Изнашивание шлифовальных кругов и влияние СОЖ

Изнашивание шлифовальных кругов определяется поведением абразивных зерен и их связки под воздействием сил и температуры, возникающих в процессе резания. При этом могут проявиться четыре вида изнашивания, а именно: образование поверхностей изна­шивания из-за пластического течения режущей кромки зерна (рис. 19.7 а), дробление групп кристаллов зерен (б), частичное (в) и полное (г) выкрашивание зерен.

Если пластическое течение режущей кромки зерна объясняется преимущественно воздействием высокой температуры в зоне кон­такта, то три другие вида изнашивания обусловлены механической нагрузкой на абразивное зерно. Полное выкрашивание зерен может наступить и при термических перегрузках режущей поверхности, когда связка размягчается или разрушается. Если при определенных условиях обработки возникает большой износ шлифовального круга, то круг приходится часто править. Следовательно, изнашивание шлифовального круга оказывает влияние как на точность, так и на стоимость изготовления.

Процесс трения, воздействующий на отдельное зерно во время контакта, характеризуется высокими переменными значениями да­вления и температуры, что приводит к двум различным процессам изнашивания, так называемому пластическому течению и образова­нию микротрещин. Оба вида изнашивания протекают одновременно и зависят в равной мере от воздействующих на отдельное зерно четырех параметров: давления, скорости трения, времени и длины контакта.

Рис. 19.7. Виды изнашивания шлифовального круга

Общее уравнение для износа шлифовального круга можно интерпретировать как экспоненциальную функцию шлифования:

(19.13)

Здесь V¢ представляет собой снятый объем материала на единицу ширины круга. Показатели степени учитывают различную значи­мость приведенных выше параметров (т - давление в контакте, i - скорость трения, в - время контакта, h - число контактов за определенный промежуток).

Износ по кромкам при шлифовании увеличивается примерно пропорционально увеличе­нию скорости детали v_д, и подачи, причем влияние последней не­сколько больше. Увеличение скорости круга v_к напротив, сильно уменьшает износ. Влияние снятого объема материа­ла V' прямо пропорционально износу.

Важнейшим средством уменьшения теплового воздействия при шлифовании является, наряду с повышением скорости детали, выбор подходящей смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ). Она должна иметь высокие значения теплопроводности, удельной теплоемкости и теплоты парообразования, а также хорошую смачиваемость и смазывающую способность. Если обработка ведется с большой объем­ной производительностью резания, то следует выбирать СОЖ, уменьшающую долю теплоты, возникающей при трении. Хотя вод­ные эмульсии имеют значительно большую теплопроводность и удельную теплоемкость, их смазывающая способность невелика по сравнению со смазывающей способностью масел. При высокоскоро­стном и профильном шлифовании применяют прежде всего чистые масла. Большая способность к смачиванию и смазыванию масел ведет к уменьшению доли теплоты трения и поэтому к более низким температурам. Составляющие силы резания и шероховатость поверхности при этом ниже, чем при применении эмульсий. Дости­жимая предельная производительность резания, при которой раз­рушаются режущие кромки, для шлифовальных масел значительно больше, чем для эмульсий. Другой проблемой является подвод СОЖ в зону резания, так как вокруг шлифовального круга обра­зуется воздушная прослойка, которая с увеличением скорости круга становится мощнее. Поэтому при работе с повышенными окружными скоростями шлифовального круга применяют отклоняющие воздух щитки и высокие давления (1-3 мПа). Однако этим не гарантируется очистка шлифовального круга от прилипших частиц материала. Такая очистка производится расположенными вокруг шлифовального круга соплами высокого давления, причем шеро­ховатость поверхности уменьшается с увеличением количества сопл высокого давления.

Шероховатость поверхности

Режущую поверхность шлифовального круга можно представить как некоторое число небольших резцов в виде зерен, распределенных на поверхности круга, острые кромки которых лежат на очень не­большой глубине по периферии круга (до 50 мкм) в зависимости от размера зерна и способа правки. Благодаря этому поверхность круга имеет определенную микронеровность, которую можно опре­делить в форме сечения для выявления профиля вертикально к на­правлению вектора скорости круга, так называемого профиля режу­щей части.

При движении такого вращающегося инструмента относительно детали на ее поверхности образуются микронеровности, которые можно рассматривать как кинематическое отображение микронеровностей рабочей поверхности круга.

Процесс отображения можно толковать таким образом: с ростом отношения скоростей все больше профилей режущей части шлифовального круга отображаются на каждом участке поверхности детали, тaк что с большим отношением скоростей q шероховатость поверхности должна уменьшаться.

До сих пор не удалось описать функционально зависимости, суще­ствующие между параметрами шли­фования и шероховатостью поверх­ности детали, не удалось учесть дополнительного влияния так назы­ваемой кинематической шерохова­тости, возникающей вследствие разновысотности траекторий следую­щих друг за другом резцов и также зависящей от отношения скоростей q, эквивалентного диаметра круга d_se и распределения резцов.

Рис. 19.8. Шероховатость поверхно­сти детали в зависимости от отноше­ния

скоростей q

Крепление кругов

При закреплении абразивного инcтрумента по соображениям техники безопасности следует соблюдать все предписания, касающиеся пpeдoтвра­щения несчастного случая. Прежде чем установить шлифовальный круг, пола­гается провести пробу на звучность, проверить легкость насаживания на крепежное приспособление, наличие крепежных фланцев с диаметром, рав­ным одной трети диаметра круга, и перекрытием, равным одной шестой вы­соты круга (рис 19.9) наличие элас­тичных прокладок (например, из мяг­кого картона), а также провести пятиминутную прогонку на станке на полном рабочем числе оборотов. На рис. 19.9 показано крепление шлифо­вального круга.

Рис. 19.9. Крепление шлифовального круга с помощью противовесов

1 - противовесы; b и c - ширина и высота шлифовального круга; d-внутренний диаметр фланца; е - перекрытие (> с/6); f - внешний диаметр фланца; g - внешний диаметр шлифовального круга.

Окружная скорость разрушения, как правило, возрастает с умень­шением зернистости и увеличением твердости шлифовального круга. Самую большую нагрузку на шлифовальный круг создают цен­тробежные силы, так как они возрастают пропорционально квадрату окружной скорости.

На рис. 19.10, б показан шлифовальный круг равной прочности, на котором в любом месте возникают такие же касательные напря­жения, что и на внешнем краю. Так как эти напряжения значи­тельно ниже, чем на краю отверстия круга при равной его толщине, то этот круг достигает соответственно большей скорости разрушения.

При конической форме (рис. 19.10, в) велика вероятность того, что при разрушении круга осколки будут удержаны зажимными флан­цами.

Рис. 19.10. Шлифовальные круги для высоко­скоростного шлифования: а - армированный стекловолокном; б - круг равной прочности; в - коническая форма; г - края отверстия повышенной прочности

Рис. 19.11. Сегментный шлифоваль­ный круг (по М. К. Шоу): 1- зона крепления (удерживающая сила); 2 - центробежная сила; 3 - винтовое крепление

Балансировка

Абразивные круги неоднородны; неравномерное распределение составных частей (зерен абразива, связки и пор) при изготовлении вызывает дисбаланс. Допустимый дисбаланс при поставке шлифо­вальных кругов не должен превышать 2-4 % массы круга. Этот дисбаланс должен быть устранен путем балансировки абразивного круга в сборе с крепежными элементами.

Для узких шлифовальных кругов вполне достаточно баланси­ровки в одной плоскости - статическая балансировка. При враще­нии статически отбалансированных тел вращения тем не менее возни­кают колебания из-за переменных моментов, которые можно исклю­чить лишь динамической балансировкой в двух плоскостях. По этой причине очень широкие шлифовальные круги, например предназначен­ные для бесцентрового шлифования, лучше всего подвергать динами­ческой балансировке на балансировочной машине. Перед баланси­ровкой шлифовальный круг правят на шлифовальном станке во из­бежание появления новых центров тяжести. Кроме того, следует учесть, что состояние баланса во время эксплуатации меняется вследствие изнашивания круга и правки, так что иногда следует проводить повторную балансировку.

Рис. 19.12. Статическая балансировка при рабочей частоте вращения на шлифовальном станке

1 - шкала, 2 - постоянный индикатор, 3 - стробоскоп, 4 - приёмник колебаний, 5 - фильтр, 6 - измерительный инструмент, 7 - датчик импульсов.

При статической ба­лансировке вне станка шлифовальный круг во фланце выравнивается путем перемещения противовесов на фланце (см. рис. 19.9). Требуется таким образом улучшить распределение масс вращающегося тела, чтобы главная ось инерции совпала с осью вращения. Статическая балансировка при рабочей частоте вращения на шли­фовальном станке с помощью стробоскопа показана на рис. 19.12. Учитывается весь дисбаланс, вызываемый в режиме работы шлифовальным шпинделем, фланцем и шлифовальным кругом. Коле­бания дисбаланса преобразуются чувствительным элементом в элек­трические колебания, из которых фильтр пропускает только колеба­ния с частотой вращения шлифовального круга. На измерительном инструменте считывается величина момента дисбаланса. Одновре­менно синусоидальное напряжение, созданное дисбалансом, через импульсный датчик преобразуется в отдельные импульсы, причем каждый импульс возбуждает лампу-вспышку. Так как лампа вспы­хивает кратковременно лишь одни раз за оборот круга, то круг при таком освещении представляется неподвижным. Фиксирован­ный указатель отмечает те места круга, где должна быть размещена дополнительная масса. В методе трех шари­ков, рекомендованном фирмой «Цинциннати Милакрон» (метод автоба­лансировки), при большой частоте вращения шлифовального шпин­деля три бегущих в кольце шарика самостоятельно распределяются так, что полностью снимают имеющийся дисбаланс шлифовального круга. Преимущество метода в очень быстрой балансировке, недоста­ток - неполное устранение остаточного дисбаланса.

Правка

Абразивные круги должны точно вращаться и иметь подготовленную к врезанию поверхность шлифования. Поэтому шлифоваль­ные станки оснащают устройствами правки, с помощью которых осуществляется правка изношенного шли­фовального круга. В качестве инструмента для правки используют алмазное зерно, многоалмазные головки, алмазные бруски, стальные и алмазные профилирующие ро­лики. Устройство для правки должно вести алмаз без колебаний, установочный угол к вращающейся рабочей поверхности круга должен составлять примерно 10°. В процессе правки на алмазе одна поверх­ность сошлифовывается под этим углом, поэтому державку с алмазом периодически поворачивают вокруг продольной оси, чтобы алмаз врезался острой кромкой. Подача па правку не должна превышать 0,02-0,03 мм. Для правки черновых и сегментных кругов, уста­новленных на плоскошлифовальных станках, применяют устройства для правки без алмазов, а с дисками из стали, твердого сплава или керамики.