книги из ГПНТБ / Корчак, С. Н. Производительность процесса шлифования стальных деталей
.pdfС, Н. КОРЧАК
ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ
ПРОЦЕССА
ШЛИФОВАНИЯ
СТАЛЬНЫХ
ДЕТАЛЕЙ
п р
Москва «МАШИНОСТРОЕНИЕ» 1974
каучно-
6Г14.67 бйблИ^ УДК 621.923
ЧИТ,
Корчак С. Н.
К66 Производительность процесса шлифования сталь ных деталей. М., «Машиностроение», 1974.
280 с. с ил.
В книге изложены теоретические и экспериментальные исследова ния производительности шлифования сталей и сплавов разного хими ческого состава. Приведен анализ напряженного деформированного состояния срезаемого слоя и установлены функциональные связи производительности шлифования сталей с механическими свойствами их в температурно-скоростном интервале деформаций. Приведены расчетные и экспериментальные данные по сравнительной производи тельности шлифования сталей и сплавов различной структуры.
Книга предназначена для технолс/гов и нормировщиков механических цехов и заводов, а также работников заводских и научно-исследова
тельских лабораторий.
31207—080 К 038 (01)—74 80—74
. / •'■'v
6П4.67
Редактор инж. В. В. Ржавинский
Рецензент инж. В. Е. Иванов
©Издательство «Машиностроение», 1974 г.
Станислав Николаевич |
КОРЧАК |
|
||
ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ ПРОЦЕССА |
ШЛИФОВАНИЯ |
|
||
СТАЛЬНЫХ ДЕТАЛЕЙ |
|
|
||
Редактор издательства В. В. Глебова-Авилова |
|
|||
Технический редактор А. М. Калтыгина |
Корректор Л. В. Асташенок |
|||
Сдано в набор 16/11 1974 г. |
Подписано в |
печать |
23/IV 1974 г. |
Т-С6385 |
Формат 84Х 1087з 2* Бумага |
типографская № 3. |
Уел. печ. л. 14,7 |
||
Уч.-изд. л. 14,7. Тираж 10 000 экз. |
Заказ 826. Цена 85 коп. |
|
Издательство «Машиностроение» 107885, Москва, Б-78, 1-й Басманный пер., 3
Ленинградская типография № 6 Союзполиграфпрома при Государственном комитете Совета Министров СССР
по делам издательств, полиграфии и книжной торговли 193144, Ленинград, С-144, ул. Моисеенко, 10
ВВЕДЕНИЕ
Развитие экономики нашей страны и создание мате риально-технической базы коммунистического общества в первую очередь определяется темпами роста произво дительности труда во всех отраслях народного хозяйства
СССР, в том числе и в машиностроении. Одна из проблем ных задач машиностроительной промышленности — уве личение производительности обработки деталей машин при одновременном повышении точности и качества их изготовления.
В технологии машиностроения производительность обычно оценивается штучным временем, необходимым для получения годной детали. В состав штучного времени входит основное (машинное) время обработки, составля ющее обычно большую часть штучного и зависящее от производительности процесса обработки. Для повышения производительности процессов механической обработки и управления ими требуется установление функциональ ных закономерностей между технологическими факторами, определяющими производительность и качество, главным образом точность обработки.
Основы такой связи разработаны в трудах кафедры технологии машиностроения Московского станкоинстру ментального института, посвященных проблеме повыше ния точности и производительности обработки на метал лорежущих станках путем управления упругими пере мещениями системы СПИД. Для расчета параметров управления требуется знание математических взаимо связей между элементами режима резания (подачей, глубиной, скоростью резания), определяющими произво дительность процесса, и рядом технологических факто ров, ограничивающих ее. К последним чаще относятся точность формообразования готовой детали, качество обработки, допустимое силовое нагружение инструмента, привода станка. Большинство этих ограничений связано
1* |
3 |
с допустимыми системой СПИД (в силу тех или иных технических требований) силами резания или их состав ляющими того или иного направления. Нередко увели чение сил и вызванное этим снижение производитель ности происходит в результате затупления инструмента.
Математическая формализация отдельных элементов этих связей, основанная на учете взаимодействия колеба ний сил резания с точностью и качеством обработки, а также учитывающая физическую сущность процесса резания и пластического деформирования металлов, вы полнялась в трудах многих советских и зарубежных уче ных— Б. С. Балакшина, Н. Н. Зорева, В. А. Кривоухова, Т. Н. Лоладзе, В. С. Корсакова, А. Я- Малкина, А. И. Исаева, Л. А. Глейзера, А. В. Подзея, Е. Н. Мас лова, М. И. Клушина, А. М. Розенберга, П. И. Ящерицына, С. Г. Редько, Г. В. Бокучавы, Л. В. Худобина, А. Н. Резникова, Б. И. Костецкого, В. Т. Мещерина, Г. А. Смирнова-Аляева, М. В. Сторожева, Э. Томсена и др. Работами этих ученых создана теоретическая база для установления общих функциональных связей между производительностью процесса и технологическими фак торами, действующими непосредственно в период формо образования поверхностей детали. Такие общие зависи мости оказываются необходимыми, во-первых, для рас чета наиболее производительных программ управления процессами обработки, особенно на станках с числовым программным управлением, а также станках, оснащен ных адаптивными системами автоматического управле ния и обрабатывающих станочных комплексов; во-вторых, для использования в нормативах по расчету режимов резания и норм основного времени. Выход таких зави симостей важен для любых процессов резания металлов, но особенно существенное значение они приобретают для финишных операций обработки, где формируется готовая деталь, в частности для операций шлифования, которыми зачастую обеспечивается конечное формообразование и качество детали.
Шлифование является основным способом чистовой обработки деталей машин. Шлифованием достигается высокая точность форм и размеров деталей, высокий класс чистоты обработанных поверхностей, что опреде ляет их износостойкость, а следовательно, и качество машины. Очевидно, что прогресс машиностроения в из вестной мере зависит от возможностей получения более
4
точных деталей с более высоким классом чистоты поверх ности и более износостойким поверхностным слоем.
При общей тенденции в машиностроении к уменьшению удельного веса механической обработки, а также в ре зультате все более широкого применения высоколеги рованных и жаропрочных сталей и сплавов, обработка резанием которых затруднена, возрастает объем при менения абразивных операций.
Однако, несмотря на значительный удельный вес шлифовальных работ (а их насчитывается свыше 30 разновидностей), процессы шлифования в различных технологических условиях являются еще недостаточно изученными по сравнению с другими видами обработки металлов резанием.
Производительность шлифования деталей, одинако вых по точности и качеству, но изготовленных из сталей разных марок, различна [14, 28, 29], обусловлена раз личной их обрабатываемостью шлифованием. Обрабаты ваемость шлифованием по производительности опреде ляется обычно как средний съем металла за определенное время при неизменных технологических условиях об работки.
Однако, несмотря на такую большую разницу в про изводительности шлифования, нормативы режимов реза ния и норм основного времени на шлифовальные работы [37, 38, 40, 54, 55] или не учитывали ее совсем, или давали ошибочно малую разницу (на 30%) между кон струкционными и жаропрочными сталями. Принятие в нормативах единого уровня режимов шлифования для сталей разного химического состава обусловило значи тельное занижение расчетных норм основного времени для сталей большинства марок.
Разные исследователи объясняют изменение произ водительности при шлифовании сталей различными при чинами: для одних сталей — влиянием твердых карбидов, находящихся в структуре стали, для других — удель ным содержанием аустенита, для третьих — определен ными сочетаниями различных показателей механических свойств (например, вязкости и прочности). В работах не содержится единых точек зрения на причины большой практической разницы в производительности шлифова ния. Это может быть объяснено тем, что механические свойства сталей (прочность, твердость) не оказывают закономерного и однозначного влияния на производи
5
тельность процесса шлифования в отличие от процессов резания металлов металлическим инструментом.
Кроме того, экспериментальные данные получены при разных методиках шлифования с оценкой производи тельности по разным критериям, без учета точности обработки, износа кругов, при различном силовом воз действии, что делает невозможным их обобщение и ис пользование в заводской практике и нормативах. Изуче ние результатов работ показало, что поставленная задача не может быть решена в общем виде, если продолжать исследования только на экспериментальном уровне, так как их результаты позволяют определить влияние тех или иных технологических факторов (в том числе и марок сталей) на производительность шлифования только для определенных условий, в которых проводился экспе римент.
Изменение сочетаний технологических факторов, ко торых в практике встречается множество, приводит к на рушению полученных зависимостей и рекомендаций. Осо бенно существенное влияние на изменение производи тельности может оказывать изменение точности обработки, которое обычно в экспериментах не учитывается. Это вызывает необходимость разработки теоретических основ общих функциональных взаимосвязей между произво дительностью шлифования разных сталей при одинаковой точности обработки и основными технологическими фак торами, влияющими на производительность процесса.
ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ НА ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ ШЛИФОВАНИЯ СТАЛЕЙ РАЗНОГО ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА
В создании теоретических основ процесса шлифования советскими учеными проделана большая работа. Основ
ные положения |
теории |
шлифования |
сформулировал |
Е. Н. Маслов. |
внес |
существенный |
вклад в изуче |
Л. А. Глейзер |
ние процессов шлифования, по-новому осветив ряд поло жений теории и практики. Исследования П. И. Ящерицына, Г. В. Бокучавы и Л. В. Худобина расширили пред ставления о сложных процессах образования микро рельефа прошлифованной поверхности, износе и засали вании кругов. Немногочисленные исследования изучают причины различной производительности шлифования ста лей разного химического состава в различных техноло гических условиях обработки.
Различная производительность процесса шлифования обусловлена комплексом сложных механических и физи ческих явлений, происходящих при взаимодействии шли фовального круга с деталью.
В нормативах по режимам резания при точении, фре зеровании, сверлении и других процессах резания ме таллическим инструментом производительность обра ботки (подача, сила резания) ставится в зависимость от различных механических и структурных свойств обра батываемого металла, т. е. многочисленными теоретиче скими и экспериментальными исследованиями произво дительность процессов резания металлов известных марок в определенной мере изучена, а на базе обобщения про изводственного опыта эти закономерности внесены в нор мативы и учитываются при расчете режимов резания и нормировании труда на операциях механической обра ботки.
В исследованиях процессов шлифования отсутствуют теоретические разработки вопросов обрабатываемости раз ных сталей, а немногочисленные экспериментальные ис следования не определили общие закономерности.
7
В связи с этим, нормативные справочники на шлифо вальные работы или совсем не содержат данных (напри мер, поправочных коэффициентов на подачу), учитыва ющих различную обрабатываемость шлифованием сталей различных марок, или указывают на ошибочно малую разницу (на 30%) между конструкционными и жаропроч ными сталями. В этом отношении эти нормативы по точ ности нормирования не могут сравниваться с норматив ными материалами на различные виды обработки метал лов резанием.
Причины различной производительности шлифования сталей разного химического состава
Существенное влияние химического состава стали на производительность шлифования ее отмечалось в ряде работ. Т. П. Рекшинской и Н. А. Минкевичем изучалась шлифуемость (обрабатываемость) инструментальных ста лей различных марок (табл. 1).
Т а б л и ц а 1
Изменение производительности шлифования разных сталей
Производительность
По данным |
шлифования в % |
|
|
|
|
|
Р18 |
Р9 |
Т. П. Рекшинской...................... |
100 |
65 |
Н. А. Минкевича ....................... |
100 |
75 |
Значительное расхождение данных (табл. 1) в разных работах может быть объяснено методическими труд ностями оценки производительности обработки при работе с постоянными режимами. Однако производительность шлифования меняется весьма значительно даже для одной группы инструментальных материалов (быстрорежущих сталей и их заменителей), имеющих близкие механические и структурные свойства при комнатной температуре.
По данным ЦНИИТМАШа, удельный съем металла при шлифовании некоторых жаропрочных сплавов иногда в 20—30 раз меньше, чем при шлифовании обычных конструкционных сталей. Экспериментальные данные по
8
обрабатываемости шлифованием малолегированных кон струкционных сталей разных марок при постоянной радиальной силе подачи показали [29], что разница в производительности обработки разных сталей доходит
до 3 раз при |
ик = 35 м/сек и до 5 раз |
при vK = 50 м/с. |
В работе |
М. Харады исследована |
обрабатываемость |
шлифованием при постоянной силе подачи сталей шести марок. Сталь, по химическому составу близкая к Р18, имеет обрабатываемость в 10 раз меньшую, чем сталь 40, а вольфрамованадийкобальтовая инструментальная сталь в 40 раз хуже обрабатывается, чем сталь 40. Следова тельно, химический состав стали значительно влияет на производительность шлифования. Это влияние необходимо учитывать в заводской практике и нормативах на шлифо вальные работы.
Ниже приведены некоторые данные ряда исследова ний, анализирующих причины и закономерности различ ной производительности шлифования разных сталей.
В работах Н. И. Волского и А. В. Абанова приведен ряд данных по влиянию различных показателей металлов на их обрабатываемость шлифованием. Как отмечает Н. И. Волский, наиболее невыгодными для процесса шлифования являются случаи сочетания в сплаве одно временно высоких значений сопротивления разрыву с вы сокими показателями пластичности: относительного удли нения, относительного сужения и ударной вязкости. В своих исследованиях Н. И. Волский показывает одно временное влияние отдельных легирующих элементов, входящих в состав стали, а также изменения структуры на обрабатываемость сталей шлифованием.
Вопрос о влиянии структуры металлов на процесс шлифования рассматривается также в работах Л. В. Альт шулера и М. П. Сперанской. Увеличение остаточного аустенита в поверхностном слое прошлифованной зака ленной стали является причиной засаливания и быстрого износа зерен круга при шлифовании легированных за каленных сталей.
К аналогичным выводам пришел и Б. И. Костецкий. Однако шлифуемость отожженных сталей в исследова ниях Б. И. Костецкого не имеет заметных различий, в то время как Н. И. Волский показывает, что обрабаты ваемость стали марки РФ1 примерно в 3 раза ниже обра батываемости марки У12А (в отожженном состоянии). Н. И. Волский объясняет эту разницу резким различием
9