Шлифование

Необходимость теплового расчета обусловлена следующими факторами:

-- высокотемпературная тепловая нагрузка приводит к а) перераспределению остаточных напряжений; б) структурным изменениям; в) прижегам поверхностных слоев обрабатываемых деталей;

-- тепловые деформации системы СПИД оказывают влияние на качество и точность размеров деталей. Шлифование – финишная операция, обеспечивающая точность по 1…2-му кл. и шероховатость обработанной поверхности 7…10 классов.

Особенности процесса шлифования:

1. Инструмент имеет стохастическое (беспорядочное) расположение зерен.

2. Скорости резания 35-90 м/с.

3. Высокие скорости деформации срезаемого слоя металла.

4. Отрицательные передние узлы на режущих участках зерна.

5. Толщина среза мм.

6. В единицу времени снимается несколько тысяч стружек.

7. Мгновенный контакт абразивного зерна и детали.

8. До 10% контактирующих зерен срезают стружку, а остальные выполняют работу трения; упругой и пластичной деформации, что приводит к пульсирующему высокотемпературному полю и разупрочнению металла.

9. Значительное уменьшение угла β - скалывания, если α > ρ оттеснение, ρ << α возможно царапание.

В принципе имеется подобие процессов резания лезвийным инструментом и зерном. Однако следует учитывать различия, вызванные большими отрицательными передними углами зерен в круге, значительными длинами площадок контакта задней поверхности зерен с изделием по сравнению с длинами контакта зерна со стружкой, совместную работу и взаимовлияние зерен и связки в круге.

Резание единичным зерном не полностью отражает реальные процессы в зоне резания. Таким образом, при теплофизическом анализе процесса шлифования необходимо учитывать не только локальную температуру, возникающую в месте действия данного зерна, но и общее повышение температуры обрабатываемого материала под влиянием других зерен, прошедших через площадку контакта ранее.

Рассчитывая температуру со стороны зерна, следует учитывать следующее:

· зерно работает не всем выступом, а только режущей частью;

· размеры зерен конечны;

· процесс теплообмена нестационарный;

· зерно удерживается связкой, поэтому часть его тепла передается в тело круга;

Рис. Схема источников теплоты при работе абразивным зерном

Теплота, образующаяся при шлифовании, поглощается в основном обрабатываемой деталью – 69…84%, абразивным кругом – 11…13%, стружкой – до 8%.

По А.И. Исаеву, С.С. Силину, П.И. Ящерицыну:

Q_kp = 0,885·θ_max · B·(λ_kp · c_kp · ρ_kp · v_д · L_k)^0,5;

Q_д = 0,885·θ_max · B·(λ_д · c_д · ρ_д · v_д · L_k)^0,5;

Q_c = m_c · c_c ·θ_c,

где В – ширина круга; λ – коэффициент теплопроводности; с_с – удельная теплоемкость стружки;

ρ – плотность материала; θ_max – максимальная температура; m – масса стружки;

θ_с – температура стружки в момент резания.

нагревание охлаждение

Рис. Изменение температуры шлифования по В.Н. Подураеву:

θ_имп – импульсная температура наибольшего подъема (1000…1500 ⁰С);

θ_{ср конт} – средняя контактная температура, определяется как огибающая к основаниям импульсов (200…1100 ⁰С);

θср.дет. – средняя температура детали (20…350 ⁰С).

В момент прохождения рабочего зерна температура в отдельных точках достигает температуры плавления, что вызывает необратимые структурные изменения.

Рис. Распределение температуры шлифования по глубине от поверхности для различных марок сталей: 1-сталь У8 (закаленная); 2-сталь У8 (отожженная); 3-техническое железо.

Режимы обработки: s = 1000 мм/мин; t = 0,005 мм; n_д = 77 об/мин. / А.А. Маталин /.

При резании абразивным зерном, как и при работе лезвийного инструмента, рассматриваются три источника теплоты: деформации – q_д; трение по передней поверхности зерна – q_тп; трение на задней поверхности - q_тз.

Известны окружная сила шлифования Р_z и номинальная площадь контакта круга с деталью F_{к .}.

На одно активное зерно в среднем приходится:

р_z = m_z · P_z / F_k · n_p,

где n – средневероятное количество активных (работающих) зерен на единице поверхности контакта круга с деталью; «режущие зерна» составляют 10…15% на F_k;

m_z < 1 – коэффициент, учитывающий расход энергии на трение связки.

Тепловыделение Q в зоне работы каждого активного зерна составит:

Q = 2,34 P_z · v, кал /с.

Тепловые процессы и давление приводят к изменению физического состояния металла на определенной глубине, появлению текстуры, к фазовым структурным превращениям в тончайшем поверхностном слое обрабатываемой детали.

Считается, что локализованный нагрев при шлифовании является главной причиной остаточных напряжений, которые могут быть как сжимающие, так и растягивающие. Следовательно, они могут способствовать повышению долговечности деталей машин или, наоборот, сокращать срок их службы, что важно учитывать, поскольку шлифование – это одна из наиболее распространенных финишных операций.

На состояние поверхностей влияет много факторов, среди которых скорость резания, структура круга, подбор и заправка круга, смазочно-охлаждающие жидкости, их состав способ подвода и др.

Влияние условий шлифования на уровень температур./по Г.Б. Лурье/.

Влияние подач.

Наиболее сильное влияние на температуру шлифования оказывает глубина резания, что связано с возрастанием времени воздействия источника тепла

С увеличением скорости детали и продольной подачи время воздействия уменьшается.

Влияние скорости круга.

Температура шлифования возрастает с увеличением скорости круга, показатель степени

α = 0,25…0,35.

Влияние диаметра круга.

Температура шлифования уменьшается с увеличением диаметра круга, показатель степени

z = 0,25.

Влияние зернистости круга.

Температура шлифования снижается с уменьшением зернистости круга с № 40 до № 25, что связано с уменьшением радиуса скругления вершин абразивных зерен. Однако при уменьшения зернистости до № 16 и № 12 наблюдается небольшое увеличение температуры, связанное с большей склонностью круга к притуплению и засаливанию.

Влияние материала связки.

Наибольшая интенсивность теплообразования наблюдается на керамической связке, на бакелитовой и силикатной связках температура шлифования несколько меньше.

Влияние пористости.
С повышением пористости круга уменьшается появление прижогов на обработанной поверхности.
Влияние диаметра обрабатываемой поверхности.

С увеличением диаметра обрабатываемой поверхности температура шлифования снижается.

Влияние теплопроводности обрабатываемого металла.

Температура шлифования повышается со снижением теплопроводности материала детали, причем теплопроводность увеличивается при переходе от аустенита к перлиту.

Высокий нагрев металла в зоне шлифования продолжается в течение долей секунды.

Выделяющаяся теплота при шлифовании может оказывать упрочняющее воздействие на обрабатываемую поверхность, образуя образование вторично закаленного слоя с повышенной твердостью, и разупрочняющее действие, выражающееся в отпуске поверхностно-закаленного слоя.

Дата добавления: 2015-07-26