивании стружкой пор и налипании на поверхность круга происходит так называемое «засаливание» шлифовального круга. При этом режущая способность круга резко падает, ухудшается качество обработанной поверхности. Отходы, образующиеся при шлифовании, кроме стружки, содержат также истертую в порошок связку и мельчайшие частицы шлифующего зерна. Для восстановления режущей способности круга производится его правка, при которой с его режущей части удаляется поверхностный слой затупившихся и засалившихся зерен.

При шлифовании вся механическая мощность микрорезания преобразуется в тепловую, так как лишь незначительная часть мощности переходит в скрытую энергию изменений кристаллической решетки обрабатываемого материала. Наибольшее количество теплоты (до 80 %) переходит в обрабатываемую деталь. С увеличением нагрузки на зерно в зоне его работы выделяется большее количество теплоты в единицу времени и это обеспечивает рост температуры. Нагрузка на зерно возрастает при увеличении окружной скорости детали и подач. При увеличении скорости резания толщина срезаемого слоя снижается, но растет число тепловых импульсов при одновременном сокращении времени их действия и изменении условий трения шлифующих зерен по обрабатываемому материалу. В результате взаимодействия всех этих факторов с увеличением скорости резания температура шлифуемой детали повышается.

Вследствие высоких скоростей резания, а также того, что зерна неправильно ориентированы и резание многими зернами происходит с отрицательным передним углом, на поверхности заготовки и круга возникают мгновенные температуры до 1000…1500 оС.

Высокие температуры в зоне резания могут привести к необратимым изменениям структуры материала заготовки, вызвать прижоги, деформацию заготовки, поверхностные трещины и размягчение связки круга, из-за чего круг будет интенсивно терять зерна.

Для отвода выделяющейся теплоты из зоны резания, уменьшения трения и удаления отходов шлифования применяют охлаждение различными смазочноохлаждающими жидкостями (СОЖ). По составу и свойствам СОЖ, применяемые при шлифовании, делят на эмульсию и масла.

Эмульсией называют жидкость, в которой во взвешенном состоянии находятся микроскопические частицы другой жидкости. Основой шлифовальной эмульсии является вода с добавлением небольшого количества специальных присадок, обеспечивающих смазочный эффект.

Охлаждающая жидкость, смывая абразивно-металлическую пыль, улучшает качество шлифуемой поверхности. Охлаждающие жидкости не должны содержать ядовитых примесей, вызывающих кожные заболевания у рабочих, а также воздействующих на узлы станка. Чем больше площадь поверхности соприкосновения заготовки с шлифовальным кругом и тверже материал обрабатываемой заготовки, тем больше охлаждающей жидкости необходимо подавать в зону шлифования. Количество подаваемой жидкости зависит от высоты шлифовального круга: на каждые 10 мм высоты круга расходуют примерно 5…8 литров жидкости.

При шлифовании сталей наибольшее распространение в качестве СОЖ получили: 1%-ный раствор кальцинированной соды и 0,15%-ный раствор нитрита натрия; 2%-ный раствор мыльного порошка; 5…7%-ный водный раствор эмульсола; 3,5%-ный водный раствор нейтрального эмульсола на основе олеиновой кислоты. При шлифовании алюминия применяют чистый керосин или с добавками минеральных масел. Чугун и медь часто шлифуют без применения СОЖ, но при этом требуются пылеотсосы.

В последнее время появились СОЖ, которые по своим свойствам превосходят соответствующие товарные образцы – это углеродистые жидкости (масла) МР-1 и ОСМ-3, а также эмульсии «Укринол-1», «Аквол-2» и др.

Масло МР-1 по внешнему виду представляет собой светло-коричневую маслянистую жидкость, имеющую при температуре 200 °С плотность 0,8…0, г/см3 и кинематическую вязкость при 500 °С 14…19 мм2/с. Это масло применяют как при обычном, так и при скоростном шлифовании.

Масло ОСМ-3 по внешнему виду это маслянистая жидкость от желтого до коричневого цвета, имеющая при 200 °С плотность 0,8…0,9 г/см 3 и кинематическую вязкость при 500 °С 6…9 мм2/с. Это масло рекомендуется применять для обработки чугуна и стали при хонинговании, суперфинише, шлифовании.

Основу эмульсолов «Укринол-1» и «Аквол-2» также составляет минеральное масло, в которое вводят присадки, обеспечивающие его эмульгируемость в воде.

«Укринол-1» по внешнему виду прозрачная маслянистая жидкость, имеющая плотность при 200 °С 0,9…0,97 г/см3 и кинематическую вязкость при 500 °С 30…60 мм2/с. Эта эмульсия рекомендуется для всех видов шлифования.

«Аквол-2» по внешнему виду – прозрачная жидкость, маслянистая, темнокоричневого цвета, имеющая плотность при 200 °С 0,9…0,99 г/см3 и кинематическую вязкость при 500 °С 38…65 мм2/с. Применяется при скоростном шлифовании дорожек колец подшипников.

В результате действия шлифующих зерен на поверхностный слой детали наносится огромное число микроцарапин, формирующих микропрофиль.

Установившаяся шероховатость шлифованной поверхности, зависящая от геометрических параметров и вибраций системы станок-приспособлениеинструмент-деталь, формируется после многих проходов круга по определенному участку детали.

Наряду с шероховатостью шлифованной поверхности большое значение имеет также ее волнистость, представляющая собой сочетание периодических и апериодических выступов и впадин. На образование волнистости шлифованной поверхности при чистовой обработке наиболее активно влияют колебания обрабатываемой детали, шлифовальной бабки, шлифовального круга, а также некруглость круга. Существенное влияние оказывают также размеры детали и круга, соотношение их скоростей, число проходов.

Наиболее высокие эксплуатационные свойства шлифованной детали могут быть получены путем создания наивыгоднейших условий обработки (характеристики круга, режима резания и др.). Подбирая условия шлифования можно обеспечить наиболее благоприятное распределение напряжений в детали, например, растягивающие напряжения заменить на сжимающие. В итоге можно повысить износостойкость деталей.

Благоприятное влияние на шероховатость оказывает окружная скорость шлифовального круга. С ее увеличением шероховатость шлифованной поверхности существенно снижается. Это объясняется как уменьшением толщины слоя, снимаемого одним зерном, так и возрастанием количества теплоты в зоне действия каждого зерна.

На практике шлифование обычно применяется как окончательная обработка заготовок, а если требуется термическая обработка поверхностей, то припуск на шлифование должен учитывать возможные деформации заготовки в процессе термообработки.

Шлифование менее производительно по сравнению с точением и фрезерованием, однако при обработке закаленных поверхностей оно незаменимо. При обработке мягких металлов шлифование малоприменимо, поскольку происходит интенсивное засаливание режущей поверхности круга.

2. АБРАЗИВНЫЕ И АЛМАЗНЫЕ КРУГИ

2.1. Форма и размеры кругов Основным видом абразивных инструментов являются шлифовальные круги.

Абразивные круги выпускаются различных форм (профиля сечения), которые определены ГОСТ Р 52741–2007 «Круги шлифовальные и заточные. Технические условия».

До изменений, внесенных в этот стандарт, формы кругов имели буквенные обозначения, буквенные обозначения заменены цифровыми, однако в ранее изданной технической и учебной литературе встречаются и старые обозначения.

Ниже приведены примеры обозначения форм кругов по действующим и замененным обозначениям формы кругов:

1 – ПП – дисковый (плоский прямого профиля);

4 – 2П – плоский с двусторонним коническим профилем;

5 – ПВ – плоский с односторонней выточкой;

6 – ЧЦ – чашечный цилиндрический;

7 – ПВД – плоский с двумя выточками;

11 – ЧК – чашечный конический;

12 – Т – тарельчатый (торцовый);

14 – 1T – тарельчатый (периферийный).

Дисковые абразивные круги (рис.2.1, тип 1) изготавливаются размерами:

наружный диаметр D = 3…1100 мм, высота круга Т = 6…250, диаметр посадочного отверстия d = 1…305 мм. Форма и размеры шлифовального круга указываются на торцовой поверхности круга.

В отличие от абразивных кругов алмазные круги (и круги из эльбора) обычно состоят из корпуса – стального, алюминиевого или пластмассового кольца (основания) и закрепленного на нем рабочего (алмазоносного) слоя толщиной 1,5…5,0 мм.

Свойства абразивных инструментов и их работоспособность определяются маркой абразивного материала, а также характеристиками инструмента: зернистостью абразива, видом связки, твердостью, структурой и др.

Абразивные круги характеризуются формой и размерами, маркой абразивного материала, зернистостью, твердостью, структурой, связкой, точностью изготовления, классом неуравновешенности и допускаемой окружной скоростью вращения.

2.2. Абразивные материалы В промышленности находят применение как естественные, так и искусственные абразивные материалы.

К естественным абразивным материалам относятся: алмаз, природный корунд (90 % Al2O3), наждак (до 60 % Аl2О3), песчаник (SiO2). Однако свойства этих материалов нестабильны и запасы их ограничены, поэтому основное применение в промышленности получили искусственные абразивные материалы. К ним относятся: электрокорунд, карбид кремния, карбид бора, синтетический алмаз, эльбор и поликристаллические сверхтвердые материалы.

Абразивные круги обычно изготавливают из различных марок электрокорунда или карбида кремния.

Электрокорунд представляет собой кристаллический оксид алюминия Al2O3. Чем выше содержание кристаллического оксида алюминия в электрокорунде, тем выше его режущие свойства. В зависимости от содержания оксида алюминия различают: нормальный электрокорунд (до 95% Al2O3); электрокорунд белый (95…98% Al2O3), режущая способность которого на 30…40 % выше. Также используют монокорунд (98…99% Al2O3), хромистый, титанистый, циркониевый электрокорунды, легированные соответственно хромом, титаном или цирконием, которые обеспечивают значительное повышение производительности по сравнению с обычным электрокорундом.

Электрокорунд применяется для шлифования сталей, чугунов и цветных металлов. Абразивные материалы из монокорунда предназначены для получистового и чистового шлифования деталей из цементированных, закаленных и высоколегированных сталей. Маркировка электрокорунда: нормальный – 12А, 13А, 14А, 154А, 16А; белый – 22А, 23А, 24А, 25А; монокорунд – 43А, 44А, 45А; хромистый – 33А, 34А; титанистый – 37А; циркониевый – 38А.

Карбид кремния (SiC) по сравнению с электрокорундом обладает большей твердостью, но и хрупкостью. При дроблении его зерна имеют более острые кромки, что обеспечивает повышенную производительность обработки.

Карбид кремния выпускают двух марок: черный и зеленый. Карбид кремния черный (КЧ) содержит 95…97 % SiC и применяется для обработки хрупких металлических материалов, цветных металлов и неметаллов. Карбид кремния, содержащий не менее 97 % SiC, имеет зеленый цвет и обладает более высокими свойствами. Он используется преимущественно для заточки твердосплавного режущего инструмента. Маркировка карбида кремния: черный – 52С, 55С; зеленый – 64С.

Карбид бора (B4C) отличается чрезвычайно высокой прочностью, но очень хрупок и дорог. Используется в основном в виде несвязанных абразивных зерен для доводки твердосплавного режущего инструмента, притирки, резки драгоценных камней и т.д. Маркировка карбида бора – 54С.

2.3. Показатели характеристики абразивного круга Зернистость и индекс зернистости. Зернистость – условное обозначение абразивного материала, соответствующее размеру абразивных зерен основной фракции. Зернистость абразивного круга выбирают в зависимости от свойств обрабатываемого материала и технологических требований (шероховатости поверхности, точности). В зависимости от размеров зерен абразивные материалы подразделяются на следующие группы:

тонкие микрошлифпорошки размер зерна 10…4 мкм.

Совокупность абразивных зерен шлифовального материала в установленном интервале размеров называют фракцией. Фракцию, преобладающую по массе, объему или числу зерен, называют основной.

Для предварительной обработки и обработки вязких материалов применяют крупнозернистые инструменты, обеспечивающие высокую производительность, но низкое качество. Отделочные работы проводят мелкозернистыми кругами.

Зернистость обозначается цифрами (номером зернистости) и буквами (индексом зернистости). В зависимости от группы материалов приняты следующие обозначения зернистости:

шлифзерно и шлифпорошки – числами, равными 0,1 размера стороны ячейки сита в свету в микрометрах, на котором задерживаются зерна основной фракции, например 40, 25, 16, что соответствует размерам зерен 400, 250, 160 мкм;

микрошлифпорошки – по верхнему пределу размера зерен основной фракции с добавлением индекса М – М40, М28, M10, что соответствует размерам 40, 28, 10 мкм.

Цифровое обозначение зернистости в зависимости от процентного состава основной фракции в общей массе дополняют буквенным индексом - индексом зернистости (табл. 2.1).

Таблица 2.1. Минимальное содержание шлифовальных материалов Индекс зернистости указывает на содержание зерен основной фракции в круге и означает: В – высокий (55…60 %), П – повышенный (45…55 %), Н – нормальный (40…45 %), Д – допустимый (39…43 %). Примеры обозначений: 40-П, 40-Н, 40-Д.

Твердость. Твердость – важная характеристика абразивного инструмента, от которой во многом зависят производительность и качество обработанной поверхности. Твердость абразивного инструмента характеризует способность абразивного инструмента сопротивляться нарушению сцепления между зернами и связкой, т.е. выкрашиванию зерен, при сохранении эксплуатационных свойств в пределах установленных норм. Для каждого конкретного случая обработки необходимо подбирать инструмент определенной твердости. В круге повышенной твердости при работе продолжают удерживаться затупившиеся зерна, что приводит к повышению температуры в зоне резания и прижогам обрабатываемой поверхности. Такой круг требует частичной правки для восстановления режущей способности. Слишком мягкий круг будет сильно изнашиваться, при этом будут выкрашиваться зерна, не потерявшие еще своей остроты.

При подборе круга для данных условий обработки стремятся добиться его «самозатачивания». В этом случае своевременно будут выкрашиваться затупившиеся зерна и открываться новые, острые. Как правило, более твердые материалы обрабатываются более мягкими кругами, и наоборот.

Разработана шкала твердости, согласно которой все абразивные инструменты делятся на 16 степеней твердости: ВМ1, ВМ2 – весьма мягкий; М1, М2, М3 – мягкий; СМ1, СМ2 – среднемягкий; C1, C2 – средний; СТ1, СТ2, СТ3 – среднетвердый; T1, T2 – твердый; ВТ – весьма твердый; ЧТ – чрезвычайно твердый.

В тех степенях твердости, где имеется цифровой индекс, большая цифра обозначает большую твердость в пределах данной степени.

Связка. Связка предназначена для объединения зерен в инструмент, от нее зависит не только прочность удержания зерна в круге, но и прочность самого круга, так как он работает на очень больших скоростях резания, с такой частотой вращения, при которой возникают большие центробежные силы. Связкой называют вещество или совокупность веществ, применяемых для закрепления зерен шлифовального материала и наполнителя в абразивном инструменте. Наполнитель в инструменте предназначен для придания инструменту необходимых физико-механических, технологических и эксплуатационных свойств.

Связки подразделяют на органические и неорганические. Из неорганических связок наиболее часто применяются керамические (К) и силикатные (С).

Керамическая связка, получившая наибольшее распространение, изготавливается из огнеупорной глины, полевого шпата, кварца, талька, мела и жидкого стекла. Связка огнеупорная и химически стойкая. Круги, изготовленные на ней, не боятся влаги, обладают большой производительностью, хорошо сохраняют форму рабочей кромки. Недостатком этой связки является ее хрупкость, круги из нее боятся ударной нагрузки. Керамическая связка (К1, К2, КЗ и др.) применима для всех видов шлифования.

Силикатная связка представляет собой жидкое стекло и имеет небольшую прочность. При работе кругами на силикатной связке не допускается повышение температуры и применение смазочно-охлаждающих жидкостей.

Среди органических связок наиболее широко применяются вулканитовая (В) и бакелитовая (Б). Вулканитовая связка состоит из вулканизированного каучука (резины) и серы (30 %). Абразивные круги, изготовленные на вулканитовой связке, обладают высокой прочностью, эластичностью и не боятся влаги. Благодаря этим качествам круги могут быть очень тонкими (до 0,5 мм) при достаточно больших диаметрах (до 150 мм). Они допускают высокие скорости резания – до 75 м/с. Однако круги, изготовленные на этой связке, склонны к засаливанию и не могут применяться при температуре выше 180 оС.

Вулканитовые связки (В1, В2 и др.) применяются для ведущих кругов при бесцентровом шлифовании, гибких кругов для разрезания, прорезания пазов и пр.

Бакелитовая связка состоит из бакелита – искусственной смолы, приготовленной на основе карболовой кислоты и формалина. Круги на этой связке эластичны, допускают большие окружные скорости вращения, но разрушаются под действием щелочной смазывающе-охлаждающей жидкости. Во избежание этого круги пропитывают парафином. К недостаткам таких кругов относится потеря прочности при температуре 180 °С. Для снижения шероховатости поверхности (до 0,01 мкм) в круги на бакелитовой связке добавляется графитовый наполнитель.

Бакелитовые связки (Б1, Б2, Б3 и др.) предназначены для изготовления кругов, работающих на скоростях резания до 65…100 м/с. Органические связки могут выпускаться с металлическими наполнителями (Б156, БП2, ТО2, Б1 и др.).

Они применяются в кругах для заточки резцов с пластинами из металлокерамических твердых сплавов типа ВК.

Металлические связки применяются в алмазных кругах повышенной износостойкости (МВ1) и производительности (M1, MK, M15) для обработки твердых сплавов, а также для кругов, используемых при электрохимической абразивной обработке (МВ1, MK, M1).

Структура. В любом абразивном инструменте наряду с абразивными зернами и связкой имеются поры (пустоты), способствующие его охлаждению в процессе работы. Структура абразивного круга характеризует соотношение объемов шлифовального материала, связки и пор в абразивном инструменте.

Номера структуры делятся на четыре группы и определяют промежутки между зернами. Чем больше номер структуры, тем больше промежутки между зернами. К плотным относятся структуры с номерами 0…3, к среднеплотным – с номерами 4…8, к открытым – с номерами 9…12 и к высокопористым – с номерами 13…20. Правильный выбор структуры будет способствовать меньшему заполнению пор стружкой и повышению производительности.

Изменение в шлифовальном круге объемной концентрации шлифовального материала Фа на 2 % соответствует переходу от одного номера структуры Су к другому номеру по формуле Су = 0,5(62 – Ф2). Например, при объемной концентрации шлифовального материала Фа = 60 % номер структуры будет равен Су = 0,5(62 – 60) = 1, при объемной концентрации Фа = 38 % – Су= 0,5(62–38) = 0,5·24 = 12 и т.д. Область применения шлифовальных кругов с разными номерами структур приведена в таблице 2.2.

Таблица 2.2. Применение абразивных инструментов в зависимости Объемное содерНомер жание шлифоОбласть применения структуры вального материала, % подачами и переменной нагрузкой, разрезание, шлифование твердых и хрупких материалов 7…9 Плоское шлифование торцом круга, внутреннее шлифование, заточка инструмента 8…12 46, 44, 42, 40, 38 Профильное шлифование мелкозернистыми кругами 13…20 36, 34, 32, 30, 28, Шлифование неметаллических материалов, металлов с Классы точности и неуравновешенности. На шлифовальные круги установлены классы точности в зависимости от величин отклонений размеров и массы инструмента от заданных значений. Установлено три класса: для наиболее точных кругов – класс АА, далее класс А и класс Б. Класс Б устанавливается на круги со всеми индексами зернистости – В, П, Н, Д, применяется для менее ответственных операций абразивной обработки; класс А – на круги с индексом зернистости В, П и Н, инструмент является более точным и качественным; класс АА – только на круги с индексом зернистости В и П, т. е. с наиболее высоким содержанием основной фракции. Круги класса точности АА отличаются наиболее высокой точностью геометрических параметров, однородностью зернового состава, уравновешенностью абразивной массы, изготавливаются из лучших сортов абразивных материалов и применяются на прецизионных и многоцелевых станках.

Неуравновешенность массы шлифовального круга зависит от точности геометрической формы, равномерности размешивания абразивной массы, качества прессования и термообработки инструмента в процессе его изготовления. ГОСТ установлено соответствие классов точности кругов и классов неуравновешенности АА – 1; А – 1, 2; Б – 1…3.

Пример маркировки шлифовального круга и расшифровки обозначений приведен в таблице 2.3.

Таблица 2.3. Пример расшифровки маркировки шлифовального круга Марка круга: 150050305 24А10-ПС27К1 35м/с А 1 кл.

Абразивный материал 24А Электрокорунд белый Зернистость и зерновой Шлифзерно размером 100 мкм с повышенП Скорость резания 35 м/с Не более указанной Класс точности круга А Средний, применяется при индексе зернистости В, П, Н Класс неуравновешен- 1 кл. Наилучший ности 2.4. Круги из сверхтвердых материалов В промышленности наряду с природными алмазами широко используются и синтетические. При этом синтетические алмазы составляют 90 % от общего потребления промышленных алмазов. Это объясняется в первую очередь технологическими возможностями синтеза, которые позволяют получать синтетические алмазы в широком диапазоне по прочности, зернистости и другим показателям.

Синтетические алмазы могут быть легко адаптированы к конкретным условиям работы.

Синтетические алмазы (АС) получают из графита (99,7 % С и 0,3 % примесей) в специальных камерах при давлении около 1,3 ГПа в присутствии катализатора и температурах 1200…2400 оС. В зависимости от температуры получается различная форма кристаллов и окраска от черного цвета при низких температурах до светлого при высоких. По форме алмазные зерна могут быть игольчатыми, пластинчатыми и удлиненными.

Синтетические алмазы имеют большую остроту режущих кромок по сравнению с природными и потому более производительны в качестве абразивного инструмента. Алмаз имеет чрезвычайно высокие режущие свойства, так как он является самым твердым веществом (100 000 МПа), обладает очень высокой теплопроводностью и износостойкостью, имеет низкий коэффициент трения.

Недостатком алмаза является его химическое сродство с железоуглеродистыми сплавами. Он также недостаточно теплостоек (700..800 оС).

Алмазные круги используются при заточке, шлифовании и доводке твердосплавного металлорежущего инструмента (резцов, цельных и сборных зенкеров и разверток, сверл, метчиков и протяжек, цельных и сборных фрез различных конструкций и назначения, многогранных пластинок для резцов и монолитного твердосплавного инструмента).

В маркировке алмазного материала, в зависимости от вида сырья, из которого они изготавливаются, применяют буквенные символы (по ГОСТ 9206):

А – природные алмазы;

AC – синтетические алмазы – маркировка АС2, АС4 и т.д.;

АР – из поликристаллических алмазов;

AM – микропорошки из природных алмазов;

АСМ – микропорошки из синтетических алмазов.

Алмазные круги выпускают на металлических (М1, М5 и др.) и органических (Б1, Б2 и др.) связках.

Для алмазных кругов используют показатель концентрация - содержание алмазов в единице объема круга. За 100%-ную концентрацию принято содержание 0,878 мг алмаза в 1 мм3 или 4,39 карата в 1 см3, что занимает 25% объема круга. Выпускают алмазные круги с концентрацией 25, 50, 75, 100, 150, 200, Вторым по твердости материалом после алмаза является эльбор (кубический нитрид бора). Эльбор – синтетический сверхтвердый материал, (химическая формула B4N) близок по твердости к алмазам, но имеет теплостойкость почти вдвое более высокую (до 1400…1500 оС). Высокая теплостойкость и малое химическое сродство с железом позволяют успешно использовать его для обработки высокопрочных и закаленных сталей и сплавов на основе железа.

Инструмент из эльбора не рекомендуется применять для обработки металлокерамических твердых сплавов, неметаллических материалов (камень, керамика, кварц, стекло и т.п.) и азотированных сталей. В зависимости от методов контроля шлифзерна и шлифпорошки эльбора маркируют: Л20 – 250/200, Л16 – 200/160, Л10 – 125/100.

Алмазные порошки и порошки эльбора делятся на:

шлифпорошки широкого и узкого диапазонов зернистостей, включающие порошки зернистостью от 2500/2000 до 50/40 включительно;

микропорошки, включающие порошки зернистостью от 60/40 до 1/0 включительно;

субмикропорошки, включающие порошки зернистостью от 0,7/0,3 до 0,1/0.

Зернистость алмазного материала определяется дробным числом:

алмазные шлифпорошки: в числителе число, определяющее размер ячейки верхнего сита, в знаменателе – размер ячейки нижнего сита основной фракции (400/250, 400/315, 160/100, 160/125);

алмазные микропорошки и субмикропорошки: в числителе – наибольший, в знаменателе – наименьший размер зерен основной фракции (40/28, 28/20, 20/16, 10/7).

В обозначении зернистости перед указанием числа ставится буквенное обозначение вида сырья, например: шлифпорошок из природного алмаза – А 160/100; из синтетических алмазов – шлифпорошок АС6 160/125, микропорошок АСН 40/28, субмикропорошок АСМ5 0,5/0,1; из синтетических поликристаллических алмазов – шлифпорошок АРСЗ 160/125.

Сравнение свойств абразивных материалов (табл. 2.4) показывает значительное преимущество сверхтвердых материалов.

Таблица 2.4. Свойства абразивных материалов Наибольший эффект от применения алмазного инструмента достигается при шлифовании и заточке инструмента и изделий из твердых сплавов. При обработке этих материалов обычным абразивным инструментом из электрокорунда или карбида кремния шлифование протекает с повышенными температурами в зоне резания, местные температурные нагрузки приводят к возникновению микротрещин и быстрому (почти в три раза) разрушению твердого сплава в процессе работы.

Круги из эльбора успешно применяют при обработке легированных сталей.

В таблицах 12-17 приложений приведены рекомендации по выбору оптимальной связки, марки, концентрации и зернистости алмазного порошка в круге при шлифовании и заточке твердосплавных инструментов и изделий; режимы обработки изделий из твердых сплавов алмазными кругами на металлических связках, режимы обработки изделий из твердых сплавов и инструментальных сталей алмазными кругами на органической связке, режимы обработки изделий из инструментальных и быстрорежущих сталей кругами из эльбора на органической связке.

Круглое наружное шлифование в центрах проводится на круглошлифовальных станках по различным схемам (рис. 3.1).

Рис. 3.1. Схемы обработки заготовок на круглошлифовальных станках Круглое наружное шлифование с продольной подачей (рис.3.1а, в, г) осуществляют при вращении в одну сторону шлифовального круга и обрабатываемой детали. Кроме того, обрабатываемая деталь (иногда круг) имеет продольное перемещение параллельно оси вращения круга (детали). В конце каждого одинарного или двойного прохода шлифовальный круг получает поперечное перемещение на глубину резания. По этой схеме обрабатывают относительно длинные детали.

Шлифование с продольной подачей проводится с припуском на шлифование 0,2…1,2 мм на диаметр, линейной скоростью вращения заготовки vз = 20… м/мин, скоростью резания vкр = 30…40 м/с, продольной подачей sпр = kТ мм/обзаг.

(где k = 0,3…0,7; Т – высота круга, мм), поперечной подачей sпоп = 0,005…0, мм на ход или двойной ход стола (при чистовой обработке) и sпоп = 0,015…0, мм/х (при черновой обработке).

Шлифование с поперечной подачей – врезное шлифование (рис. 3.1б), применяют для деталей, у которых длина обрабатываемой поверхности меньше или равна высоте круга. При этом vз = 20…80 м/мин, vкр = 20…40 м/с, sпоп = 0,01…0,05 мм/об заготовки, продольная подача отсутствует.

При глубинном шлифовании (рис. 3.1в) на шлифовальном круге формируется конический участок длиной 8…12 мм. В ходе шлифования этот участок срезает основной припуск, а цилиндрическая часть круга зачищает поверхность. Поперечная подача при этом отсутствует.

При шлифовании уступами (рис. 3.1г) сначала производится шлифование врезанием с поперечной подачей, после каждого врезания шлифовальный круг перемещается на 0,8…0,9 высоты круга вдоль оси заготовки. После обработки врезанием всей обрабатываемой поверхности проводится обработка с продольной подачей, зачищающая поверхность.

Шлифование уступом (рис. 3д), когда необходимо обработать цилиндрическую поверхность и прилегающий к ней торец, производится аналогично шлифованию с продольной подачей, но в конце обработки с ручной подачей обрабатывается торец.

При обработке длинных и нежестких заготовок на станке устанавливаются люнеты в соответствии с конструкцией детали.

Внутреннее шлифование проводится по двум схемам (рис. 3.2).

Рис. 3.2. Схемы обработки заготовок на внутришлифовальных станках 1. Шлифование вращающихся заготовок, которые могут быть закреплены в кулачковых патронах или на планшайбах (рис. 3.2а). Шлифовальный круг вводится внутрь заготовки. Движение подачи осуществляется продольным перемещением круга в процессе обработки и поперечным перемещением круга в конце каждого хода или двойного хода, а также заготовкой – круговая подача. Параметры шлифования принимают в 1,5…2 раза меньше, чем при наружном шлифовании. Диаметр шлифовального круга берется равным 0,7…0,8 диаметра обрабатываемого отверстия.

2. Планетарное шлифование (рис. 3.2б) – шлифование неподвижных заготовок, которые не могут вращаться (крупногабаритные, сложной формы и т.д.). При этом все движения подачи осуществляются шлифовальным кругом. Сам круг устанавливается на оси, которая вращается параллельно себе с изменяющимся радиусом вращения. Изменение радиуса вращения оси является поперечной подачей, а продольное перемещение оси круга – продольной. Для обеспечения необходимой скорости резания круг вращается с частотой от 7 000 до 10 000 мин -1, в некоторых случаях до 20 000 мин-1, ось круга – с частотой 10 – 20 мин-1.

Плоское шлифование (рис. 3.3) применяется для обработки плоских поверхностей периферией или торцом круга, заготовки устанавливаются на столе, имеющем возвратно-поступательное или круговое движение. При этом используются четыре основные схемы обработки.

1. Шлифование периферией круга заготовок, расположенных на столе, совершающем возвратно-поступательное движение (рис. 3.3а). Такое движение стола является движением продольной подачи DSпр. В конце каждого продольного хода или двух ходов (в обе стороны) шлифовальный круг перемещается в поперечном направлении, обеспечивая движение поперечной подачи DSпоп. По завершении обработки всей поверхности производится вертикальное перемещение круга DSв на значение глубины резания. Такими циклами производится обработка до снятия всего припуска.

Рис. 3.3. Схемы обработки заготовок на плоскошлифовальных станках:

а, в – периферией круга; б, г – торцом круга; а, б – на столе с возвратнопоступательным движением; в, г – на вращающемся столе; 1 – стол; 2 – заготовка 2. Шлифование торцом круга заготовок, находящихся на столе, совершающем возвратно-поступательные движения (рис. 3.3б).

Круг при этом, как правило, выполняется наборным из сегментов. В отличие от предыдущей схемы, производительность такого способа значительно выше, потребляемая мощность больше.

3. Шлифование периферией круга заготовок, находящихся на горизонтальном вращающемся столе (рис. 3.3в). Этот способ больше применим в серийном и массовом производстве.

4. Шлифование торцом круга заготовок, расположенных на горизонтальном вращающемся столе (рис. 3.3г). По такой схеме работают также станки с двумя шпинделями (для черновой и чистовой обработки) и с барабаном для автоматической смены заготовок. Этот процесс энергоемок и весьма производителен, применяется в крупносерийном и массовом производстве.

При шлифовании, как и при других процессах резания, под действием упругих деформаций поверхностный слой заготовки частично восстанавливает свой размер. Поэтому при всех видах шлифования в конце обработки производится выхаживание поверхности. При круглом шлифовании шлифовальный круг без поперечной подачи, а только с продольной, продолжает обрабатывать заготовку до полного прекращения искрения. При плоском шлифовании – без вертикальной подачи, но с продольной и поперечной, круг продолжает обработку.

Таким образом, снимается слой упругодеформированного материала, устраняются погрешности формы из-за деформации заготовки, удаляются возможные дефекты поверхности – небольшие прижоги, царапины и т.д., а также снижается шероховатость поверхности. При выхаживании тепловыделение от резания значительно снижается, а подаваемая в большом количестве СОЖ охлаждает заготовку, что повышает качество обработанной поверхности.

Бесцентровое шлифование применяется в массовом и крупносерийном производстве для шлифования бесступенчатых валов (рис. 3.3).

Рис. 3.4. Схемы обработки заготовок на бесцентрово-шлифовальном станке:

1 – шлифующий круг; 2 – опора; 3 – заготовка; 4 – ведущий круг Заготовка помещается между ведущим и шлифовальным кругами на поддерживающей направляющей (ноже) несколько выше центра кругов. Ведущий круг вращается значительно медленнее шлифовального, приводя во вращение заготовку. При параллельной установке осей кругов заготовка стоит на месте, для придания ей продольного движения ведущий круг поворачивается относительно оси шлифовального на некоторый угол, что создает движение самоподачи заготовки. Такой процесс легко автоматизируется. В случае установки осей кругов параллельно можно обрабатывать ступенчатые заготовки, но вводить и выводить их в зону резания можно только поочередно.

Параметры процесса шлифования: скорость вращения шлифующего круга vшл = 30…35 м/с; скорость вращения ведущего круга vв = 15…30 м/мин; угол наклона ведущего круга = 1,5…5о.

Для увеличения производительности применяют обдирочное (силовое) шлифование – высокопроизводительный процесс обработки крупнозернистыми кругами, позволяющий в несколько раз повысить интенсивность съема металла по сравнению с обычным шлифованием, что обеспечивает повышение производительности в шесть раз.

При шлифовании отливок, имеющих твердую корку или окалину, снижения производительности не происходит. Обработка по твердой корке приводит к самозатачиванию круга и повышает его режущую способность.

Иногда силовое шлифование заменяет такие виды обработки, как точение, фрезерование, при этом повышается точность, но снижается параметр шероховатости поверхности по сравнению с обработкой лезвийным инструментом.

Шлифование со скоростью круга v = 60 м/с и выше называют скоростным.

При скоростном шлифовании увеличиваются стойкость шлифовального круга, объем снимаемого металла, а следовательно, производительность шлифования, мощность, затрачиваемая на шлифование, выделение теплоты в зоне шлифования.

Уменьшаются силы резания, шероховатость шлифуемой поверхности, время на выхаживание, отклонения размера и формы готовой детали.

Элементы режима резания при шлифовании. При шлифовании поверхностей выполняется несколько движений: вращательное движение круга – главное движение резания, и перемещения заготовки или круга вдоль или вокруг координатных осей – движение подачи.

Элементы режима резания при шлифовании:

глубина резания t, мм, – толщина слоя материала, срезаемого за один проход инструмента, глубина резания равна величине поперечной или вертикальной подачи;

подача s – в продольном, поперечном, вертикальном направлениях и круговая, в зависимости от вида и метода шлифования определяются их понятия и единицы измерения.

Продольная подача рассчитывается как величина перемещения круга параллельно оси заготовки за один оборот заготовки и выражается в миллиметрах на оборот (мм/об), в некоторых случаях определяется скорость движения подачи в метрах в минуту (м/мин). Поперечная и вертикальная подачи определяются как перемещение круга в поперечном или вертикальном направлении за один ход (мм/х) или двойной ход заготовки (мм/2х).

Окружная скорость вращения заготовки v = dзnз/1000, м/мин, в некоторых случаях её называют круговой подачей. Здесь dз и nз – соответственно диаметр и частота вращения заготовки.

Скорость резания, м/с, рассматривают как окружную скорость периферии круга и определяют по формуле где dкр и nкр – диаметр и частота вращения шлифовального круга.

Основное время при шлифовании. Для круглого шлифования с продольной подачей основное время определяют по формуле:

где L – длина продольного хода стола (круга), мм; h – припуск на сторону, мм; nд – частота вращения обрабатываемой детали, мин–1; sпр – продольная подача, мм/об;

t – глубина резания, мм, численно равная поперечной подаче, мм/2х; k – поправочный коэффициент точности, учитывающий добавочное число проходов без поперечной подачи (на выхаживание): для чернового шлифования k = 1,2…1,4, для чистового k = 1,25…1,7.

Силы и мощность резания при шлифовании. Равнодействующую силы резания при шлифовании раскладывают на три составляющие (рис. 3.5): главную (касательную) Рz, радиальную Рy и осевую Рx. Для расчета мощности привода используют силу Рz, которую определяют по формуле:

где коэффициент Ср и показатели степени n, y, x зависят от условий шлифования.

Рис. 3.5. Составляющие силы резания Р при шлифовании:

а – круглым дисковым кругом; б – плоским чашечным кругом Радиальная составляющая силы Рy = kPz (k = 1,5…3) значительно влияет на точность обработки, поскольку отжимает деталь во время резания, она учитывается при расчетах точности изготовления.

По силе Рx рассчитывают механизм подачи станка.

Мощность электродвигателей, приводящих во вращение шлифовальный круг и заготовку, рассчитывают по формулам:

где 1 и 2 – соответственно кпд кинематических цепей передачи вращения шлифовальному кругу и заготовке.

4. ОБОРУДОВАНИЕ И ИНСТРУМЕНТЫ

4.1. Шлифовальные станки Металлорежущие станки, предназначенные для обработки заготовок абразивными инструментами, составляют группу шлифовальных станков.

По классификатору ЭНИМС шлифовальные станки входят в третью группу, которая включает следующие типы шлифовальных станков:

1 – круглошлифовальные;

2 – внутришлифовальные;

3 – обдирочно-шлифовальные;

4 – специализированные шлифовальные станки, например, шлицешлифовальные;

7 – плоскошлифовальные.

На предприятиях агропромышленного комплекса наиболее часто применяются кругло- и плоскошлифовальные станки. Примеры обозначений моделей шлифовальных станков: 3Б151 – круглошлифовальный; 3А230 – внутришлифовальный; 3451 – шлицешлифовальный.

Шлифовальные станки, как и все другие металлорежущие станки, делят на универсальные, специализированные и специальные.

Отечественная станкостроительная промышленность изготавливает металлорежущие станки пяти классов точности: Н – нормальной, П – повышенной, В – высокой, А – особо высокой, С – прецизионные.

4.2. Правка шлифовальных кругов Правка абразивных кругов. В процессе резания абразивные зерна выпадают из связки неравномерно по всей режущей кромке круга, и она теряет свою форму.

Помимо этого, неравномерность обновления круга приводит к потере точности и качества шероховатости обработанной поверхности. Поры поверхностного слоя круга забиваются металлической стружкой и пылью. В результате возникает необходимость периодической правки шлифовального для выравнивания его формы и удаления загрязненного слоя.

Правка – это процесс восстановления рабочей поверхности шлифовального круга с целью придания ей необходимой геометрической формы и устранения повреждений.

Правка круга также необходима для придания ему нужной конфигурации при обработке наклонных или фасонных поверхностей.

Критерии, по которым можно определить необходимость правки круга, – это ухудшение шероховатости поверхности, появление на поверхности рисок, следов прижогов, повышенная шумность работы. Практически установлено, что для восстановления режущей способности кругов достаточно удалить слой толщиной 0,1 мм. Средняя стойкость (время работы круга до заточки) шлифовального круга – 15 мин.

Правку кругов производят в автоматическом режиме при помощи специальных приспособлений или вручную.

Качество обработки шлифуемых деталей, стойкость круга и производительность шлифования в значительной степени определяются точностью формы шлифовального круга и микрорельефом его поверхностного слоя, которые зависят от конструкции правящего инструмента, его износостойкости, режимов и приемов правки.

Для правки абразивных кругов применяют:

алмаз – зерно алмаза массой 0,25…2 карата, впаянное в оправку и алмазнометаллический карандаш – несколько зерен алмаза по 0,003…0,3 карата, закрепленные при помощи металлической связки (чаще это мягкая сталь) в цилиндрической оправке. Алмаз и алмазно-металлический карандаш устанавливаются перед кругом в зоне резания заготовок, и за счет продольной подачи и периодической поперечной подачи происходит срезание поверхностного слоя;

диск из твердого сплава и металлические рифленые диски (шарошка). Диск из твердого сплава и рифленые диски устанавливаются также в месте резания, но при этом их ось несколько наклоняется в вертикальной плоскости (создается скрещение осей), за счет чего происходит резание поверхностного слоя круга. Эти инструменты также имеют продольную подачу;

карборундовый круг. При обработке карборундовым кругом происходит процесс шлифования, в котором шлифовальный круг выполняет функции обрабатываемой заготовки, а карборундовый круг – инструмента.

Наиболее качественно правку производят алмазными инструментами.

Более грубая правка осуществляют шарошками, оснащенными монолитными твердосплавными дисками, металлическими дисками и звездочками из износостойких сталей или кругами для правки из карбида кремния, термокорунда и др.

Алмазная правка шлифовальных кругов обладает существенными преимуществами по сравнению с другими способами. Благодаря весьма малой поверхности контакта алмаза со шлифовальным кругом достигаются минимальные усилия, которые в сочетании с высокой износостойкостью алмаза создают условия для получения высокой точности геометрической формы круга, а отсюда и высокой точности и качества поверхности у шлифуемых деталей.

Правка алмазным инструментом обеспечивает повышение стойкости круга в 1,5…1,6 раза по сравнению с правкой безалмазными правящими инструментами. Правка может выполняться непосредственно на рабочем месте или отдельно.

Широко применяемые шлифовальные круги зернистостью 25 40 и твердостью СМ2…СТ2 в основном расходуются не в процессе шлифования, где износ их крайне мал, а в процессе правки. На правку расходуется от 45 до 80 % полезного объема абразивных кругов при круглом, плоском и внутреннем шлифовании. Затраты времени на правку могут достигать 40 % штучного времени обработки и более.

Правку шлифовальных кругов осуществляют методами: обтачивания; обкатывания; шлифования; тангенциального точения; накатывания; шлифования свободным абразивом.

Правка методом обтачивания. Правка методом обтачивания представляет собой точение (разрушение) хрупкого абразивного материала и связки шлифовального круга правящим алмазным инструментом (рис. 4).

Правка осуществляется:

1. Отдельными алмазными зернами, зачеканенными в оправы (ОСТ 2-9– 70 «Алмазы в оправках» и ГОСТ 17504–72 «Иглы алмазные»).

Оправы для алмазов изготовляют цилиндрические, ступенчатые, конические и с резьбой. Для закрепления алмазов в оправах применяют механический зажим, пайку, чеканку (рис 4.1 а, б, в). Установка алмаза в оправе должна осуществляться таким образом, чтобы плоскости сколов кристаллов не совпадали с направлением сил, действующих на алмаз при правке, после закрепления алмаз должен выступать из оправки не более чем на 1/4 своей длины.

2. Алмазно-металлическими карандашами диаметром 8 10 мм;

Наибольшее применение имеют алмазно-металлические карандаши, в которых в определенном порядке размещены кристаллы алмазов, прочно соединенные специальным сплавом. Этот сплав имеет близкий к алмазу коэффициент теплового расширения, поэтому при изменении температуры алмазно-металлического карандаша в процессе правки алмазы не испытывают дополнительных тепловых деформаций.

Алмазно-металлические карандаши выпускают четырех типов в зависимости от расположения и характеристики алмазных кристаллов в рабочей части (рис.

4.1г): Ц – с алмазами, расположенными цепочкой вдоль оси карандаш – 01); С – с алмазами, расположенными слоями, неперекрывающимися – 02 и перекрывающимися – 03); Н – с неориентированным расположением алмазов – 04.

Каждый тип карандашей подразделяют на марки, отличающиеся массой и количеством алмазов, а также размерами вставки и оправы. Марки карандашей различных типов приведены в табл. 4.1.

Таблица 4.1. Характеристики правящих алмазно-металлических карандашей Тип Марка кристаллов (в каратах) масса алмазов Рис. 4.1. Инструменты для правки шлифовальных кругов методом обтачивания:

а, б) алмаз в оправе, крепление соответственно колпаком и чеканкой;

в) алмазная игла, крепление алмаза чеканкой или пайкой; г) алмазные карандаши с расположением алмазов цепочкой (01), слоями (02), на сферической поверхности (03), с неориентированными алмазами (04) Карандаши типа Ц изготовляют из высококачественных кристаллов алмазов массой от 0,03 до 0,5 карата. Они имеют наибольшее применение при правке кругов для круглого, бесцентрового внутреннего и фасонного шлифования. Карандаши типа С выпускают двух марок: многозернистые, содержащие до 10 сравнительно мелких алмазных зерен в слое, и малозернистые с двумя-пятью алмазными зернами массой 0,1 0,2 карата. Эти карандаши обладают повышенной износостойкостью; их используют для правки абразивных кругов при чистовом шлифовании в автоматическом цикле. Карандаши типа Н изготовляют из алмазов различного качества, в том числе из дробленых и колотых, и используют для правки мелкозернистых шлифовальных кругов на операциях круглого и бесцентрового шлифования, а также для правки однониточных резьбошлифовальных, тарельчатых и плоских кругов для зубошлифования и шлицешлифования.

В процессе правки алмазно-металлические карандаши изнашиваются, на их рабочих поверхностях образуются площадки, и поэтому карандаши обычно устанавливают так, чтобы их ось была наклонена под углом 10 15° в сторону вращения круга и развернута к направлению движения подачи. Это позволяет периодически поворачивать правящий инструмент вокруг оси, вводя тем самым в работу не затупившиеся грани алмаза, что способствует улучшению условий работы правящего инструмента и снижению его износа. Такая установка алмазных инструментов также предохраняет алмаз от перегрузок и разрушения кристаллов и исключает вибрации в системе станок–круг–алмаз.

Для правки кругов больших размеров, а также при профильном шлифовании применяют алмазы больших размеров в оправах, представляющие собой стальную державку, в которой закреплен необработанный алмаз с острой вершиной.

Алмазы с естественными гранями, закрепленные в оправах, имеют преимущество перед алмазно-металлическими карандашами: их изготовляют из более качественных алмазов и, следовательно, их износостойкость значительно выше.

Специально для правки однониточных разьбошлифовальных кругов в соответствии с ГОСТ 17564–72 промышленность выпускает алмазные иглы (табл. 4.2).

Для изготовления игл применяют природные алмазы в виде октаэдрических, пиленых и колотых кристаллов. Рабочую часть игл гранят по форме четырехгранной пирамиды без видимой при десятикратном увеличении перемычки на вершине. Алмаз крепят в державке пайкой серебряным припоем или методом, обеспечивающим необходимую прочность при исключении графитизации алмаза.

Державки для игл изготовляют из стали марок 20, 25, 30, 35, 40.

Стоимость ограненных алмазных инструментов выше стоимости алмаза в оправах, так как кристалл алмаза шлифуют. Однако высокая производительность правки кругов, а также повышение точности шлифования во многих случаях оправдывают расходы на изготовление правящего инструмента.

Правка кругов методом обкатывания. Правка кругов методом обкатывания позволяет получать высокую точность рабочей поверхности круга, которая за счет изменения величины продольной подачи алмазного инструмента может обеспечивать различную шероховатость обрабатываемой детали. В процессе правки кругов методом обтачивания возникают силы, не превышающие 30..50 Н и способствующие меньшему разрушению абразивных зерен круга при правке и их износу при шлифовании.

Правка методом обкатывания представляет собой процесс дробления и скалывания абразивных зерен на рабочей поверхности круга правящим инструментом, получающим вращение вследствие сил трения от шлифовального круга.

Правку кругов методом обкатывания безалмазными правящими инструментами чаще всего применяют как предварительную правку, когда необходимо снять большой слой абразива с недостаточно хорошо сбалансированного круга и при наличии неравномерности снимаемого слоя абразива.

В качестве правящих инструментов при методе обкатывания применяют круги из карбида кремния, стальные диски, звездочки и шарошки, твердосплавные монолитные ролики, крупнозернистые твердосплавные ролики на металлической связке.

Под действием режущей кромки правящего инструмента, перемещающейся по образующей шлифовального круга с определенной, скоростью, поверхностный слой связки круга разрушается, выступающие зерна выкрашиваются, а зерна, находящиеся более глубоко в связке, раскалываются на части.

Проскальзывание между шлифовальным кругом и правящим инструментом приводит к заглаживанию абразивных зерен на выправляемой поверхности круга.

Правящие диски, размеры которых приведены в табл. 4.3, применяют для правки кругов, используемых при чистовом и получистовом шлифовании, когда требуется получить шероховатость обработки в пределах Ra = 0,63…2,50 мкм.

В табл. 4.4 приведены рекомендуемые режимы правки шлифовальных кругов методом обкатывания. Для интенсификации процесса правки кругами из карбида кремния следует устанавливать ось правящего инструмента под углом = 8…10° по отношению к оси шлифующего круга. В остальных случаях инструменты осуществляют правку кругов при параллельных осях. Обычно после рабочих ходов производят два-четыре выхаживающих хода.

Таблица 4.3. Диски для правки шлифовальных кругов Условное обозначение дисков Таблица 4.4. Режимы правки абразивных шлифовальных кругов Круг из карбида кремния Диск твердосплавный Диск монолитный Правка методом шлифования. Правка методом шлифования представляет собой процесс срезания и дробления абразивных зерен вращающимся правящим инструментом, который получает принудительное вращение от самостоятельного привода или от привода шлифовальной бабки станка. В качестве правящего инструмента применяют алмазные ролики на твердосплавной связке (ГОСТ 16014–70) и круги из карбида кремния высокой твердости (ГОСТ 6565–67). Вследствие разности скоростей вращения шлифовального круга и правящего инструмента происходит скалывание частичек абразивных зерен, а иногда выкрашивание целых зерен. Согласно ГОСТ 6565–67 для правки кругов методом шлифования применяют круги из карбида кремния на керамической связке формы ПП с характеристикой и размерами, приведенными в табл. 4.5.

Таблица 4.5. Круги из карбида кремния для правки шлифовальных кругов

D H L T BT

Правка алмазными роликами позволяет значительно повысить производительность шлифования за счет одновременной обработки нескольких поверхностей детали, что значительно сокращает время, затрачиваемое на правку круга. Может использоваться ролик сложного фасонного профиля, либо набор роликов с использованием метода врезания или метода продольной подачи.

Правку методом шлифования осуществляют на кругло- и бесцентровошлифовальных станках, а также на специальных станках (например, для шлифования шеек коленчатых валов и кулачков распределительных валов). Применение алмазных роликов и специальных приспособлений позволяет сократить время правки, а в некоторых случаях совершенно ее исключить и таким образом повысить производительность труда при обработке на 20…30 %.

При правке кругов алмазными роликами методом шлифования возникают меньшие силы, чем правка кругами из карбида кремния. Алмазные ролики способствуют получению высокой точности выправленной поверхности шлифовальных кругов и их рациональному расходу.

В табл. 4.6 приведены режимы правки шлифовальных кругов алмазными роликами и кругами из карбида кремния с продольной подачей и врезанием.

Таблица 4.6. Режимы правки шлифовальных кругов методом шлифования Алмазные ролиОкончательная руги из ЧТ арбида более Правка методом тангенциального точения. Правка методом тангенциального точения представляет собой процесс, аналогичный процессу обтачивания.

Правку осуществляют путем срезания (отчасти скалывания и выкрашивания) абразивных зерен алмазным бруском. Операцию выполняют на плоскошлифовальных станках по всей рабочей поверхности круга при продольном перемещении стола. Брусок с профилем, соответствующим профилю шлифуемой детали, закрепляют на столе станка за деталью. Шлифовальный круг при каждой подаче на глубину приводят в соприкосновение с фасонной поверхностью бруска. В результате взаимодействия с бруском постоянно обновляется профиль круга и тем самым обеспечивается высокое качество обрабатываемых поверхностей деталей, точность размеров и стабильность обрабатываемого профиля.

При использовании профильных алмазных брусков на шлицешлифовальных и специальных станках производительность операций значительно повышается за счет исключения времени на правку.

Правка методом накатывания. Правка методом накатывания рабочей поверхности круга представляет собой процесс дробления абразивных зерен и связки при относительно медленном вращении металлического накатного ролика и круга.

Метод применяют исключительно для правки профильных шлифовальных кругов. Правящим инструментом служит стальной фасонный ролик, имеющий профиль обрабатываемой детали. Профилирование ведут при скорости накатывания 1…1,5 м/с с поперечной подачей 0,05…0,06 мм/мин. В зависимости от конструктивных особенностей станка вращение при накатке получает либо шлифовальный круг, либо ролик. В результате взаимного вращения ролика с кругом и значительного давления, создаваемого в зоне контакта поперечной подачей, происходит разрушение абразивных зерен и связки на рабочей поверхности круга.

Правка продолжается до тех пор, пока круг не приобретает форму профиля заданной детали. Износ ролика вследствие незначительного относительного скольжения при правке сравнительно невелик, поэтому одним и тем же роликом можно многократно производить правку.

Профилирование кругов накатными роликами отличается простотой конструкции приспособлений, возможностью правки по нескольким поверхностям профиля круга, высокой режущей способностью выправленных поверхностей.

Для изготовления роликов применяют стали марок 45, 40Х с закалкой до твердости HRC 30…32, а также У8А, У10А, ХГ, Р18, закаленные до твердости HRC 60…64. Профилирование роликами из стали 45, 40Х более эффективно для операций предварительного шлифования, так как процесс накатывания круга протекает интенсивнее, а изготовление роликов проще. Хотя закаленные до твердости HRC 60…64 ролики более износоустойчивы и обеспечивают повышенную точность профилирования круга, для их изготовления необходимы специальные профилешлифовальные станки.

На рис. 4.2 приведена конструкция накатного ролика с параллельными оси канавками неравномерного шага. Наличие канавок интенсифицирует процесс профилирования круга, а неравномерный шаг их расположения исключает появление на круге следов от канавок, а также биение круга после правки. Диаметр ролика выбирают в зависимости от диаметра круга D1 = (0,2…0,25)D, а его ширина Н должна соответствовать длине профиля.

Рис. 4.2. Накатной ролик для правки фасонных шлифовальных кругов Правка шлифовальных кругов свободным абразивом. При правке круга свободным абразивом через отверстие в притире подается суспензия, состоящая из абразивных зерен и глины. При вращении шлифовального круга в зазор между кругом и притиром попадает абразив, который увлекается поверхностью круга и держит на расстоянии притир.

В процессе перекатывания зерна свободного абразива по связке она удаляется, при этом за зерном образуются «подпорки».

Достоинством данного метода является высокая производительность. К недостаткам можно отнести плохую избирательность процесса правки и возможность ухудшения качества поверхности обрабатываемой детали при попадании на нее зерен абразива.

Для вывода из зоны резания выделяющейся теплоты, уменьшения трения и удаления отходов шлифования применяют охлаждение различными смазочноохлаждающими жидкостями. Охлаждающая жидкость, смывая абразивнометаллическую пыль, улучшает качества шлифуемой поверхности. Охлаждающие жидкости не должны содержать ядовитых примесей, вызывающих кожные заболевания у рабочих, не должны разъедать металл и краску станка. Чем больше площадь поверхности соприкосновения заготовки с шлифовальным кругом и тверже материал обрабатываемой заготовки, тем большее количество охлаждающей жидкости необходимо подавать в зону шлифования. Охлаждающую жидкость следует равномерно подавать на всю высоту шлифовального круга. Количество подаваемой жидкости зависит от высоты шлифовального круга: на каждые 10 мм высоты круга расходуют примерно 5…8 л жидкости.

По составу и свойствам СОЖ, применяемые при шлифовании, делят на эмульсию и масла.

В последнее время появились СОЖ, которые по своим свойствам превосходят соответствующие товарные образцы: углеродистые жидкости (масла) МР-1 и ОСМ-3, а также эмульсии «Укринол-1», «Аквол-2» и др.

Масло ОСМ-3 – маслянистая жидкость от желтого до коричневого цвета, имеющая при 200 °С плотность 0,8…0,9 г/см3 и кинематическую вязкость 6… мм2/с при 500 °С. Оно рекомендуется для обработки чугуна и стали при хонинговании, шлифовании и суперфинишной обработке.

Основу эмульсолов «Укринол-1» и «Аквол-2» также составляет минеральное масло, в которое вводят присадки, обеспечивающие его эмульгируемость в воде.

«Укринол-1» по внешнему виду прозрачная маслянистая жидкость, имеющая плотность при 200 °С 0,9…0,97 г/см3 и кинематическую вязкость 30… мм2/с при 500 °С. Эту эмульсию рекомендуют применять при всех условиях шлифования.

Применение указанных СОЖ обеспечивает повышение стойкости шлифовальных кругов, снижение шероховатости шлифуемой поверхности и повышение производительности труда.

5. НАЗНАЧЕНИЕ РЕЖИМА РЕЗАНИЯ ПРИ ШЛИФОВАНИИ

5.1. Назначение элементов режима резания при круглом наружном Определение рационального режима резания заготовки на металлорежущих станках является важным этапом проектирования технологических процессов.

Это сложная технико-экономическая задача, которую решают путем выбора режимов резания по справочникам или расчетным способом.

До расчета режима резания необходимо определить:

– форму, размеры и характеристику абразивного круга;

– припуск на обработку.

Затем проводится расчет режима резания, который включает определение:

– глубины резания (поперечной подачи) – t (sпoп), мм/2х – скорости вращения детали – vд, м/мин;

– продольной подачи – sпр, мм/об, и sпр. мин, м/мин;

– скорости вращения абразивного круга – vк, м/с.

Далее проводится проверка выбранного режима резания:

– по мощности привода шлифовальной бабки станка;

– по условию бесприжогового шлифования.

На основании назначенного режима резания определяют основное, штучное и штучно-калькуляционное время, количество станков, коэффициенты основного времени и использования станка по мощности.

5.1.1. Определение формы, размеров и характеристики круга Форма и размеры абразивного круга принимаются по паспортным данным круглошлифовального станка соответствующей модели по таблице 1 приложений.

Характеристика абразивного круга выбирается по таблице 2 в зависимости от способа шлифования, требуемой шероховатости, материала делали и вида детали (наличия галтелей).

5.1.2. Определение припуска на обработку Рекомендуемые значения припусков на диаметр (2h) приведены в таблице приложений.

В зависимости от требуемых квалитета (точности) и шероховатости поверхности шлифование может производиться за один, два и более переходов. Часто обработку ведут за два перехода – черновой и чистовой. При этом для обработки предпочтительнее выбирать абразивный круг одной марки. В случае выбора двух разных кругов потребуется наличие двух станков, так как на шлифовальных станках не производят смену кругов.

Припуск (на сторону) на черновой h1 и чистовой h2 переходы рекомендуется брать следующими:

где h – общий припуск на сторону, мм.

5.1.3. Определение глубины резания (поперечной подачи) Глубина резания t при круглом наружном шлифовании с продольной подачей (рис. 3.1а) численно равна поперечной подаче на ход стола или на двойной ход – sпoп, мм/ход, или sпoп, мм/2ход, а при круглом наружном шлифовании с поперечной подачей (рис. 3.1б) равна подаче на оборот детали – sпоп, мм/об.

Предпочтительнее применять поперечную подачу на двойной ход. Это вызвано тем, что при такой подаче толщина стружки увеличивается, а потребная мощность резания, затрачиваемая на ее деформацию, уменьшается.

При шлифовании с продольной подачей на двойной ход рекомендуется поперечная подача:

– при черновом переходе sпon1 = 0,020...0,050 мм/2ход;

– при чистовом переходе sпon2 = 0,010...0,030 мм/2ход.

При шлифовании с продольной подачей на каждый ход поперечная подача уменьшается в два раза.

При шлифовании с поперечной подачей:

– при черновом переходе sпоп1 = 0,0025....0,075 мм/об;

– при чистовом переходе sпоп2 = 0,001...0,005 мм/об.

Поперечную подачу круга необходимо брать кратной делению лимба перемещения шлифовальной бабки по паспортным данным станка.

5.1.4. Определение продольной подачи Продольная подача sпр – это продольное перемещение обрабатываемой детали (реже круга) в миллиметрах за один оборот детали, мм/об. Продольную подачу берут в долях от ширины В абразивного круга:

– при черновом переходе sпр1 = (0,3...0,7) В мм/об;

– при чистовом переходе sпр2 = (0,2…0,4) В мм/об, где В – ширина круга, мм.

Продольная подача на станке (sпр. мин) определяется скоростью перемещения стола в м/мин и рассчитывается по формуле:

Если скорость продольной подачи (перемещения) стола sст (см. табл. 1 приложений) меньше расчетной продольной подачи sпр. мин, т.е. sпр. мин > sст, необходимо уменьшить частоту вращения nд или продольную подачу sпр.

5.1.5. Определение скорости вращения детали Скорость вращения детали vд определяют по формуле:

где nд – частота вращения детали, мин-1, d – диаметр шлифования, мм.

В связи с тем, что частота вращения деталей в большинстве конструкций станков регулируется бесступенчато, принятую частоту вращения детали принимают за действительную.

5.1.6. Определение окружной скорости абразивного круга Для абразивных кругов на керамической связке окружная скорость вращения круга составляет до 35 м/с; на бакелитовой связке 65…100 м/с; на вулканитовой – до 75 м/с.

Окружная скорость абразивного круга на конкретном станке определяется частотой вращения шпинделя и диаметром круга (данные берутся из паспорта станка)(3.4):

где dк – диаметр круга, мм; nк – частота вращения круга, мин 1.

Для получения высокого качества обработанной поверхности и обеспечения максимальной производительности процесса желательно выбирать наибольшую скорость резания (с учетом ранее приведенных ограничений).

В случае использования нового, не изношенного, круга принимают минимальную частоту вращения круга.

5.2. Проверка выбранного режима резания Проверку выбранного режима резания проводят как для чернового, так и для чистового переходов.

5.2.1. Проверка по мощности привода шлифовальной бабки станка Мощность, затрачиваемая на резание (Nр) должна быть меньше или равна мощноcти на шпинделе (Nшп):

где Nэ – мощность электродвигателя станка, кВт; – кпд привода шлифовального станка, = 0,8.

Мощность резания при шлифовании равна:

с продольной подачей (на проход) с поперечной подачей (на врезание) где СN – постоянный коэффициент; vд – скорость вращения детали, м/мин; t – глубина резания. При шлифовании на проход t = sпоп, мм/ход или мм/2ход, при шлифовании с врезанием t = sпоп., мм/об; sпр – продольная подача, мм/об; d – диаметр шлифования, мм; b – ширина шлифования (длина шлифуемого участка детали), мм; r, x, y, z, q – показатели степени. Значения показателей степени и коэффициента СN приведены в табл. 5 приложений.

Если условие Nр Nшп не выдерживается, то необходимо уменьшить величину продольной подачи sпр или при врезном шлифовании поперечную подачу sпоп.

5.2.2. Проверка по условию бесприжогового шлифования Условием бесприжогового шлифования является не превышение удельной мощности резания допустимой:

Удельная мощность, затрачиваемая на резание, определяется по формуле:

где Nуд. р. – удельная мощность резания, кВт/мм; Nр – мощность резания, кВт;

В – высота (ширина) абразивного круга, мм.

При шлифовании с поперечной подачей вместо высоты В берется длина шлифуемого участка детали.

Допускаемое значение удельной мощности резания определяется по формуле:

где Nуд. д. – допустимая удельная мощность резания, кВт/мм; C N – постоянный коэффициент, зависит от твердости круга: при СМ1...СТ2 – C N = 0,037, при С1...С – C N = 0,034, при СТ1...СТ2 – C N = 0,030; vд – скорость вращения детали, м/мин.

Если условие Nуд. р. Nуд. д. не выполняется, необходимо уменьшить продольную подачу или скорость вращения детали.

5.3. Расчет времени выполнения операции 5.3.1. Основное время При шлифовании с продольной подачей:

при шлифовании с поперечной подачей:

где L – расчетная длина продольного хода стола (круга), мм; i – число рабочих ходов, которое определяется по формулам:

где K1, K2 – поправочные коэффициенты, учитывающие добавочное число рабочих ходов без поперечной подачи (на выхаживание) с целью повышения точности: для чернового шлифования – K1 = 1,2.. 1,4; для чистового – K2 = 1,25...1,7.

Так как число рабочих ходов должно быть только целым числом, его округляют до целого числа.

Если подача происходит в конце каждого хода, то вместо 2L в формуле берут величину L.

Расчетная длина L продольного хода стола при шлифовании зависит от вида обрабатываемой детали:

– с выходом круга в обе стороны (рис. 3.1а) L = l;

– с выходом круга в одну сторону (рис. 3.1г) L = l – 0,5B;

где l – длина обрабатываемой поверхности детали, мм; В – высота (ширина) абразивного круга, мм.

5.3.2. Штучное время Штучное время Тшт – время, затрачиваемое на выполнение операции, определяется как интервал времени, равный отношению цикла технологической операции к числу одновременно изготовляемых изделий, и рассчитывается как сумма составляющих где То основное время, это часть штучного времени, затрачиваемая на изменение и последующее определение состояние предмета труда, т. е. время непосредственного воздействия инструмента на заготовку;

Твсп вспомогательное время, это часть штучного времени, затрачиваемая на выполнение приемов, необходимых для обеспечения непосредственного воздействия на заготовку. Вспомогательное время отводится на:

– установку и снятие заготовки (таблица 6 приложений);

– выполнение действий, связанных с выполнением переходов (таблица 7 приложений);

– перемещение частей станка (суппорта, стола и т.д.);

– изменение режимов работы, смену инструмента;

– контрольно-измерительные операции, выполняемые по окончании перехода или технологической операции (таблица 7 приложений);

Тобс время обслуживания рабочего места, это часть штучного времени, затрачиваемая исполнителем на поддержание средств технологического оснащения в работоспособном состоянии и уход за ними и рабочим местом. Время обслуживания рабочего места складывается из времени организационного обслуживания и времени технического обслуживания.

Время организационного обслуживания отводится на:

– осмотр и опробование оборудования (станка);

– раскладку и уборку инструмента;

– очистку, смазку оборудования;

– работы по уходу за оборудованием и приведение в порядок рабочего места.

Время технического обслуживания отводится на:

– регулирование и подналадку станка;

– смену и подналадку режущего инструмента (правка шлифовальных кругов);

– наладку и подналадку оснастки;

– снятие и отвод стружки;

Тотд время на личные потребности, это часть штучного времени, затрачиваемая человеком на личные потребности и, при утомительных работах, на дополнительный отдых. Время на личные потребности сокращать нельзя, но можно не допускать его увеличения путем уменьшения утомительных работ, ликвидации однообразных часто повторяющихся операций, применения средств механизации, автоматизации и др.

Сумму основного и вспомогательного времени называют оперативным временем:

Оперативное время является основной составляющей штучного времени.

Время на обслуживание рабочего места и время на личные надобности часто берут в процентах от оперативного времени:

5.3.3. Штучно-калькуляционное время Для определения нормы времени – времени выполнения определенного объема работ в конкретных производственных условиях одним или несколькими рабочими – необходимо определить штучно-калькуляционное время Тшк, которое равно где Тпз подготовительно-заключительное время, мин. Это время на подготовку рабочих и средств производства к выполнению технологической операции и приведение их в первоначальное состояние после ее окончания, т. е. время, необходимое рабочему для получения наряда (задания) и технологической документации, ознакомление с работой, получения инструктажа, получения материалов и недостающей оснастки (приспособлений и инструмента) и ее установки, для наладки оборудования (станка) на нужные режимы на выполнение операции, а также снятие оснастки; сдачи готовой продукции, остатков материала, оснастки, инструмента, технической документации, наряда и пр.; n число деталей в партии, шт.

Подготовительно-заключительное время входит в штучно-калькуляционное время как его доля, приходящаяся на одну заготовку, определяемая путем деления всех затрат Тпз на число деталей в партии n.

Чем больше заготовок обрабатывается с одной наладки станка (с одного установа, в одной операции), тем меньшая часть подготовительно-заключительного времени входит в состав штучно-калькуляционного.

Повышение квалификации рабочего сокращает потребное время подготовки к обработке партии заготовок. При выполнении работы специалистом высокой квалификации можно проводить подготовку производства до начала смены рабочими низшей квалификации или специальными бригадами наладчиков.

В массовом производстве Тпз принимается равным нулю, так как практически вся работа выполняется при одной наладке станка.

Рекомендации по определению подготовительно-заключительного времени при круглом шлифовании приведены в таблице 10 приложений.

5.4. РАСЧЕТ НЕОБХОДИМОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Расчетное количество станков z для выполнения определенной операции определяется по формуле где Тшт – штучное время, мин; П – программа выполнения деталей в смену, шт.;

Тсм – время работы станка в смену, ч. В расчетах принимается время работы станка в смену Тсм = 8 ч, в реальных условиях на каждом предприятии это время может приниматься иным.

5.5. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ

Оценку технико-экономической эффективности технологической операции проводят по ряду коэффициентов, в числе которых коэффициент основного времени и коэффициент использования станка по мощности.

Коэффициент основного времени К0 определяет его долю в общем времени, затрачиваемом на выполнение операции:

Чем выше К0, тем лучше построен технологический процесс, поскольку больше времени, отведенного на операцию, станок работает, а не простаивает, т.е.

в этом случае уменьшается доля вспомогательного времени.

Ориентировочно значения коэффициента К0 для разных станков находятся в следующих пределах: протяжные станки – К0 = 0,35 0,945; фрезерные непрерывного действия – К0 = 0,85 0,90; остальные – К0 = 0,35 0,90.

Если коэффициент основного времени К0 ниже этих величин, то необходима разработка мероприятий по уменьшению вспомогательного времени (применение быстродействующих приспособлений, автоматизация измерений детали, совмещение основного и вспомогательного времени и др.).

Коэффициент использования станка по мощности КN определяют по формуле где Np – мощность резания, кВт (в расчете принимают ту часть технологической операции, которая происходит с наибольшими затратами мощности резания);

Nст – мощность главного привода станка, кВт; – кпд станка.

Чем ближе KN к 1, тем более полно используется мощность станка, и наоборот, чем он меньше, тем хуже используется мощность станка. Например, если KN = 0,5, то станок используется на 50 % от своей мощности и, если это возможно, следует выбрать станок меньшей мощности.

6. ПРИМЕР РАСЧЕТА РЕЖИМА РЕЗАНИЯ ПРИ КРУГЛОМ НАРУЖНОМ

ШЛИФОВАНИИ С ПРОДОЛЬНОЙ ПОДАЧЕЙ

Исходные данные:

предел прочности при растяжении материала в = 610 МПа требуемая шероховатость обработанной поверхности Ra = 0,4…0,5 мкм средняя дневная программа производства П = 120 шт.

1. Определение формы, размеров и характеристики круга По паспорту круглошлифовального станка 3А110B (табл. 1 приложений) выбираем форму и размеры круга: 25025.

Характеристику абразивного круга выбираем по таблице 2 приложений в зависимости от способа шлифования, требуемой шероховатости, материала делали и вида детали, учитывая следующее:

а) выбирать круг одной характеристики, т.к. шлифование рекомендуется проводить на одном станке;

б) при шлифовании поверхностей с галтелями твёрдость круга следует увеличивать на одну-две степени.

Таким образом, выбираем характеристику круга – 25А 25 СТ2 К 5.

Окончательная характеристика абразивного круга выявляется в процессе пробной эксплуатации с учётом конкретных технологических условий.

2. Определение припуска на обработку По таблице 3 приложений припуск на диаметр 2h равен 0,4 мм. Шлифование осуществляем за два перехода – черновой и чистовой. Тогда:

3. Определение глубины резания (поперечной подачи) На основании рекомендаций (глава 5) принимаем: s пoп 1 = 0,03 мм/ 2х; s поп 2 = 0,02 мм/2х.

4. Определение скорости вращения детали По таблице 4 приложений принимаем частоту вращения детали:

- для чернового шлифования nд1 = 200 мин-1;

- для чистового шлифования nд2 = 300 мин-1.

Скорость вращения детали по формуле (5.2):

5. Определение продольной подачи Определение продольной подачи в долях от ширины круга:

Определим скорость продольной подачи стола станка в м/мин:

Так как на станке 3A110B максимальная скорость перемещения стола составляет 2,2 м/мин, необходимо величину sпр.мин1 и sпр.мин2 уменьшить до 2, м/мин. Для этого надо снизить частоту вращения детали nд при условии sпр.мин1 = sпр.мин2 = 2,2 м/мин. Тогда:

Уточним скорость вращения детали:

6. Определение окружной скорости абразивного круга Полагаем, что используем новый круг. Тогда из паспорта nк = 2680 мин-1 и по формуле (5.3) 7. Проверка выбранного режима резания 7.1. По мощности привода шлифовальной бабки станка Мощность, затрачиваемая на резание Nр должна быть меньше или равна мощноcти на шпинделе Nшп:

где Nэ – мощность электродвигателя станка, кВт, – кпд привода шлифовального станка. Для станка 3А110В Nэ = 2,2 кВт, = 0,8.

Определяем мощность на шпинделе:

Определяем мощность резания для чернового шлифования с поперечной подачей на двойной ход по формуле (5.5):

N 1 = СN· vд1r · tx · sпр1y · dq = 1,3·16,50,75·0,030,85·12,50,7 = 3,1 кВт, где СN – постоянный коэффициент, по таблице 5 приложений CN = 1,3; vд1 – скорость вращения детали, м/мин, vд1 = 16,5 м/мин; t – глубина резания, t = sпоп = 0, мм/2ход; sпр – продольная подача, мм/об, sпр = 12,5 мм/об; d – диаметр шлифования, d = 30 мм. Показатели степени r, x, q и z выбираем по таблице 5 приложений:

r = 0,75; x = 0,85; y =0,7; q = 0.

Так как N1 > Nшп (3,1 > 1,76), необходимо уменьшить продольную подачу sпр1 мм/об, взяв за условие N1 = Nшп., т.е. принимаем Nшп. = СN· vд1r · tx · sпр1y · dq.

Мощность резания для чистового шлифования:

N2 = СN· vд2r · tx · sпр2y · dq = 1,3·27,60,75·0,020,85·7,50,7 = 2,3 кВт.

Так как N2 > Nшп (2,3 > 1,76), необходимо также уменьшить продольную подачу sпр2 мм/об, взяв за условие N2 = Nшп, т.е. приняв Nшп. = СN· vд2r · tx · sпр2y · dq.

8.2. Проверка по условию бесприжогового шлифования Условием бесприжогового шлифования является непревышение удельной мощности резания допустимой:

Допустимое значение удельной мощности резания определяем по формуле (5.9):

где C N – постоянный коэффициент, который зависит от твердости круга.

Для выбранного нами круга при СТ2 – C N = 0,030; vд – скорость вращения детали, м/мин.

Проверку выбранного режима по условию бесприжогового шлифования делаем как для чернового, так и для чистового шлифования, учитывая условия то условие бесприжогового шлифования выполняется.

9. Определение основного времени При шлифовании с продольной подачей:

где L – расчетная длина продольного хода стола, мм.

Считаем, что круг имеет выход в одну сторону, тогда Число рабочих ходов при шлифовании с продольной подачей определяется по формулам: