книги из ГПНТБ / Маталин, А. А. Новые направления развития технологии чистовой обработки

Л. Л. МАТАЛИН

НОВЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ

РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИИ

ЧИСТОВОЙ ОБРАБОТКИ

Предисловие

Директивами XXIV съезда КПСС по пятилетнему пла­ ну развития народного хозяйства страны на 1971—1975 гг. предусмотрено ускорить темпы научно-технического про­ гресса и обеспечить осуществление единой технической политики, для чего необходимо создавать и внедрять принципиально новые орудия труда, материалы и техно­ логические процессы, превосходящие по своим технико­ экономическим показателям лучшие отечественные и ми­ ровые достижения. При этом имеется ввиду широкое вне­ дрение прогрессивных, особенно непрерывных технологи­ ческих процессов.

За последние годы советскими учеными и работниками отдельных предприятий разработан и испытан ряд но­ вых, прогрессивных технологических процессов, широкое внедрение которых задерживается из-зц слабого знаком­ ства с ними основной массы инженеров-конструкторов, технологов и новаторов производства.

Задачей брошюры является ознакомление широких кругов производственников с новыми методами чистовой обработки и опытом их практического применения в ма­ шиностроении.

В брошюре освещаются наиболее важные направле­ ния развития технологии чистовой обработки — алмазное

иабразивное шлифование, доводочные процессы, тонкое

иалмазное растачивание, обработка деталей методами холодного пластического деформирования. Приводятся режимы обработки и даются описания технологических

3

НОВЫЕ СПОСОБЫ ЧИСТОВОГО ШЛИФОВАНИЯ

Особенности процесса шлифования

Шлифование является основным методом чистовой об­ работки деталей, дающим возможность достигнуть 1-го и 2-го классов точности и высоких классов чистоты обра­ ботанных поверхностей.

Процесс шлифования обладает рядом особенностей, принципиально отличающих его от других методов обра­ ботки деталей резанием.

К числу наиболее важных особенностей относятся: ди­ спергирование стружки, высокая скорость резания, не­ благоприятная геометрическая форма абразивных зерен, повышенное влияние трения, высокая твердость и теплостойкость абразивов, высокое нагревание обраба­ тываемого материала и стружки, снятие тончайших стружек и малые суммарные усилия. Эти особенности накладывают свой отпечаток на физические явления, со­ провождающие образование стружки, отражаются на точности обработки, шероховатости и физико-механиче­ ском состоянии поверхностного слоя металла.

Диспергирование стружки. Абразивный круг имеет на своей периферии огромное количество режущих зерен. Так, при среднем расстоянии между абразивными зерна­ ми круга зернистостью 315/250, равном 0,252 мм, количе­ ство зерен на периферии круга 0300X40 мм превосходит

62 000.

С. Г. Редько [37] установлено, что на 10 мм длины образующей шлифовального круга зернистостью 200/160 располагается следующее количество абразивных зерен, одновременно участвующих в резании:

5

По данным других исследований при шлифовании кругом зернистостью 315/250 даже при минимальной глубине шлифования (порядка 0,0025 мм) на каждый квадратный миллиметр поверхности соприкосновения круга с изделием приходится не менее трех зерен, одно­ временно участвующих в снятии стружки. Следователь­ но, при шлифовании кругами зернистостью 200/160 — 315/250 с глубиной шлифования в пределах 0,01—0,03 мм в резании одновременно участвуют не менее 100—300 зе­ рен. Эти зерна снимают тончайшие стружки, совершенно несравнимые по размерам со стружками, образующимися при резании металлическим и твердосплавным инстру­ ментом. Н. И. Волский установил, что объем металла, снимаемый одним абразивным зерном, приблизительно составляет 0,00011 ммъ, что в 400 000 раз меньше объема металла, снимаемого одним зубом фрезы.

Степень диспергирования (размельчения) металла при превращении его в стружку может быть оценена от­ ношением общего объема металла, снимаемого шлифо­ вальным кругом в единицу времени, к объему металла, снимаемого одним абразивным зерном. При шлифовании это отношение составляет 800 000, в то время как при фрезеровании оно не превышает 40. Это показывает, что степень размельчения металла при превращении его в стружку при шлифовании в 20 000 раз больше, чем при фрезеровании [8].

Раздробление снимаемого металла на тончайшие стружки сопровождается значительными затратами энер­ гии на преодоление трения. Затрата энергии на единицу веса снимаемой стружки при шлифовании в 4—5 раз

6

больше, чем при фрезеровании и в 12—15 раз больше, чем при точении.

Удельная работа резания может быть выражена ве­ личиной удельной силы резания р (или условного напря­ жения) и определена по формуле К. А. Зворыкина:

С. С. Рудник [41], складывается из двух слагаемых: си­ лы, производящей работу сдвига металла и работу прео­ доления сил трения-на передней поверхности инструмен­ та, пропорциональной площади среза, и силы, производя­ щей работу преодоления сил трения на задней поверхно­ сти инструмента, пропорциональной периметру среза. Для свободного резания величина силы резания Р г определя­ ется выражением

где а — толщина среза, мм; Ь — ширина среза, мм;

K \fiK i — постоянные коэффициенты.

Очевидно, что при уменьшении толщины среза умень­ шается первое слагаемое и остается неизменным (при свободном резании) или медленно уменьшается (в об­ щем случае) второе слагаемое, что приводит к возраста­ нию удельной силы. В этом легко убедиться из выражений

* По ГОСТ 9867-^61 единица измерения силы — ньютон, 1 кГ = = 9,81 н.

7.

ная сила, а следовательно, и работа резания возрастают. 2. Известно, что процесс отделения стружки осуще

вляется двумя различными участками лезвия — прямо­ линейным участком передней поверхности инструмента и закругленным участком, лежащим на поверхности, об­ разованной радиусом округления лезвия. Углы резания отдельных точек закругленного участка лезвия тупые. Это вызывает дополнительные затраты работы на дефор­ мирование обрабатываемого металла в связи с повыше­ нием сопротивления скалыванию деформируемого слоя. Последнее объясняется увеличением силы трения в плоскости скалывания в момент сдвига отделяемого эле­ мента металла и силы внешнего трения между инструмен­ том и обрабатываемым металлом.

Приведенные соображения хорошо иллюстрируются экспериментальными данными, показывающими, что при уменьшении размеров среза усадка стружки увеличива­ ется.

При уменьшении толщины среза пропорционально уменьшается составляющая усилия резания, возникаю­ щая на прямолинейном участке лезвия и остается неиз­ менной значительная по величине составляющая силы, возникающая на закругленном участке. Это приводит к возрастанию удельной силы резания [22].

При шлифовании снимаются минимальные по толщи­ не стружки, поэтому в соответствии с приведенными соображениями величина удельной силы резания при шлифовании должна значительно превосходить значение удельной силы при других методах обработки резанием. По вычислениям Е. Н. Маслова [22] удельная сила реза-

8

иия (условное напряжение резания) при разных методах обработки выражается следующими величинами:

Некоторые исследователи [3] связывают увеличение удельной силы резания при уменьшении размеров снимае­ мой стружки с известным «эффектом размера», заклю­ чающимся в повышении прочности металла при уменьше­ нии размеров. Известно, например, что предел прочности рояльной проволоки значительно выше предела проч­ ности того же металла при более крупных сечениях. На­ блюдалось повышение предела прочности стальных нитей при уменьшении их диаметра. Зависимость величины пре­ дела прочности проволоки от ее диаметра выражается формулой [3]

(4)

где d — диаметр проволоки, мм; А и В — постоянные.

Установлено также, что величина теоретического пре­

прочности не превосходит 3500 кГ/см2, т. е. меньше тео­ ретического в 36 раз. Такое расхождение теоретического и фактического пределов прочности физики обычно объя­ сняют наличием в реальных кристаллах различных нару­ шений (дислокаций) и интерметаллических включений. Согласно рентгеноструктурным исследованиям и фотогра­ фиям, полученным при помощи электронного микроскопа, среднее расстояние между интерметаллическими включе­ ниями колеблется в пределах 0,1—1,0 мкм [3].

9