АБРАЗИВНО-АЛМАЗНАЯ ОБРАБОТКА

КАЧЕСТВО ПОВЕРХНОСТИ И ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ШЛИФУЕМЫХ ДЕТАЛЕЙ

Абразивной и алмазной обработкой достигается такое высо­кое качество обрабатываемой поверхности, которого нельзя до­стигнуть никаким другим способом механической обработки.

Качество поверхности и поверхностного слоя определяет собой сопротивление деталей износу и в известной степени их прочность. Кроме того, высокая чистота поверхности является хорошим средством для повышения антикоррозионных свойств шли­фуемых деталей.

При определении класса чистоты поверхности измеряют ве­личину поперечной шероховатости, перпендикулярную направ­лению движения резания. Чем меньше высота микронеровностей, тем выше класс чистоты поверхности.

Волнистость поверхности при шлифовании возрастает с увели­чением глубины резания и скорости детали, с увеличением твер­дости круга и уменьшением величины его зерен.

При определении качества поверхностного слоя рассматривают, какие физические изменения претерпел поверхностный слой. На производстве качество поверхностного слоя контролируют главным образом по отсутствию прижогов и трещин, микротвер­дости и реже по структурным изменениям.

Качество поверхности и поверхностного слоя является резуль­татом механического и физического воздействия на обрабатывае­мую поверхность ряда факторов: характеристики и режущей спо­собности абразивного и алмазного инструмента, методов шлифо­вания и параметров режима шлифования, состава и количества охлаждающей жидкости, состояния и конструкции шлифоваль­ного станка, свойств обрабатываемого материала, режимов, мето­дов и частоты правки.

ШЕРОХОВАТОСТЬ ПОВЕРХНОСТИ

В соответствии с ГОСТом 2789—59 различают 14 классов чи­стоты поверхности (табл. 24).

Известно, что точением можно достичь чистоту 4—7-го класса; фрезерованием 5—7-го класса, строганием 3—6-го класса,

развертыванием 6—8-го класса, а разными методами абразивной и алмазной обработки 7—13-го и даже 14-го классов.

Шероховатость поверхности при шлифовании измеряют или путем сравнения с рабочими образцами и эталонами, через десяти­кратную лупу или путем непосредственного измерения величин микронеровностей щуповым профилометром КВ-7, на профило­графе — профилометре Калибр-ВЭИ или, реже, при помощи двой­ного микроскопа МИС-11 или микроинтерферометрами МИИ-1, МИИ-5. Выбор типа прибора зависит от конфигурации и размеров проверяемых деталей, от степени шероховатости поверхности и точности контроля. Так, микроинтерферометры МИИ-1 и МИИ-5 применяют для измерения шероховатости 10—14-го класса, МИС-11 —для измерения шероховатости 3—9-го класса, КВ-7 и П4-2 — для измерения шероховатости 5—12-го класса, Калибр- ВЭИ — для измерения шероховатости 5—14-го класса чистоты. 172

Шероховатость оценивается обычно как среднее из трех изме­рений разных мест поверхности.

Шероховатость поверхности как в продольном, так и в попереч­ном сечении зависит от многих факторов. Большое число опытов по установлению влияния этих факторов на микрогеометрию по­верхности позволяет вывести ряд зависимостей. Шероховатость поверхности 7—8-го класса чистоты достигается при применении кругов зернистостью № 40—16, а при шлифовании с выхажива­нием этот класс чистоты достигается и кругами более крупной зернистости. Вместе с тем установлено, что чем мельче зернистость круга, тем меньше получаются значения R_a, тем выше класс чистоты поверхности. Это явление объясняется тем, что с умень­шением степени зернистости с обрабатываемой поверхности при шлифовании снимается большее число стружек, вследствие чего число рисок возрастает. Так как шлифование мелкозернистыми кругами обычно ведется с меньшей глубиной резания, то глубина рисок при этом уменьшается. Сочетание этих явлений приводит к тому, что мелкозернистыми кругами сошлифовывается объем металла, приближающийся к теоретически возможному. По­следним мы считаем такой объем, при снятии которого на единицу глубины обработанная поверхность будет абсолютно гладкой.

Чем ближе отношение снятого объема металла к теоретически

возможному приближается к единице (——>1), тем выше класс

чистоты обработанной поверхности. При исчислении теоретически возможного объема следует учитывать состояние поверхности до начала шлифования.

Чем выше твердость круга и плотнее его структура, тем легче получить более высокий класс чистоты поверхности. Мягкие абразивные круги и круги открытых структур скорее изнаши­ваются, вследствие чего зерна на режущей поверхности располо­жены реже и чаще заменяются, что и способствует получению более шероховатой поверхности.

Шлифовальные круги из карбида кремния, при прочих равных условиях, позволяют получать более чисто обработанную поверх­ность, чем круг из электрокорунда, что объясняется несколько большей шириной зерен карбида кремния одного и того же номера зернистости, а также тем, что зерна карбида кремния имеют меньшие радиусы округления.

На кругах большой твердости при шлифовании чаще налипает металл. Твердость нароста может быть значительно больше твер­дости обрабатываемого металла (в 2—3 раза), что вызывает появ­ление глубоких царапин на шлифуемой поверхности при общей малой ее шероховатости.

При шлифовании кругами на вулканитовой связке класс чистоты поверхности получается выше, чем при шлифовании

кругами на керамической и бакелитовой связках. После обработки кругами на бакелитовой связке шероховатость поверхности больше, чем после обработки кругами на керамической связке. Однако специальные бакелитовые связки, как, например, с графи­товым наполнителем или с добавкой идитола, так же, как и кругй на глифталевой связке, обеспечивают получение меньшей шерохо­ватости поверхности, чем при шлифовании кругами на керами­ческой и вулканитовой связках. Так, бакелитовые корундовые круги зернистостью М20 с графитовым наполнителем обеспечивают получение 11 — 13-го класса чистоты при режиме шлифования: v_K = 25 -г- 35 м/сек, и_д = 10 -т- 35 м/мин, t = 0,005 -г- 0,01 мм, s = 0,5 -г- 1 м/мин, охлаждение — водой пли эмульсией 3—5%- ного содового раствора. Однако вследствие большой мягкости эти круги при шлифовании прецизионных деталей не обеспечивают сохранения их размеров. Шлифовальные круги на глифталевой связке из карбида кремния зернистостью Ml4 обеспечивают 12—13-й класс чистоты. Чем тверже обрабатываемый материал, тем выше класс чистоты обработанной поверхности. Так, при шлифовании сталей, имеющих мартенситную структуру, дости­гаются меньшие значения R_a, чем при шлифовании сталей с троо- ститной или сорбитной структурой. Детали из легированных ста­лей при шлифовании имеют меньшие микронеровности, чем детали из нелегированных сталей, так же, как детали из закаленных ста­лей имеют меньшие R_a, чем незакаленные. При шлифовании дета­лей из вязких металлов и сплавов, в частности жаропрочных, труд­нее получить такой высокий класс чистоты поверхности, как при обработке деталей из конструкционных сталей. При шлифовании деталей из цветных металлов наименьшие значения R_a получаются при обработке кругами на бакелитовой связке, причем шерохо­ватость поверхности при шлифовании деталей из цветных металлов всегда получается больше, чем деталей из черных металлов. Шероховатость поверхности уменьшается с увеличением числа встреч шлифовального круга с деталью, т. е. с увеличением его скорости, а также с уменьшением величины подач; она также уменьшается при увеличении диаметра и ширины шлифовального круга. С увеличением скорости детали при неизменных продоль­ной и поперечной подачах шероховатость поверхности несколько возрастает. При одновременном увеличении подач она резко уве­личивается. Увеличение глубины шлифования вызывает рост толщины стружки, в связи с чем шероховатость поверхности возрастает.

Особенно это ухудшение заметно в зоне малых глубин шлифо­вания (0,005—0,015 мм). Степень влияния того или другого пара­метра режима на чистоту в разных случаях шлифования различ­ная и зависит от весьма многих переменных. Именно по этой при­чине разные исследователи приходят не всегда к одинаковым вы­водам. Так, по данным Е. Н. Маслова, при увеличении глубины шлифования -шероховатость поверхности возрастает в меньшей степени, чем при увеличении скорости детали, а по данным Д. М. Тарасенко — наоборот.

Шлифование с охлаждением деталей нз высокоуглеродистых сталей увеличивает шероховатость поверхности по сравнению с сухим шлифованием, но вместе с тем снижает опасность прижога. Заметно изменяется шероховатость поверхности шлифуемых дета­лей при изменении способа режима правки. При правке с медлен­ной продольной и малой поперечной подачами, при обязательных последних проходах без подачи, шероховатость поверхности зна­чительно уменьшается, т. е. чем меньше разновысотность зерен, а следовательно, чем больше их число, тем выше класс чистоты поверхности. Также повышается класс чистоты поверхности при выхаживании, т. е. при шлифовании на последних проходах без поперечной подачи.

В процессе выхаживания уменьшается не только шерохо­ватость поверхности, но и исправляются такие погрешности, как овальность, биение и т. п. Так как процесс выхаживания, повы­шая класс чистоты поверхности, одновременно снижает про­изводительность.

Г. Б. Лурье предложил метод ускоренного выхаживания при принудительном отводе бабки круга на величину, несколько меньшую величины упругого отжатия. Этот метод позволяет сократить время выхаживания на 20—30% без увеличения шеро­ховатости поверхности. Нужно ли производить выхаживание до исчезновения искр, необходимо решать в каждом отдельном слу­чае шлифования.

На шероховатость поверхности влияет вид и метод абразивной обработки. Так, шлифование методом врезания обеспечивает меньший класс чистоты, чем шлифование методом продольной подачи. Хонингование позволяет обеспечить более высокий класс чистоты, чем внутреннее шлифование, и т. д.

Для повышения класса чистоты поверхности на суперфиниш­ных станках абразивный инструмент (бруски) имеет возвратно-по­ступательное движение с большим числом колебаний и малой амплитудой; на станках для врезного шлифования для этой же цели применяют осциллирование круга. Осциллирование обрабаты­ваемой детали с определенной частотой при небольшой амплитуде также позволяет уменьшить шероховатость поверхности и опас­ность появления прижогов в результате снижения температуры шлифования. Такие опыты были проведены в Мичиганском универ­ситете (США) в условиях плоского шлифования. В результате проведения опытов установлено, что величина напряжений у де­талей, подвергнутых шлифованию с осциллированием с высокой частотой, значительно меньше, чем при обычном шлифовании. Износ абразивного инструмента при этом виде шлифования зна­чительно больше.