Механика процесса шлифования

После выбора шлифовального круга и при заданных характери­стиках станка, материала и СОЖ на результат обработки можно повлиять лишь варьированием рабочих параметров, устанавлива­емых на станке. Целевые меры такого рода предполагают знание кинематических и механических процессов в зоне контакта между деталью и шлифовальным кругом, а также их воздействием на ре­зультат шлифования.

Исходным моментом является знание объемного распределения режущих кромок шлифовального круга в плоскости резания. Для вращающегося со скоростью 30 м/с шлифовального круга для при­нятых в расчете его характеристик при большом расстоянии между зернами и крупной зернистости 36 тыс. режущих кромок в 1 с до­стигают поверхности детали по всей ширине шлифования, а при наименьшем расстоянии между зернами и небольшой зернистости - 3,27 млн. режущих кромок в 1 с.

Если бы вершины этих режущих кромок лежали в одной пло­скости, то независимо от скоростей резания и подачи и поперечной подачи они должны были бы по аналогии с режущими лезвиями фрезы вступить в контакт с деталью. Но так как вылет режущих кромок в зависимости от размера зерна и условий правки может варьироваться до 50 мкм, часть низко расположенных кромок будет перекрываться более высокими и они в контакт не вступят. С увеличением окружной скорости круга v_к, уменьшением скорости детали (скорости подачи детали) v_д, уменьшением величины попереч­ной подачи а и увеличением диаметра шлифовального круга увели­чивается коэффициент перекрытия и соответственно по экспонен­циальному закону уменьшается число режущих кромок, вступающих в контакт на единицу поверхности круга.

В качестве дополнительного условия необходимы также знания о механизме съема материала, потому что наряду с геометрическими и кинематическими закономерностями этот фактор также является решающим в образовании и распределении составляющих силы резания, износа, температуры и качества поверхности. На пластичных материалах со средними значениями относительного удлинения и предела прочности при растяжении и небольшими значениями теплопроводности и теплоемкости, например на неле­гированных сталях со средним содержанием углерода, получают сливную стружку, несмотря на небольшую толщину среза (менее 5 мкм), геометрически неопределенное и нерегулярное расположение режущих кромок и резко отрицательный передний угол. Стружка образуется непрерывно, она не прилипает к поверхности инстру­мента. Материалы с такой обрабатываемостью резанием обнаружи­вают при росте окружной скорости круга заметное уменьшение силы резания и всего лишь незначительный рост тепловой нагрузки в поверхностном слое детали.

С увеличением величины относительного удлинения материала и со снижением предела прочности при растяжении (например, малоуглеродистая нелегированная сталь) и при повышенной тепло­проводности и теплоемкости (например, медь, алюминий) показатели обрабатываемости постоянно ухудшаются. Нарушается процесс стружкообразования и схода стружки, которая не сходит, а впрессо­вывается в свободные зоны поверхности круга; стружка плохо отделяется от зерен, она часто забивает зону резания. В таких слу­чаях говорят о засаливании шлифовального круга. Этот процесс ведет к значительному увеличению нагрузки на кpyг, что резко снижает его режущую способность, так как нарушаются кинематические и механические предпосылки стружкообразования выбранной для данного материала поверхности круга. Выход - в выборе пористого, крупнозернистого, не очень твердого круга и в увеличении давления подачи СОЖ.

В противоположность только что описанным материалам плохую обрабатываемость обнаруживают материалы с твердыми карбидными включениями, например быстрорежущие стали, что объясняется повышенным износом из-за этих включений, твердость которых сравнима с твердостью обычных абразивов.

То же касается и обработки шлифованием твердых сплавов, хрупких и твердых неметаллов, таких, как минералы, керамика, стекло.

Увеличение коэффициента абразивной способности в подобных случаях достигается только применением более твердого абразива. Поэтому шлифование твердых сплавов, керамики, минералов и стекла - бесспорная область использования природных и синтети­ческих алмазов. При этом материал снимается не в форме стружки, а внедряющееся алмазное зерно разрывает попадающееся на пути твердое включение на мелкие частички, причем ширина получа­ющейся канавки может быть больше ширины алмазного зерна. Эти частички сами обладают сильным абразивным эффектом, воздейству­ющим на связку круга и вызывающим так называемый износ связки алмазного инструмента. Тем не менее удаление раздробленных частиц из зоны контакта не вызывает затруднений.

Важным критерием при шлифовании хрупких материалов яв­ляется наличие заметно более низких температур по сравнению с температурами при шлифовании пластичных материалов. Основная причина этого в том, что алмазный шлифовальный инструмент не пригоден для обработки сталей, так как в этом случае в зоне стружко­образования и на поверхностях контакта возникает температура выше 1000°С, что ведет к повышенному износу алмаза.

В качестве последней группы обрабатываемых материалов сле­дует рассмотреть материалы с небольшим относительным удлине­нием, низким пределом прочности при растяжении и дающим корот­кую стружку, к которым относятся, например, серый и отбеленный чугуны, латунь и бронза. Стружкоотделение происходит в форме пластинок, и стружка удаляется легко из зоны контакта. В качестве абразива используют карбид кремния и электрокорунд. Характер­ным для этих материалов (как и при обработке хрупких и твердых материалов) является то, что при росте окружной скорости круга усилие резания снижается незначительно, а тепловая нагрузка на поверхности инструмента сильно возрастает.