Характерная скорость резания при шлифовании стальной заготовки

Обновлено: 22.01.2025

При шлифовании удаление припуска с заготовки осуществляют царапанием абразивными зернами. Для шлифования характерны высокие скорости резания и малые сечения срезаемого слоя металла. При высоких скоростях резания стойкость режущих граней зерен мала, они быстро затупляются и откалываются со шлифовального круга. Однако ввиду периодического вступления в работу новых зерен стойкость круга в целом достаточно велика. Каждое зерно срезает очень тонкую стружку, но, так как одновременно в работе принимает участие большое количество зерен, а скорость резания велика, в единицу времени срезается большое количество металла.

Режущие способности шлифовального круга определяются свойствами материала абразивных зерен, качеством связующего материала и структурой абразивного инструмента.

Абразивные материалы. Зерна абразивных инструментов представляют собой искусственные или естественные минералы и кристаллы. Все применяемые в промышленности абразивные материалы делятся на естественные и искусственные. Из естественных минералов применяют алмаз, кварц, корунд, наждак, кремень, гранат.

Из естественных абразивных материалов самое большое практическое применение имеет алмаз. Чаще всего алмазы применяют для правки шлифовальных кругов (и то в тех только случаях, когда требуется высокая точность формы их поверхности). Используют алмазы массой от 0,2 до 1,5 карат и так называемые алмазные карандаши (мелкие алмазы, заделанные в специальный вольфрамолидноалюминиевый сплав в виде цилиндриков).

Основными абразивными материалами, применяемыми в промышленности для шлифования, являются искусственный корунд, карбид кремния – карборунд SiC и карбид бора В₄С.

Карборунд представляет собой конгломерат, состоящий из карбида кремния SiC с незначительными примесями графита, кварца, кремния. Получают его в электропечах при нагреве (до 1800-1850°С) смеси песка SiO₂ и каменного угля с добавкой материалов, способствующих протеканию реакции образования SiС. В зависимости от содержания SiС и примесей различают: КЧ - черный карбид кремния (SiС от 95 до 97%) и КЗ - зеленый карбид кремния (SiС > 97%).

Карбид бора В₄С—химическое соединение бора с углеродом — имеет очень высокую твердость, приближающуюся к твердости алмаза. Его получают плавкой из шихты, состоящей из технической борной кислоты и нефтяного кокса. Карбид бора (В₄С) используют в виде паст, главным образом для полирования и доводки.

К искусственным минералам также относятся борсиликокарбид, электрокорунд хромистый (ЭХ), электрокорунд титанистый (ЭТ).

Абразивные инструменты. Абразивными инструментами называют твердые тела, имеющие правильную геометрическую форму и состоящие из зерен абразивного материала, скрепленных между собой вспомогательным материалом – связкой.

Абразивный инструмент различают по геометрической форме (типу), роду и сорту абразивного материала, зернистости или размерам абразивных зерен, связи или виду связующего материала, твердости, структуре или строению.

Типы шлифовальных кругов

Круги различают по форме на плоские прямого профиля ПП, дисковые Д, плоские с выточкой ПВ, плоские с выточкой конические, плоские накладные, периферийные 2П и 3П, кольцевые 1К, чашечные цилиндрические ЧЦ и чашечные конические ЧК, тарельчатые 1Т, сегментные и др.

Рис. Типы шлифовальных кругов (см. альбом)

Зернистость шлифовальных кругов. Абразивные зерна имеют различную зернистость. Согласно ГОСТ 3647—71, размер зерен определяют в сотых долях миллиметра и обозначают определенным номером зернистости: 200, 160, 125, 100, 80, 63, 50, 40, 32, 25, 20, 16, 12, 10, 8, 6,5, 4, 3, М40, М28, М14, М10, М7, М5.

В зависимости от величины зерна установлено три группы зернистости

шлифзерна от №200 до №16 (2000 мкм – 160 мкм)

шлифпорошки от №12 до №3 (125 мкм – 28 мкм)

микрошлифпорошки от № М40 до № М5 (40 мкм – 3 мкм) Абразивные зерна разделяют по номерам зернистости, просеивая их через систему сит, каждое из которых имеет определенное количество ячеек, приходящихся на один погонный дюйм, что определяет номер сита. Под номером зерна принято понимать номер сита, через которое данные зерна прошли, прежде чем задержаться на следующем сите.

Для полировальных паст, полотен, лент, а также брусков используют микропорошки (М40—М5), размер зерен которых измеряют в микронах.

Связка . Режущая способность шлифовального круга зависит не только от материала зерен, но и от связующего материала. Основное назначение связки — закрепление абразивных зерен в инструменте и обеспечение высокой прочности круга. Связка также должна быть водостойкой, теплостойкой, устойчивой к агрессивным средам и дешевой. При неправильном выборе связки зерна не будут работать эффективно из-за разрушения связки и выпадения еще неизношенных зерен из рабочей поверхности круга.

В зависимости от сочетания пары абразивное зерно— связка прочность их соединения может быть различной.

Различают связки неорганического и органического происхождения.

К неорганическим связкам относится прежде всего керамическая. Ее достоинства: теплостойкость, водостойкость, стойкость к агрессивным средам. Недостатки: относительно высокая хрупкость, чувствительность к ударам. Обычный состав керамических связок: огнеупорная глина, полевой шпат, кварц, тальк, жидкое стекло и др.

Органические связки. Применяемые в промышленности органические связки – вулканитовые, бакелитовые, минеральные. Вулканитовая связка (В) содержит каучук и 30% серы и обеспечивает высокую эластичность кругов, что позволяет изготавливать отрезные круги толщиной до 0,5 мм диаметром до 150 мм. Скорость вращения кругов может достичь до 75 м/с. Недостатком кругов с вулканитовой связкой является их быстрое засаливание. Наиболее распространена бакелитовая связка (Б), основой которой является фенолформальдегидная смола. Круги на основе бакелитовой связки прессуют в формах, после чего нагревают для отверждения смолы. Особое достоинство ее — эластичность. Круги на бакелитовой связке успешно применяют при обдирочном и отделочном шлифовании, особенно при отрезании, фасонном шлифовании и шлифовании узких пазов и канавок.

Недостатки: относительно невысокая теплостойкость. При температуре 200—250°С прочность сцепления с зерном уменьшается. Эти связки менее стойки к агрессивным охлаждающим жидкостям. Для повышения прочности круга применяют текстолитовые прокладки, а иногда и металлические кольца.

Твердость круга. Твердость шлифовального круга или бруска характеризуется величиной силы, с которой связка удерживает абразивные зерна. ГОСТом предусмотрены семь классов твердости шлифовальных кругов: мягкие Ml, M2, МЗ; среднемягкие СМ1, СМ2; средние Cl, C2; среднетвердые СТ1, СТ2, СТЗ; твердые Т1, Т2; весьма твердые ВТ1, ВТ2; чрезвычайно твердые ЧТ1, ЧТ2.

Во время работы зерна круга тупятся, вследствие чего силы резания, действующие на каждое зерно, возрастают. В тот момент, когда сила, действующая на зерно, превысит силу, с которой оно удерживается связкой, зерно вырывается с поверхности круга и удаляется вместе со стружкой. После удаления зерна связка, оказавшаяся в непосредственном взаимодействии с обрабатываемой заготовкой, быстро стирается поверхностью заготовки, после чего на поверхность круга выступают новые острые зерна. Описанное явление называется самозатачиванием круга. При правильном выборе круга по твердости и правильном режиме шлифования круг работает с самозатачиванием.

Если выбран слишком твердый круг, то он засаливается, если слишком мягкий, то он будет интенсивно изнашиваться (осыпаться) и быстро потеряет свою форму. Обычно для мягких материалов выбирают твердый круг, а для твердых материалов — мягкий круг.

Структура круга. Под структурой абразивного инструмента понимают количественное соотношение объемов зерна, связки и пор характеризуется номером структуры. Различают три группы, включающие 13 номеров. С увеличением номера плотность круга уменьшается.

По структуре различают круги: плотной структуры 0…3 (60…56 % зерен), среднеплотной структуры 4…6 (54…48 % зерен), открытой структуры 7…12 (38…46 % зерен).

Маркировка абразивных инструментов. Каждый абразивный инструмент маркируют, для чего на одной из его нерабочих поверхностей (на его торце) обозначается род шлифующего материала, зернистость, твердость, род связки, структура, форма и размеры, а также наибольшая окружная скорость вращения. Например: 1) М44А40С26К5 расшифровывается так: материал монокорунд 44А, зернистость 40, твердость С2, структура 6, связка керамическая разновидности К5; 2) Э40СМ2К5 означает, что круг из электрокорунда, зернистость круга 40, твердость СМ2, связка керамическая К, структура 5; 3) наиболее полная маркировка: Э60М2В6Д 200´3 ГОСТ 2424-75 50 м/сек: диск состоит из нормального электрокорунда, зернистостью № 60, мягкий 2, связка вулканитовая, структура № 6, диаметр 200мм, толщина 3мм, Vmax = 50 м/сек. 4) ЧАЗ ЭБ 40 СТ3 К5 – Челябинский абразивный завод, электрокорунд белый, зернистость круга 40, твердость СТ3, связка керамическая, структура – 5.

Процесс резания при шлифовании. Шлифовальный круг можно рассматривать как многозубый инструмент, роль режущих зубьев которого выполняют входящие в состав круга абразивные зерна. Каждое зерно шлифовального круга за период его контакта с заготовкой срезает стружку очень малых размеров. Однако, вследствие огромного количества зерен в круге и большой скорости вращения, количество зерен, участвующих в работе в единицу времени, очень велико, и это дает возможность снимать при шлифовании значительные объемы металла.

Зерна шлифовального круга имеют самую различную форму, и поэтому вид и форма стружек, снимаемые различными зернами, будут также различными. При рассмотрении же шлифовальной стружки в микроскоп видим большое количество стружек различной формы и размеров. Кроме таких оформленных стружек, в шлифовальной стружке всегда имеется большое количество мелких комочков, образовавшихся вследствие стекания металлической стружки с частицами абразива. Этот вид стружки образуется при резании зернами, форма которых неблагоприятна для осуществления процесса резания.

Процесс резания при шлифовании сопровождается теми же явлениями, что и при резании металлическими инструментами.

При шлифовании образующаяся стружка и поверхность обрабатываемой заготовки нагреваются до высокой температуры (1000 … 1500 °С)

Для снижения температуры, а также с целью очистки пор круга, для осаживания пыли и удаления ее с поверхности детали. Процесс шлифования производится обычно с охлаждением струей жидкости, подводимой к зоне касания круга с обрабатываемой заготовкой.

Схемы пришлифования. Наиболее распространено круглое внешнее шлифование в центрах.

Шлифование с продольной подачей (рис. 5.24, а). Шлифовальный круг вращается с окружной скоростью V_K (м/с), которая является скоростью резания и определяется по формуле:

где D_K — -диаметр круга, мм; n_к — число оборотов круга в минуту.

Расчет скорости резания

Одним из основных факторов технологического процесса металлообработки является режим резания, который устанавливается во время обработки готовых деталей и заготовок. При выборе и назначении режимов резки определяют:

скорость подачи заготовки;
глубина резки;
скорость резки.

Глубина

Данное значение определяется припуском на обработку. Припуск лучше убирать за один этап. Глубина может оказывать сильное влияние на силу резки, по этой причине припуск могут разделять на три прохода: 55-60% слоя – черновой проход, 25-35 – получистовой, 15-20% - чистовой.

Скорость подачи

Она ограничена силами, которые действуют во время резки. Эти силы могут привести к некоторым неисправностям:

надлом или изменение формы режущего элемента;
деформации или поломке обрабатываемого материала;
выход из строя станка.

Лучше всего работать при наибольшем значении подачи. Чаще всего эту величину берут из специальных таблиц, пособий. Они составляются благодаря многочисленным исследованиям и опытам, которые проводятся на машиностроительных заводах. Уже 47 лет лучшее пособие – это книга Ю.В. Барановского «Режимы резания металлов» 1972 г. За годы им пользовались инженеры на заводах, преподаватели, учащиеся в институтах. В пособии учтены результаты экспериментальных исследований механообрабатывающего, металлообрабатывающего производства Волжского автозавода.

При выборе скорости подачи из справочного материала, данное значение изменяют по кинематическим показателям оборудования, на котором производится металлообработка. Т.е. нужно взять ближайшее наименьшее значение подачи. Для чернового прохода берут скорость от 0,4 до 1,5 мм за оборот, для чистового от 0,11 до 0,4 мм за оборот.

Если уменьшать скорость подачи, а увеличивать глубину, то нагрузка на оборудование увеличивается. Если сделать наоборот, то нагрузка уменьшится. Из этого получается, что глубина оказывает наибольшее влияние на оборудование.

Скорость резания

Это скорость движения режущей стороны резца или металла по направлению основного движения резки. Обозначается латинской буквой V, измеряется в м/мин. и определяется следующим образом:

V= π*d*n/1000 (1)

V – это скорость резки,

d – диаметр обрабатываемого материала, измеряется в миллиметрах,

n – число оборотов шпинделя в минуту.

Зная значение V можно получить необходимое число оборотов шпинделя. Получив данную величину, нужное число оборотов шпинделя берется по паспорту станка, которое является ближайшим к величине определенной расчетным методом. Если паспорт отсутствует, то берут теоретическое число, т.е. то, которое получили из вычислений. В данном случае обязательно нужно учесть знаменатель прогрессии, и не менять количество оборотов при несущественном различии в диаметрах.

Скорость резания можно получить по формулам, которые определены для всех видов металлообработки из показателей стойкости резца.

Если необходимо выполнить продольные или поперечные точения, то значение V будет:

V= Cv*Kv/T*t*S (2)

T – период стойкости резца,

t – глубина резки металла,

S – скорость подачи.

Cv в данном случае является коэффициентом, полученным при наблюдении во время опытов. Данное значение необходимо брать из таблицы специального пособия. Выбирается вариант для «стандартных» условий металлообработки. Под словом «стандартные» условия имеется в виду использование давления в 750 МПа использование твердосплавного резца.

В реальных условиях показатели резки и обработки довольно часто не совпадают со «стандартными условиями». По этой причине для получения оптимальной величины вводится поправочный коэффициент – Кv. Он учитывает все отличия.

Рассчитать его можно следующим путем:

Kv=Kмv*Kпv*Kиv (3)

Кмv – коэффициент учитывает влияние металла заготовки;
Kпv – значение, которое учитывает состояние поверхности обрабатываемого металла;
Kиv – коэффициент учитывает влияние материала, из которого изготовлен резец.

Все показатели берутся из справочников.

При резке пазов или фасонном точении берется формула (2) в измененном виде. В ней не учитывается значение t. Т.е. формула примет вид:

Скорость, которую высчитали по формулам (2) и (4) является расчетной и полученное значение имеет лишь рекомендательный характер.

Изменение скорости резания

Скорость резки при металлообработке зависит от:

Материала, формы, свойства режущего инструмента.
Рода оборудования. Токарные, фрезерные станки т.д.
Характеристики заготовки. Например, сталь, какое у нее сопротивление к разрыву.
Глубины резки.
Вида обработки. Токарные работы, нарезка резьбы.
Надежности, жесткости крепления заготовки.
Мощности и свойства оборудования.
Характера металлообработки.

На скорость резки, которая допускается режущим элементом, влияют различные нюансы: стойкость резца, физические свойства заготовки, количество и качество СОЖ, разрешенный и допустимый износ резца.

Чем выше быстрота перемещения при резке, тем быстрее падает стойкость резцов. Подходящая величина для резцовых инструментов от 25 до 55 м/мин. Если на резцах установлены пластины твердых сплавов, то данный показатель можно увеличить до 75-145 м/мин. В таком случае их стойкость составит от получаса до часа.

Выбор режимов резки

Чтобы подобрать режим резания, необходимо правильно выбрать основные его элементы, то есть, определять и учитывать наиболее выгодные показатели величин этих режимов:

Получение технологически разрешенной скорости подачи. Это нужно для использования всех мощностей станка.
Получение экономичной скорости резания. Помогает рационально использовать режущие элементы.

После просчетов необходимо проводить проверки по формулам или таблицам. Они дают понять, насколько выбранные элементы соответствуют мощностям станка, на котором будет выполняться резка металла, а также определяется мощность его привода. В особенности проверки нужны, если необходимо выполнить грубые обтирочные работы.

Выбор режимов резания при шлифовании

t = (0,005–0,015) мм – проход при круглом чистовом шлифовании.

Количество проходов рассчитывается по формуле (1):

i = z/t.

где z – припуск на шлифование (на сторону), мм.

Продольная подача S (мм/об) рассчитывается по формуле (7):

где S_к – продольная подача в долях ширины круга на один оборот детали; В_к – ширина шлифовального круга, мм (B_к =20–40 мм).

При круглом шлифовании S_к зависит от вида шлифования:

а) S_к = 0,03–0,05 – при черновом шлифовании деталей из любых материалов (кроме чугуна) диаметром D < 20 мм:

б) S_к = 0,06–0,07 – при черновом шлифовании деталей из любых материалов (кроме чугуна) диаметром D > 20 мм;

в) S_к = (0,075–0,085) – при черновом шлифовании деталей из чугуна;

г) S_к = (0,02–0,03) – при чистовом шлифовании независимо от материала и диаметра детали.

Линейная скорость круга V_к назначается из диапазонов:

V_к = 30–40 м/с (для чернового шлифования).

V_к = 20–25 м/с (для чистового шлифования).

Линейная скорость детали V_д назначается из диапазонов:

V_д = 20–40 м/мин (для чернового шлифования).

V_д = 5–10 м/мин (для чистового шлифования).

Частота вращения детали n_д (об/мин) определяется по формуле (3).

Скорость продольного перемещения стола V_ст рассчитывается по формуле (8):

где S – продольная подача, мм/об; n_д – частота вращения детали, об/мин

Основное время Т_о при шлифовании с продольной подачей рассчитывается по формуле (9):

где L – длина продольного хода стола определяется по формулам (10) или (11):

- при шлифовании на проход

L = l + (0,2–0,4)·В_к,мм; (10)

- при шлифовании в упор

L = l – (0,4–0,6)·В_к, мм; (11)

l – длина шлифуемой поверхности, мм; К – коэффициент точности или коэффициент выхаживания (при черновом шлифовании К = 1,1; при чистовом – К = 1,4).

Шлифование с поперечной подачей (методом врезания).

Врезное шлифование является производительным методом обкатки. Оно осуществляется с поперечной подачей до достижения необходимого размера поверхности (продольная подача отсутствует), глубина резания равна припуску на обработку. Шлифовальный круг перекрывает всю (длину) ширину обрабатываемой поверхности детали.

Основное время Т_о при поперечном шлифовании рассчитывается по формуле (12):

где S_поп – поперечная подача на один оборот детали (S_поп = 0,0025–0,02 мм/об).

Остальные параметры (V, V_д, n_д) определяются также, как и при продольном шлифовании.

Вспомогательное время Т_в (мин) при шлифовании выбирается из таблицы 14.

Таблица 14. Вспомогательное время Т_в при работе на круглошлифовальных станках, мин

Способ установки обрабатываемой детали

Масса обрабатываемой заготовки с оправкой М_з , кг

Дополнительное время Т_доп при шлифовании для учебных целей можно принять 7% от операционного времени Т_оп (Т_доп = 0,07·Т_оп) (в учебных целях).

Подготовительно-заключительное время T_п.–з при шлифовании (N = 7–22 шт.) для учебных целей принимается T_п.–з = 14–18 мин.

Таблица 15.Режимы механической обработки наплавленного покрытия и данные по норме времени

материала режущего элемента

на обработку 2z, мм

Затраты времени, мин

Всего:

Изучить особенности механической обработки наплавленных покрытий, рассчитать режимы механической обработки покрытий и норму времени на ее выполнение.

Исходные данные для выполнения работы:

Способ установки детали при обработке

Масса обрабатываемой детали, кг

Тип резца, усл. работы, сечение

Кол-во деталей в партии, шт.

Порядок выполнения работы:

1. Ознакомиться с основными положениями (методы механической обработки покрытий, обоснование рационального способа обработки наплавленных покрытий).

2. Зарисовать схему строения участка детали с наплавленнымпокрытием.

3. Разработать и схематично изобразить технологический маршрут механической обработки наплавленного покрытия.

4. Назначить припуски на каждую технологическую операцию

5. Выбрать материал и геометрические параметры режущего элемента токарного резца, выбрать марку шлифовального круга.

6. Назначить (или рассчитать) режимы механической обработки наплавленного покрытия.

7. Рассчитать норму времени на выполнения механической обработки наплавленного покрытия.

8. Занести результаты расчетов режимов механической обработки и данных по затратам времени в таблицу 15.

Содержание отчета

l. Наименование и цель работы, задание.

2. Исходные данные.

3. Схема строения участка детали с наплавленнымпокрытием.

4. Схема технологического маршрута механической обработки наплавленного покрытия.

5. Материал и геометрические параметры режущего элемента токарного резца.

6. Расчет (или выбор) режимов механической обработки наплавленного покрытия.

7. Расчет нормы времени механической обработки наплавленного покрытия.

8. Выводы (в виде таблицы 15).

1. Иванов В.П. Технология и оборудование восстановления деталей машин. – М.: Техноперспектива, 2007.

2. Обработка и упрочнение поверхностей при изготовлении и восстановлении деталей / В.И. Бородавко [и др.]; под общ. ред. М.Л. Хейфеца и С. А. Клименко. – Минск: Беларус. навука, 2013. – 463 с.

3. Воловик, Е. Л. Справочник по восстановлению деталей / Е. Л. Воловик. – М.: Колос, 1981.

1. Назовите особенности физико-механических свойств слоя наплавленного металла, которые следует учитывать при его механической обработке.

2. Какие способы механического, электрофизического и электрохимического воздействия применяются при обработке наплавленных покрытий?

3. Какой уровень твердости и какие припуски является рекомендуемыми при выборе того или иного (механический, электрофизический или электрохимический) способа обработки металлопокрытий?

4. Какие виды механообработки рекомендуются для обработки покрытий, полученных электрохимическим осаждением?

5. Какие виды механообработки рекомендуются для обработки покрытий, полученных газотермическим напылением износостойких покрытий?

6. Какие виды механообработки рекомендуются для обработки наплавленных покрытий?

7. Назовите основные элементы режима резания при механической обработке (точении, шлифовании) покрытий.

8. По какой причине не рекомендуется проводить шлифование алмазными кругами деталей, восстановленных хромированием или железнением?

9. На каких операциях алмазная обработка гальванопокрытий является наиболее эффективной?

10. В чем состоят преимущества обработки труднообрабатываемых материалов лезвийным инструментом с режущими элементами из композитов на основе алмаза или кубического нитрида бора по сравнению с их шлифованием?

Пример выполнения

1. Диаметр детали – D = 90 мм;

2. Длина обрабатываемой поверхности – l = 100 мм;

3. Способ нанесения покрытия – электродуговая наплавка проволокой 30ХГСА под флюсом АН-348А, твердость HRC 42–45;

4. Суммарный припуск на механическую обработку – 2z = 3,90 мм.

5. Шероховатость поверхности после обработки – Ra = 1,2–0,80 мкм.

6. Точность финишной обработки – 7 квалитет.

7. Способ установки обрабатываемой заготовки – в центрах с хомутиком.

8. Обработка осуществляется на проход, с охлаждением.

9. Масса заготовки М_з =11,6 кг.

10. Количество деталей в партии N = 15 шт.

11. Тип резца – проходной; сечение резца – 20х30 мм.

2. Зарисовать схему строения участка детали с наплавленнымпокрытием

3. Разработать и схематично изобразить технологический маршрут механической обработки наплавленного покрытия

Из табл. 3: шероховатость поверхности после обработки – Ra = 1,2–0,80 мкм; точность финишной обработки – 7 квалитет:

РЕЖИМ РЕЗАНИЯ. СИЛЫ РЕЗАНИЯ

Шлифованием называют процесс обработки Заготовок резанием с помощью абразивных кругов. Абразивные зерна расположены в круге беспорядочно и удерживаются связующим материалом. При вращательном движении круга в зоне его контакта с заготовкой часть зерен срезает материал в виде очень большого числа тонких стружек (до 100 000 000 в минуту). Шлифовальные круги срезают стружки на очень больших скоростях — от 30 м/с и выше. Процесс резания каждым зерном осуществляется почти мгновенно. Обработанная поверхность представляет собой совокупность микроследов абразивных зерен и имеет малую шероховатость. Часть зерен ориентирована так, что резать не может. Такие зерна производят работу трения по поверхности резания.

Абразивные зерна могут также оказывать на заготовку существенное силовое воздействие. Происходит поверхностное пластическое деформирование материала, искажение его кристаллической решетки. Деформирующая сила вызывает сдвиги одного слоя атомов относительно другого. Вследствие упругопластического деформирования материала обработанная поверхность упрочняется. Но этот эффект оказывается менее ощутимым, чем при обработке металлическим инструментом.

Тепловое и силовое воздействие на обработанную поверхность приводит к структурным превращениям, изменениям физико-механических свойств поверхностных слоев обрабатываемого материала. Так, образуется дефектный поверхностный слой детали. Для уменьшения теплового воздействия процесс шлифования производят при обильной подаче смазочно-охлаждающих жидкостей.

Шлифование применяют для чистовой и отделочной обработки деталей с высокой точностью. Для заготовок из закаленных сталей шлифование является одним из наиболее распространенных методов формообразования. С развитием малоотходной технологии доля обработки металлическим инструментом будет уменьшаться, а абразивным — увеличиваться.

РЕЖИМ РЕЗАНИЯ. СИЛЫ РЕЗАНИЯ

Для формообразования любой поверхности методом шлифования необходимо вращательное движение круга и относительное перемещение по одной из координатных осей (рис. 6.91). Перемещения вдоль осей могут быть заменены вращательным движением вокруг оси.

Основные элементы режима резания — скорость резания, подача и глубина резания. Для рационального ведения процесса шлифования необходимо выбирать их оптимальные значения.

Рис. 6.91. Элементы резания при шлифовании

Рис. 6.92. Сила резания при шлифовании

Скорость резания (м/с) равна окружной скорости точки на периферии шлифовального круга:

где nк — частота вращения круга, об/мин; Dк — наружный диаметр шлифовального круга, мм.

Подачами являются перемещения заготовки или инструмента вдоль или вокруг координатных осей. Выражения и размерности подач определяются схемами шлифования. Глубина резания t (мм) определяется толщиной слоя материала, срезаемого за один проход.

Оптимальные режимы резания выбирают по справочным данным.

Для расчета элементов шлифовальных станков, конструирования приспособлений для работы на них и оценки точности обработки необходимо знать силы резания. Силу резания Р, возникающую при шлифовании в зоне контакта круга и заготовки, для удобства расчетов разлагают по координатным осям на три составляющие (рис. 6.92): тангенциальную Pz , радиальную Ру и осевую Рx. Составляющую Ру используют в расчетах точности обработки, Рx — необходима для проектирования механизмов подач шлифовальных станков, Рz используют для определения мощности электродвигателя шлифовального круга.

Силы находят по справочным данным в зависимости от конкретных условий шлифования или по эмпирическим формулам. Для составляющей силы резания Pz (Н)

Коэффициент Ср_z , и показатели степени а, Ь и с также обусловлены условиями шлифования; .

Радиальная составляющая силы резания

где k — коэффициент (k > 1).

Мощность электродвигателя, приводящего во вращение шлифовальный круг, кВт,

мощность электродвигателя, приводящего во вращение заготовку, кВт,

где h₁ h₂— соответственно КПД кинематических цепей передачи вращения кругу и заготовке.

Пример расчета режима резания (круглое наружное шлифование)

Шлифовать шейку вала из стали 40Х (закаленной) HRC>50 диаметром d=45к6, шероховатость обработанной поверхности Ra=0,63 мкм, припуск на сторону t=0,2 мм. Оборудование-круглошлифовальный станок модели 3А151 (рис. 2.7).

Паспортные данные станка: Наибольший диаметр и длина шлифуемой поверхности: 200х700 мм. Мощность двигателя шлифовальной бабки N_м=7 кВт; КПД станка η=0,8.

Частота вращения обрабатываемой заготовки (мин -1 ): 63…400 (регулируется бесступенчато). Частота вращения шлифовального круга- 1112 мин -1 . Скорость продольного хода стола 0,1…6 м/мин (регулируется бесступенчато).

Периодическая подача шлифовального круга (мм/ход стола): 0,0025; 0,005; 0,0075; 0,01; 0,0125; 0,015; 0,0175; 0,02; 0,0225; 0,025; 0,0275; 0,03; 0,0325; 0,035; 0,0375; 0,04; 0,0425; 0,045; 0,05. Размеры шлифовального круга (нового): D_к=600мм; В_к=63мм.

1. Выбираем характеристику шлифовального круга (таблица 2.31) 24А16…25С1К. Форма круга ПП – прямоугольный профиль; материал абразивных зерен – электрокорунд белый; зернистость 16…25; твердость связки – средняя; связка – керамическая.

2. Скорость шлифования для круга подобного типа V_кр=35 м/с На станке круг вращается с частотой вращения n= 1112 мин -1 .

Рис. 2.7-Шлифование валика

V_кр=(3,14·600·1112)/(1000·60)=34,9 м/с Эту скорость выбранный круг допускает. 3. Окружная подача (скорость враще- ния и число оборотов детали в минуту) определяется по эмпирической формуле [3, с.252]: V_д=(C_v_·D к )/(T m · t x · В y ) м/мин , где C_v=0,24; к=0,3; m=0,5; x=1,0; у=1,0. (таблица 2.30) В=0,42.

4. Принятая стойкость шлифовального круга в мин (обычно 15 мин).

После подстановки в формулу для определения скорости получаем:

V_д=(0,24·45 0,3 )/(15 0,5 · 0,2 1,0 · 0,42 1,0 )=9,96 м/мин.

Тогда частота вращения детали:

На станке вращение детали выполняется бесступенчато от электродвигателя постоянного тока в диапазоне 63…400 мин -1 . Полученное значение n можно установить на станке.

5. Поперечная подача круга 0,013 мм/ход стола (таблица 2.28) при средней подаче 0,011…0,015 мм/ход стола. Ближайшая подача по паспорту станка- 0,015 мм/ход стола.

6. Продольная подача (таблица 2.29) определяется в долях ширины круга (0,7). При ширине круга 63 мм величина продольной подачи

7. Скорость продольного хода стола

Скорость продольного хода стола регулируется бесступенчато в пределах 0,1…6,0 м/мин. Полученное значение можно установить на станке.

8. Мощность резания при шлифовании методом продольной подачи определяется по эмпирической формуле следующего вида:

N_э=С_v V x · S_кр y · t z кВт,

где С_v =1,4; х=0,75; у=0,70; z=0,85 (таблица 2.32).

При подстановке получаем:

N_э=1,4·9,96 0,75· 44,1 0,7· 0,015 0,85 =1,4·5,614,1·0,028=3,09 кВт

Потребная мощность в сравнении с данными станка осуществима.

9. При круглом наружном шлифовании машинное время определяется следующим образом: (при поперечной подаче на двойной ход стола)

где d_д=45мм; L=200мм; V_д=9,96м/мин; S_пр=44,1мм/об; i=t/S_пп= =0,2/0,015=15,38=16.

К- коэффициент, учитывающий износ круга и точность шлифования (1,2…1,4)

Читайте также: