Шлифовка

ШлифовкаШЛИФОВКА, шлифование - процесс резания, производимый с применением абразивных материалов (шлифовальный камень, алмаз). Особой разновидностью шлифования является полирование. Для изготовления шлифовального камня абразивный материал дробится, размалывается и сортируется по крупности зерна просеиванием сквозь специальные сита или процессом отмучивания. В первом случае номер зерна (зернистость) определяется либо числом отверстий в одном погонном дюйме (например, у Нортона) либо условными номерами (например, германские номера); сравнение обоих способов приведено в табл. 1. Во втором случае - числом минут отстаивания порошка после взбалтывания его с водой или для особо мелких порошков - с маслом (1-,5-,10-, 15-, 30-, 60-минутники). Сортированные зерна соединяются между собой посредством связующего вещества («цемента»), формуются в виде камня требуемого размера и формы и подвергаются в зависимости от связки специальной обработке, обеспечивающей прочность камня.

Обозначение зернистости абразивных материалов

Связующие вещества употребляются: 1) керамические - огнеупорная глина с примесью шпата, каолина, талька (плавни); 2) минеральные, подразделяемые на силикатовые (жидкое стекло с прибавлением окиси олова) и магнезитовые (магнезит и хлористый магний), и З) растительные, подразделяемые на шеллачные, олеонитовые (масло), вулканитовые (резина, каучук) и бакелитовые. Камни с керамической связкой обладают пористостью и нечувствительностью к сырости (благодаря обжигу), вследствие чего употребляются для мокрого шлифования, но они очень чувствительны к ударам. Камни с растительной связкой имеют обратные свойства - они упруги, нечувствительны к ударам, но не выносят охлаждения, употребляются для точки инструментов (олеонитовые) и для прорезных работ (вулканитовые). Круги с минеральной связкой дают хороший глянец, но мало производительны, употребляются для очистки литья. Изнашивание шлифовального камня заключается: 1) в постепенном затуплении зерна, вызывающем соответствующее увеличение усилий при резании, 2) в выламывании затупившихся зерен в тот момент, когда усилие достигнет достаточной для этого величины, и 3) в освобождении для работы нижележащих зерен (самозатачивание камня). Момент выламывания затупившихся зерен зависит от твердости камня, т. е. от прочности связующего вещества. При данном режиме шлифования и данном материале твердость камня должна выбираться так, чтобы камень своевременно самозатачивался. При большей твердости камень засаливается, т. е. перестает резать, и впадины между зернами забиваются соскабливаемыми частицами металла, при меньшей твердости камень осыпается, т. е. преждевременно изнашивается. Сравнение различных шкал твердости шлифовальных кругов приведено в табл. 2.

Сравнение различных шкал твердости шлифовальных кругов

Выбор камня. Для грубой шлифовки (обдирки) выбираются крупнозернистые камни, для точной - мелкозернистые и более мягкие. Для шлифовки чугуна - преимущественно карборундовые (из зерен карбида кремния), для шлифовки стали - корундовые (из зерен окиси алюминия); для мягких сортов чугуна и стали - более твердые, для твердых сортов чугуна и стали, в особенности для меди, латуни, свинца - более мягкие круги. С увеличением скорости камня твердость последнего берется меньше, так же как и при более мелкозернистом камне, при увеличении дуги касания камня и изделия, при увеличении подачи, при работе кольцевыми и горшкообразными кругами, при бесцентровой и фасонной шлифовке, при сухой шлифовке. Круги большой плотности (т. е. при более тесном расположении зерен) употребляются лишь при грубой шлифовке, пористые круги - при легких работах и при шлифовании торцовыми кругами. Шлезингер рекомендует для разных материалов следующие круги (табл. 3).

Рекомендуемые сорта шлифовальных кругов для разных работ

Теория шлифования имеет задачей установить наивыгоднейший режим шлифования, который, как при всяком вообще резании, прежде всего связан с толщиной снимаемой стружки, в данном случае с наибольшей толщиной стружки, снимаемой каждым зерном камня. Процесс резания шлифовальным кругом изображен на фиг. 1.

Процесс резания шлифовальным кругом

Формула Альденa (Alden). Пусть (фиг. 2) t - глубина резания в мм, V и v - скорости камня в м/сек и изделия в м/мин, D и d - их диаметры в мм, R и г - их радиусы в мм, δ = GF - наибольшая толщина стружки в мм, L  = EC - длина стружки в мм, а - расстояние в мм между центрами режущих зерен на окружности круга.

Формула Альденa (Alden)

Тогда длина дуги на окружности предмета между двумя последовательно режущими зернами

schlifovanie f1

Из треугольника JHC имеем:

schlifovanie f2

В виду ничтожных обычно величин углов α и β можем принять

schlifovanie f3

Тогда

schlifovanie f4

окончательно

schlifovanie f5

Это и есть формула Альдена.

Формула Гофмана является дальнейшим преобразованием формулы Альдена. По тем же соображениям незначительности α и β он принимает

schlifovanie f6

Тогда

schlifovanie f7

или по преобразовании

schlifovanie f8

Следовательно пo (1) и (2)

schlifovanie f9

Знак (—) относится к внутренней шлифовке. Для плоской шлифовке d = ∞ и

schlifovanie f10

Изменение толщины стружки - в зависимости от d и D в графической форме изображено на фиг. 3. Формула (3) показывает, что толщина стружки δ: 1) пропорциональна скорости изделия v и корню квадратному из глубины резания t, 2) обратно пропорциональна скорости камня V и 3) находится в обратной зависимости от диаметра камня D и изделия d (для внутренней шлифовке - в прямой зависимости от d).

Изменение толщины стружки - в зависимости от d и D в графической форме

Выбор режима шлифования. Общий принцип: режим должен обеспечить своевременное самозатачивание камня. При камне данной твердости и зернистости для нормального изнашивания камня толщина стружки δ должна иметь некоторую зависящую от обрабатываемого материала нормальную величину, которая м. б. установлена специальными экспериментами. Зная эту нормальную величину δ, нетрудно по формуле (3) подобрать соответствующий режим. Скорость камня Vпри круглой шлифовке берется 25—35 м/сек, при чистовой шлифовке 40—45 м/сек, при полировке 45—50 м/сек, при внутренней шлифовке 12—15 м/сек, при заточке инструментов 18—25 м/сек. Увеличение V против нормальной не ведет к увеличению производительности и лишь повышает центробежную силу при некотором понижении износа камня. Уменьшение V против нормальной вызывает повышенный износ камня без повышения производительности и без экономии энергии. Скорость изделия v при грубой шлифовке 10—15 м/мин, при точной - фирма Нортон рекомендует понижение до 3—8 м/мин, Шлезингер, наоборот, скорее - повышение, особенно при шлифовке стали. Уменьшение и увеличение v против нормальной ведет к засаливанию камня, в первом случае вследствие уменьшения δ, а с ней и усилия, во втором - вследствие вдавливания стружки в поры камня. Глубина резания t зависит от зернистости и не должна превышать 1/2 размера зерна. При грубой шлифовке зерном № 24 при шлифовке стали t = 10—40 мкм, чугуна - до 50 мкм, при плоской шлифовке - 10—70 мкм, при тонкой окончательной шлифовке - 2—5 мкм. Излишняя t только бесполезно изнашивает круг, не давая повышения производительности. Недостаточная t не использует мощности станка и уменьшает δ. Продольная подача s измеряется в долях ширины камня. При грубой шлифовке s = 0,75—0,85 для стали и 0,85—1,0 для чугуна, для точной шлифовки - меньше, для очень точной - до 0,25—0,33. Охлаждение применяется для устранения перегрева изделия и удаления пыли; берется раствор 3—5% кальцинированной соды в воде, 14—20 л/мин, на станках высокой мощности даже до 150 л/мин в зависимости от размеров изделия, ширины и скорости круга. При чистовой шлифовке прибавляется немного масла. Для закаленной стали охлаждение усиливается в целях избежания отпуска.

При шлифовании алюминия применяется смесь керосина и веретенного масла для облегчения удаления стружки и устранения засаливания. При фигурной шлифовке - смесь мыла, соды, свиного сала и воды. Дуга касания L = CM (фиг. 2) определяется формулой

schlifovanie f11

[знак (—) берется для внутренней шлифовки]. С увеличением L уменьшается нагрузка на одно зерно, увеличивается нагревание предмета и расход энергии; поэтому следует брать более мягкие и крупнозернистые круги и меньшую t. Наиболее невыгодна обработка плоскостей горшкообразными кругами, а также работа внутренней шлифовки. Правка круга производится периодически алмазным правилом. Перед употреблением круга необходимо произвести испытание его на разрыв при удвоенной V. Усилия при шлифовании. Радиальная сила в среднем превышает тангенциальную в 1,5—2 раза (опыты Куррейна); это отношение увеличивается с t. По Кодрону (1902 г.) оно доходит до 4, в среднем 2—3; наибольшая величина отношения - для твердого крупнозернистого камня, для чугуна больше, чем для стали. По опытам ЦНИИМАШ (1934 г.) для круга зернистости 45 и твердости К при круглой продольной шлифовке при V = 30 м/сек закаленной инструментальной стали Р выразилось формулой

schlifovanie f12

Для поперечной шлифовки при тех же условиях (b- ширина камня в мм)

schlifovanie f13

По опытам Куррейна с затуплением зерен Р возрастает и по мере самозатачивания камня периодически колеблется. Более твердый круг дает большую амплитуду колебания Р. При данном режиме Р дает минимум для круга определенной зернистости.

 

Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Доп. том - 1936 г.