ИЗНОС И СТОЙКОСТЬ ШЛИФОВАЛЬНЫХ КРУГОВ.

Наиболее характерными видами износа шлифовальных кругов являются: 1) скругление вершин выступающих зерен и их раскалывание при возрастающей нагрузке; 2) вырывание зерен из связки и обновление в процессе самозатачивания; 3) истирание связки в поверхностных слоях круга; 4) забивание (засаливание) пор и пространства между зернами мелкой стружкой и продуктами износа.

При износе путем истирания зерен имеют место все виды износа, характерные для лезвийных инструментов: абразивный, адгезионный, диффузионный и химический. На интенсивность износа зерен и связки кругов влияют режим шлифования и мгновенная температура, достигающая больших значений (1000...1600°С). Однако с повышением температуры микротвердость абразивных зерен уменьшается. Так, например, при температуре 1200°С микротвердость зерен карбида кремния снижается в 3 раза по сравнению с микротвердостью при комнатной температуре. При этом ослабевает прочность закрепления зерен в связке.

При адгезионном износе происходит схватывание между материалом зерен и обрабатываемым материалом, которое приводит к разрушению зерен путем отрыва их частиц.

При высоких температурах (более 900...1000°С) возможен диффузионный износ абразивных зерен. Установлено, например, что при шлифовании титановых сплавов при высоких температурах образуются химические соединения титана с углеродом, кремнием и алюминием, которые входят в состав абразивных зерен. Это приводит к резкому увеличению интенсивности износа кругов. Для уменьшения химической активности титана применяют специальные составы СОЖ, которые не только повышают теплоотвод, но и образуют защитные пленки. При этом больший эффект достигается при подаче СОЖ через поры шлифовального круга.

Известно, что практически вся механическая мощность при шлифовании, преобразуется в теплоту, при этом в заготовку уходит 60...80 % выделившейся теплоты, в стружку - 1...30 %, а в абразивный круг - 10...13%. Лишь незначительная часть теплоты уходит на излучение.

При шлифовании различают следующие температуры: 1) мгновенную, образующуюся непосредственно в зоне микрорезания и являющуюся высокой и кратковременной; 2) контактную - в зоне контакта круга с заготовкой; 3) среднюю - на шлифуемой поверхности заготовки.

При шлифовании весьма прочных материалов (например, закаленных сталей) мгновенная температура находится в пределах от 1000°С до температуры плавления обрабатываемого материала. О чём наглядно свидетельствует поток искр, летящих из зоны резания, даже при обильном охлаждении.

Контактная температура значительно меньше мгновенной температуры (особенно при использовании СОЖ на водной основе). Контактная температура влияет на величину остаточных напряжений и определяет возможность появления прижогов в поверхностных слоях детали. В зависимости от условий шлифования и теплопроводности обрабатываемого материала контактная температура находится в пределах 200...1000°С.

Средняя температура заготовки изменяется в пределах 20...350°С и влияет на точность обработки, так как вызывает тепловые деформации детали.

При алмазном шлифовании из-за высокой твердости алмазных зерен, их высокой теплопроводности и более низкого коэффициента трения все три вида температур значительно ниже, чем при абразивном шлифовании. Это относится и к кругам, оснащенным эльбором, который хотя несколько уступает алмазу по твердости, но из-за отсутствия химического сродства с железом при прочих равных условиях вызывает температуры в 1,5...2 раза меньшие, чем при алмазном шлифовании.

Большое влияние на контактную температуру, а следовательно, и на износ круга оказывает СОЖ. Например, использование в качестве СОЖ 3% - ного водного раствора соды позволяет снизить контактную температуру в 1,5...2,0 раза по сравнению с работой без охлаждения. Особенно большой эффект по предотвращению прижогов обеспечивает подача СОЖ через поры круга, для чего используют специальные высокопористые круги (рис. 9.8, а)и круги с прерывистой рабочей поверхностью (рис. 9.8, б).

По мере изнашивания рабочие поверхности шлифовальных кругов постепенно теряют свою форму и размеры. При этом наиболее интенсивно изнашиваются места угловых переходов и выступающих частей кругов. Круги прямого при круглом наружном и плоском шлифовании с продольной подачей, изнашиваются неравномерно по ширине и в основном по угловым участкам В₁ и В₂ (рис.9.9). Это может привести к появлению погрешностей формы и размеров детали, особенно при шлифовании фасонных поверхностей.

а) б)

Рис. 9.8 Способы снижения контактной температуры при шлифовании:а - подачей СОЖ через поры круга; б - применением кругов с прерывистой рабочей поверхностью

Для восстановления режущей способности кругов, например, после засаливания и износа абразивных зерен, а также для восстановления формы рабочих поверхностей кругов производится их периодическая правка с помощью звездочек (шарошек) из закаленной инструментальной стали, твердосплавных дисков, а на ответственных чистовых операциях - с помощью алмазных карандашей.

Рис. 9.9. Характер износа шлифовального круга при круглом и плоском (периферией круга) шлифовании

Фасонные профили кругов правят также методом обката с помощью роликов, оснащенных алмазами. При этом на правку расходуется до 45...90 % объема абразивного круга. Минимальная толщина слоя, удаляемого при правке, равна (0,15...0,20) d_зер, где d_зep - средний размер абразивного зерна, мм.

Время работы абразивного инструмента между двумя правками характеризует его стойкость, которая обычно невелика и составляет 5...40 мин.

Стойкость эльборовых кругов при шлифовании стали примерно в 50 раз выше стойкости абразивных кругов из корунда. При этом эльборовые круги на керамической связке не засаливаются и не требуют правки.

Результаты экспериментов по изучению стойкости шлифовальных кругов позволили получить обобщенные формулы для ее определения. Например, формула для определения стойкости при круглом наружном шлифовании с продольной подачей имеет вид

, (9.4)

где С_Т - коэффициент, зависящий от обрабатываемого материала: С_Т = 2260 - для закаленной стали, С_Т = 2550 - для незакаленной стали, С_Т = 2870 - для чугуна.

Критериями затупления шлифовальных кругов являются внешние и косвенные признаки снижения режущих способностей круга: повышение затраченной мощности, возникновение вибраций, шума или появление следов дробления на обработанной поверхности и др. При «засаливании» круга возникают большие силы трения между кругом и поверхностью резания, резко снижается интенсивность съема металла и увеличивается контактная температура, которая может вызвать образование микротрещин и изменение структуры в поверхностном слое детали. При этом нарушается процесс самозатачивания круга, и тогда обработку прекращают.

При неправильно выбранной твердости круга наблюдается его интенсивный износ и потеря формы, так называемое «осыпание», при котором из круга преждевременно удаляются незатупленные зерна. С осыпанием кругов борются путем правильного выбора режима шлифования, изменением твердости круга, подбором СОЖ и способов ее подвода, а также путем применения кругов с прерывистой рабочей поверхностью и др.

Для повышения твердости кругов на керамической связке иногда применяют пропитку инструмента, например, в растворе бакелитового лака. Это приводит к увеличению твердости круга на 2...3 степени. При необходимости снижения твердости этих же инструментов их кипятят в течение 3...150 мин в 20%-ном водном растворе каустической соды.

Показателем эффективности процесса шлифования является коэффициент удельной производительности

g=Q_м/Q_а

где Q_м - объем снятого материала, мм³/мин; Q_a - износ инструмента, мм³/мин.

Для обычных абразивных материалов удельная производительность колеблется в пределах (4:1)...(200:1), а для алмазных кругов - в пределах (75:1)...(400:1).

По величине удельной производительности можно рассчитать потребное количество инструмента на обработку.