Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Патентно-литературный анализ состояния вопроса. цель и задачи исследования 10
1.1. Область применения обдирочных шлифовальных кругов на бакелитовой связке 10
1.1.1. Разновидности обдирочного шлифования 12
1.1.2. Режимы резания при обдирочном шлифовании 16
1.1.3. Обрабатываемость материалов при обдирочном шлифовании 20
1.2. Конструкция и внутреннее строение обдирочных шлифовальных кругов 26
1.2.1. Типы обдирочных кругов 26
1.2.2. Внутреннее строение обдирочных шлифовальных кругов 27
1.3. Эксплутационные характеристики шлифовальных кругов 32
1.3.1. Износ шлифовальных кругов 32
1.3.2. Режущая способность шлифовальных кругов 34
1.4. Влияние формы и геометрии абразивных зёрен в шлифовальных инструментах на их эксплутационные характеристики 36
1.5. Пути повышения эксплутационных возможностей обдирочных шлифовальных кругов 43
1.6. Выводы 52
1.7. Цель и задачи исследований 53
Глава 2. Конструкции экспериментальных обдирочных кругов с контролируемой формой зёрен 55
2.1. Разработка конструкции обдирочных кругов из шлифовальных зёрен с контролируемой формой 55
2.2. Разделение шлифовальных зёрен по признаку формы 63
2.2.1. Сепаратор для разделения шлифовальных зёрен по форме 63
2.2.2. Методика оценки формы шлифовальных зёрен 68
2.2.3. Результаты рассева на вибросепараторе шлифовальных зёрен, используемых при изготовлении обдирочных кругов 72
2.3. Технологический процесс изготовления шлифовальных обдирочных кругов 78
2.4. Результаты производственных испытаний опытных обдирочных кругов на соответствие нормативно - техническим требованиям 81
2.5. Выводы 82
Глава 3. Методика проведения экспериментов. определение условий шлифования эксперимен тальными кругами 84
3.1. Методика проведения испытаний 84
3.1.1. Оценка эксплуатационных характеристик обдирочных шлифовальных кругов 84
3.1.2. Испытательный комплекс для оценки эксплуатационных возможностей обдирочных шлифовальных кругов 86
3.1.3. Обрабатываемые заготовки и материалы для исследования эксплуатационных возможностей обдирочных кругов; алгоритм проведения экспериментов 92
3.2. Определение условий шлифования обдирочными кругами 96
3.2.1. Выбор усилия прижатия 97
3.2.2. Выбор подачи 98
3.2.3. Выбор окружной скорости круга 100
3.2.4. Определение достаточного времени шлифования 102
3.3. Математический аппарат для обработки экспериментальных данных 103
3.4. Выводы 113
Глава 4. Исследование влияния формы шлифовальных зёрен на эксплуатационные возможности обдирочных шлифовальных кругов 114
4.1. Исследование работоспособности опытных образцов обдирочных кругов, содержащих в своей структуре шлифовальные зёрна с контролируемой формой 114
4.1.1. Исследование режущей способности экспериментальных обдирочных кругов 114
4.1.2. Исследование износа экспериментальных обдирочных кругов 119
4.1.3. Оценка мощности, затрачиваемой на резание экспериментальными обдирочными кругами 123
4.1.4. Влияние формы зёрен в обдирочных кругах на коэффициент шлифования 128
4.2. Исследование качества обработки деталей экспериментальными обдирочными кругами 132
4.2.1. Влияние формы шлифовальных зёрен на температуру резания экспериментальными обдирочными кругами 132
4.2.1.1. Подбор глубины закладки термопары в заготовке при шлифовании обдирочными кругами 133
4.2.1.2. Исследование относительной температуры резания при шлифовании экспериментальными обдирочными кругами 136
4.2.2. Влияние формы шлифовальных зёрен в обдирочных кругах на шероховатость обработанной поверхности 140
4.2.3. Исследование микротвердости и макроструктуры в поверхностных слоях заготовок после обработки экспериментальными обдирочными кругами 158
4.3. Выводы 151
Глава 5. Испытания сварных соединений, обработанных экспериментальными обдирочными кругами; производственные испытания и внедрение экспериментальных кругов 154
5.1. Исследование механических свойств заготовок, обработанных экспериментальными обдирочными кругами 154
5.1.1. Испытание сварного соединения на статическое растяжение 155
5.1.2. Испытание сварного соединения на статический изгиб . 160
5.2. Сравнительные испытания обдирочных кругов 164
5.2.1. Оценка режущей способности обдирочных кругов 165
5.2.2. Оценка износа обдирочных кругов 166
5.2.3. Оценка коэффициента шлифования обдирочных кругов 168
5.3. Производственные испытания и внедрение эксперимен тальных обдирочных кругов 169
5.4. Выводы 177
Общие выводы 179
Список литературы 181
Приложения 197
- Конструкция и внутреннее строение обдирочных шлифовальных кругов
- Технологический процесс изготовления шлифовальных обдирочных кругов
- Обрабатываемые заготовки и материалы для исследования эксплуатационных возможностей обдирочных кругов; алгоритм проведения экспериментов
- Исследование качества обработки деталей экспериментальными обдирочными кругами
Введение к работе
Обдирочные шлифовальные круги на бакелитовой связке широко используются во многих областях машиностроения. В частности, эти инструменты в больших количествах применяются на заготовительных и котельно-сборочных операциях при удалении с заготовок дефектного слоя материала после литья, ковки и штамповки, а также при обработке сварных швов в заготовках (карт, днищ, обечаек и др.). Этому способствуют как универсальные возможности данных инструментов, так и относительная доступность абразивных материалов, из которых они изготавливаются.
Вместе с тем, патентно-литературный анализ и практика использования обдирочных кругов на производстве показывают, что эффективность их применения сравнительно невелика. Одна из основных причин такого положения состоит в недостаточно полном использовании эксплутационных возможностей компонентов обдирочного круга. В первую очередь это касается его микрорежущих элементов - шлифовальных зёрен, эффективность применения которых, как установлено, во много раз меньше их реальных потенциальных возможностей.
Известно, что при работе шлифовального инструмента, в частности обдирочного круга, лишь часть абразивных зёрен, находящихся в его структуре, активно участвует в процессе резания, изнашиваясь по площадке или микроскалы-ваясь. Остальные же зёрна практически не задействованы в этом процессе, деформируя металл без срезания стружки, либо раскалываясь на части и вылетая из связки. Это, в основном, обусловлено тем, что шлифовальные зёрна, используемые при изготовлении обдирочных кругов на бакелитовой связке, имеют произвольную форму, и, как следствие, хаотичную геометрию. Поэтому повышение эксплуатационных возможностей обдирочных шлифовальных кругов на основе использования шлифовальных зёрен с упорядоченной и контролируемой формой является актуальной проблемой.
Существующие способы повышения эксплуатационных возможностей обдирочных кругов пока не охватывают вопросы влияния формы и геометрии шлифовальных зёрен, используемых для изготовления этих инструментов. Несмотря
на то, что от геометрии шлифовальных зёрен могут зависеть конечные результаты применения обдирочных кругов.
Влияние формы и геометрии шлифовальных зёрен на эффективность процесса шлифования в той или иной мере затрагивалось в работах Бокучавы Г.В., Ваксе-раД.Б., Зайцева А.Г., Ильичева Л.Л., Ипполитова Г.М., Короткова А.Н., Кудасо-ва Г.Ф., Лурье Г.Б., Маслова Е.Н., Резникова А.Н., Старкова В.К., Филимонова Л.Н., Ящерицина П.И., Opitz Н., Bruckner К. и других авторов. Анализ их работ показывает, что шлифовальные зёрна далеко не полностью используют свои потенциальные возможности. Причин, формирующих этот недостаток достаточно много и они разнообразны. К ним относятся: наличие дефектов в зёрнах, их склонность к раскрашиванию и малая прочность, низкая адгезия со связкой и т.д. Но одна из основных причин низкой работоспособности зёрен состоит в том, что они имеют произвольную форму и, как следствие, непредсказуемую геометрию. Поэтому подбор формы шлифовальных зёрен при изготовлении обдирочных кругов является перспективным путем решения вопроса повышения эксплутационных возможностей этих инструментов.
Актуальность работы подтверждается также тем, что на основе ее тематики выигран грант по федеральной программе «Старт-06» «Новое поколение шлифовальных инструментов на основе зерен с заданной ориентацией и контролируемой формой».
Цель диссертационной работы состоит в повышении эксплуатационных возможностей обдирочных шлифовальных кругов на операциях обработки сварных швов путем использования шлифовальных зёрен с контролируемой формой.
Методы исследования. Работа опирается на привлечение фундаментальных положений теории шлифования материалов, теории вибрационного сепарирования частиц по форме, теории прочности хрупких тел, теории планирования экспериментов, корреляционно-регрессионного анализа, математической обработки экспериментальных данных и построении адекватных моделей. В работе использованы известные и оригинальные методики по оценке эксплутационных показателей новых конструкций инструментов и качества обрабатываемых ими поверхностей. Эксперименты проводились в лабораторных и производственных условиях с использова-
ниєм современных измерительных приборов и оборудования. Обработка результатов испытаний осуществлялась с широким привлечением возможностей ЭВМ. Основные положения диссертации, выносимые на защиту:
целенаправленный подбор формы зёрен, как путь повышения эксплута-ционных возможностей обдирочных кругов;
конструкции и технология изготовления экспериментальных обдирочных кругов, содержащих в своей структуре зёрна с контролируемой, одинаковой и специально подбираемой формой;
методики испытаний экспериментальных обдирочных кругов;
результаты исследований влияния коэффициента формы (7) зёрен на эксплуатационные характеристики обдирочных кругов;
математические модели, позволяющие прогнозировать и целенаправленно задавать необходимые эксплуатационные показатели обдирочных кругов в соответствии с требуемой производительностью и качеством обработки деталей путем варьирования формой зёрен;
рекомендации по повышению эксплутационных возможностей обдирочных кругов на основе подбора шлифовальных зёрен по форме.
Научная новизна работы состоит в:
- разработке принципа создания обдирочных шлифовальных кругов,
имеющих в своём составе зёрна с контролируемой, одинаковой и специально
подбираемой формой (заявка на патент РФ №2008149737);
разработке методик по оценке эксплуатационных показателей экспериментальных кругов и качества обдирочного шлифования;
установлении влияния формы шлифовальных зёрен на эксплуатационные показатели обдирочных кругов (интенсивность съёма металла, износ, коэффициент шлифования, эффективную мощность шлифования), а также на качество обработки заготовок (температуру резания, шероховатость обработанной поверхности, микротвёрдость и макроструктуру приповерхностных слоев металла сварных швов, механические свойства сварных соединений);
- разработке математических моделей, отражающих влияние формы
шлифовальных зёрен на эксплуатационные характеристики обдирочных кругов
на бакелитовой связке и на качество обработки заготовок.
Практическая ценность работы заключается в:
- разработке программно-испытательного комплекса, позволяющего оце
нивать эксплуатационные возможности обдирочных шлифовальных кругов
(свидетельства о государственной регистрации программы для ЭВМ
№2006614134 РФ и об официальной регистрации ТИМС — топологии интеграль
ной микросхемы №2007630017 РФ);
- изготовлении опытных партий обдирочных шлифовальных кругов
ПП 150x25x32 13А 63 (13А 80) [Кф] 35 37 БУ, обладающих более высокими экс
плуатационными характеристиками по сравнению со стандартными кругами;
- разработке практических рекомендаций по изготовлению и по эффектив
ному и рациональному использованию обдирочных кругов с контролируемой
формой зёрен и режимов резания ими в соответствии с предъявляемыми требова
ниями по производительности и качеству обработки.
Реализация результатов работы. Опытные образцы обдирочных шлифовальных кругов прошли производственные испытания и внедрены на ООО "ЭЛЕКТРОПРОМ" (г. Прокопьевск), "Кузбасской вагоностроительной компании" филиал ОАО "АЛТАЙВАГОН" (г. Кемерово), ООО фирма "ФА-ЛАР" (г. Кемерово). Кроме того, разработки, выполненные по теме диссертации, используются в учебном процессе для студентов специальности 12.02.00. "Металлообрабатывающие станки и комплексы" КузГТУ.
По материалам диссертации опубликовано 16 работ, получено 2 свидетельства об официальной регистрации программы для ЭВМ и ТИМС РФ. При этом 5 статей изданы в журналах, входящих в перечень ВАК.
Диссертация состоит из введения, 5 глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Она изложена на 197 страницах машинописного текста, содержит 126 рисунков, 15 таблиц, список литературы из 165 наименований и 7 приложений.
Конструкция и внутреннее строение обдирочных шлифовальных кругов
Характеристика и область применения основных шлифовальных материалов, используемых при изготовлении обдирочных кругов, приведены в табл. 1.3 [25, 98, 101, 128, 154].
Искусственные абразивные материалы производят из природных минералов, руд обогащенных и необогащенных, измельченных смесей (шихты) методом плавления в печах, охлаждения, дробления кусков расплава и рассева, зёрен по фракциям. Температура плавления шихты превышает 1400С, поэтому плавка производится в электродуговых печах с использованием энергии электрической дуги. Эффект плавления может быть усилен магнитным полем в специализированных индукционных печах [25, 44, 101, 115].
Однородность зернового состава, существенно влияющая на шероховатость обрабатываемой поверхности, режущие свойства и стойкость абразивного инструмента, характеризуется процентным содержанием основной фракции. Поэтому условное обозначение зернистости дополняют буквенным индексом, соответствующим этому процентному содержанию: В - высокое содержание основной фракции; П - повышенное; Н - номинальное; Д - допустимое.
При выборе инструмента для операции абразивной обработки существенное значение имеет зернистость абразивного материала. Зернистость выбирают в зависимости от следующих факторов: количества снимаемого при обработке материала; требуемой шероховатости и точности обработки поверхности; физических свойств обрабатываемого материала [25, 101, 115, 128].
Для обдирочного шлифования применятся крупнозернистые инструменты при обработке: с большой глубиной резания, когда удаляются большие припуски; на станках большой мощности и жесткости; материалов, которые заполняют поры круга и вызывают засаливание поверхности круга, например, при обработке латуни, меди, алюминия; с большой площадью контакта круга с обрабатываемой деталью.
В частности для обдирочного силового и высокоскоростного силового шлифования заготовок в металлургической промышленности применяются инструменты с зернистостью 160 и более. На обычных обдирочных операциях при зачистке заготовок, отливок, поковок, штампованных заготовок, а также зачистке сварных швов используются круги с зернистостью от 63 до 125 [25, 101].
Связка абразивного инструмента в значительной степени обуславливает интенсивность съема материала, качество обработки, износ инструмента и, соответственно, экономичность операции. При выборе связки исходят из следующих данных: характера операции; кинематики резания; условий работы инструмента [101].
Шлифовальные круги для обдирочных работ, выполняемых вручную и на станках, в основном изготавливаются на бакелитовой связке. Такие круги обладают более высокой прочностью (особенно на сжатие), чем инструмент на керамической связке, и достаточной упругостью. Данные свойства бакелитовой связки позволяют изготовленному из неё абразивному инструменту работать при больших скоростях резания и применяться при ударных нагрузках [25, 101].
В качестве армирующих элементов используется раскроенная стеклосетка диаметром на 1-2 мм меньшим диаметра круга. Применяемая стеклосетка пропитывается составами на основе фенолформальдегидной смолы, что обеспечивает более эффективное её соединение с абразивной массой. При изготовлении обдирочных кругов используются стеклосетки различных размеров и плотностей, которые приведенные в табл. 1.4. [25, 45, 115, 128].
Технологический процесс изготовления шлифовальных обдирочных кругов
Базовый технологический процесс изготовления обдирочных шлифовальных кругов был взят на ОАО «Юргинские абразивы» (г. Юрга), он включал следующие основные операции: выбор и расчет рецептуры связки; приготовление формовочной массы; формование; термическую обработку; контроль качества инструмента.
В базовый техпроцесс была добавлена операция предварительной сепарации шлифовальных зёрен по форме. В частности, для обдирочных кругов использовались зерна, имеющие следующую форму: изометрическую (рис. 2.17, а); промежуточную (рис. 2.17, б); промежуточную (рис. 2.17, в); игольчатую (рис. 2.17, г); произвольную - стандартную (рис. 2.17, д).
Для обеспечения сопоставимости эксплуатации опытных и стандартных обдирочных кругов была изготовлена партия инструментов из обычных зёрен, не подвергавшихся разделению по признаку формы (стандартные зёрна) Щ 1,75-1,79 (рис. 2.17, д). Шлифовальные зёрна, порошок связующего пульвербакелита, наполнитель и жидкий бакелит дозировались объемным методом.
В работающую смесительную машину засыпались абразивные зёрна, добавлялся жидкий бакелит, затем через небольшой интервал времени - наполнитель и все компоненты перемешивались до образования равномерной массы. После этого засыпался пульвербакелит и окончательно смешивались все компоненты. Время смешивания составляло 10-20 мин в зависимости от номера зернистости абразивного материала. Приготовленная масса обладала удовлетворительной сыпучестью при высокой степени равномерности распределения компонентов по всему объему без наличия комков шихты.
Формование бакелитовых масс экспериментальных обдирочных кругов производилось путем холодного прессования посредством гидравлического пресса — полуавтомата ускоренного прессования ДБ2428А и пресс-формы. При холодном прессовании основными операциями являлись: укладка массы в пресс-форму, прессование, разборка пресс-формы и извлечение брикета. Большое внимание уделялось равномерности распределения массы в полости пресс-формы. Формующие поверхности пресс-формы перед загрузкой шихты смазывались графитовой смазкой. Это уменьшало усилие прессования и неравномерность плотности, облегчало извлечению изделий после прессования [106]. Смесь формовалась усилием 200-250 кгс/см с дополнительным включением двух армирующих стеклосеток с размером ячеек 2,5x2,5 мм. Специальное подвижное дно пресс-формы обеспечивало получение обдирочных кругов заданной высоты Н— 25 мм.
После формования круги помещались на специальные оправки и подвергались термообработке (бакелизации) [56]. Термообработка преследует цель перевести «сырую» связку (бакелит) из формы «А» в форму «С» (резит), благодаря чему готовый инструмент получает высокую механическую прочность и стойкость [106].
Экспериментальная партия обдирочных кругов спекалась по режиму, представленному на рис. 2.18. При назначении режима термообработки инструмента учитывался режим термообработки стандартных обдирочных кругов, осуществляемый в производственных условиях на ОАО «Юргинские абразивы». Термическая обработка инструмента на бакелитовой связке заключалась в ступенчатом нагреве изделий до температуры 170 200 С и выдержке при этой температуре в течение нескольких часов. При нагреве происходило отверждение бакелита, приводящее к повышению вязкости связки. Одновременно выделялись летучие вещества, пар, свободный фенол и другие продукты.
После термической обработки производился контроль твердости, прочности, дисбаланса, геометрических форм и размеров шлифовального круга в производственных условиях ОАО «Юргинские абразивы» (г. Юрга) [45].
По механической (разрывной) прочности круги соответствовали требованиям ГОСТ 12.3.028 - 82 [47], т. е. при вращении на контрольной испытательной скорости, превышающей в 1,65 раза рабочую скорость вращения инструмента, разрыва тестируемых кругов не наблюдалось (испытания проводились на разрывной машине СИП - 800). 1. Существующие конструкции обдирочных шлифовальных инструментов состоят из зёрен с произвольной формой. Это снижает их эксплуатационные показатели, так как большая часть зёрен в этих инструментах, из-за неблагоприятной геометрии, не участвуют в совокупном процессе резания. 2. Выявлено, что шлифовальные зёрна нормального электрокорунда 13А, используемые при изготовлении обдирочных шлифовальных кругов на бакелитовой связке, имеют значительный разброс по признаку формы от изометрической до игольчатой разновидности. 3 .Для разделения исходной массы абразива на фракции зёрен с определённой и одинаковой формой использован специально сконструированный вибрационный сепаратор. 4. Для объективной идентификации формы зёрен использован количественный метод оценки их формы по коэффициенту, равному отношению описанных и вписанных в контур рассматриваемых зёрен окружностей. Для этого реализации метода использован планшетный сканер, компьютер и программа для ЭВМ "Zerno". 5. Разработаны конструкции экспериментальных образцов обдирочных шлифовальных кругов состоящих из зёрен определённой одинаковой и Контролируемой формы. 6. Изготовлены опытные партии экспериментальных обдирочных кругов (в количестве 150 шт.) с контролируемой формой зёрен, на базе типовой техноло гии изготовления таких инструментов с добавлением операции сортировки исходной массы зёрен по форме. 7. Проведённые в условиях ОАО «Юргинские абразивы», испытания экспериментальной партии обдирочных кругов, показали их полное соответствие нормативно—техническим требованиям, предъявляемым ГОСТ 23182-82 к данному типу инструмента.
Обрабатываемые заготовки и материалы для исследования эксплуатационных возможностей обдирочных кругов; алгоритм проведения экспериментов
В процессе экспериментов исследовалось влияние формы шлифовальных зёрен на относительную температуру резания (Т, С) [80], измеренную на глубине 0,2 мм от поверхности резания, при шлифовании обдирочными кругами в соответствии с методикой, описанной в главе 3. В табл. 4.5 приведены графики зависимостей относительной температуры резания (Т, С), измеренной на глубине 0,2 мм от поверхности шлифуемых заготовок из разных сталей, от коэффициента формы зёрен (Яф) и режимов обработки при шлифовании обдирочными кругами. В результате математической обработки экспериментальных измерений температур (Г, С) получены частные уравнения регрессий, которые сведены в табл. 4.5. Анализ экспериментальных данных (табл. 4.5) показывает, что: - при переходе от зёрен изометрической формы (Лф 1,28) к зёрнам игольчатой формы (7 2,30) температура вблизи поверхности детали (Т, С) уменьшается, в среднем, в 1,19-1,27 в зависимости от марки обрабатываемого материала, зернистости круга и режимов шлифования. При этом, по сравне нию со стандартными кругами ( ,= 1,81) зернистостью 63, температура шли фования (Т, С) кругами с игольчатой формой (Щ 2,30) снижается в 1,07-1,11 раза, а кругами зернистостью 80 - в 1,07-1,08 раза; - с повышением твёрдости обрабатываемой заготовки с 229 НВ до 285 НВ температура на поверхности детали (Т, С) увеличивается в 1,26-1,35 раза; - с повышением зернистости от 63 к 80 температура резания (Т, С) увеличивается в 1,01-1,10 раза.
Повышение температуры (Т, С) в зоне резания при переходе от зёрен игольчатой формы (7-2,30) к зёрнам изометрической формы (7-1,28) объясняется наличием больших передних и меньших задних углов резания у зёрен изометрической формы (/-1,28), приводящих к повышенному трению круга об металл заготовки и большей деформации металла. По этой же причине температура прогрева обрабатываемой поверхности примерно в 1,19-1,27 выше при обработке шлифовальными кругами с изометрической формой зёрен (Хф 1,28) по сравнению с кругами с произвольной формой зёрен (Яф 1,81).
Проверка выведенных уравнений показала, что математические модели зависимостей адекватны. Приведенные уравнения регрессий (табл. 4.5) позволяют подобрать также форму зёрен и режимы обработки, при которых температура шлифования будет находиться в требуемом диапазоне. Анализ полученных графиков и уравнений регрессий показывает, что, наряду с параметрами режима обработки, на температуру резания (Т, С) активно влияет фактор формы зёрен, находящихся в круге. Так, используя зёрна игольчатых и пластинчатых разновидностей (/ -2,30), можно (при прочих равных условиях) существенно снизить температуру шлифования {Т, С). С другой стороны, применение зёрен с изометрической формой (Кф 1,28) может значительно поднять уровень теплообразования (Т, С). Таким образом, увеличивая параметр (Кф), т.е. используя зёрна игольчатой формы (Лф 2,30) в обдирочных кругах, можно добиться снижения температуры резания (Т, С). Известно, что на формируемую шероховатость поверхности детали при шлифовании влияют режимы резания и характеристика инструмента (зернистость, твёрдость и другие параметры). В данной работе ставилась задача исследования влияния формы шлифовальных зёрен на шероховатость обрабатываемой поверхности [81]. За критерий оценки шероховатости принята наиболее часто используемая величина -среднее арифметическое отклонение Ra, мкм. В табл. 4.6 приведены графики зависимостей шероховатости поверхности (Ra, мкм) заготовок из разных сталей от коэффициента формы зёрен (К ) и режимов шлифования обдирочными кругами. В этой же таблице (в нижней части) представлены уравнения регрессий, выведенные по экспериментальным данным. Анализ графиков и уравнений регрессий (табл. 4.6) показывает, что: - при переходе от зёрен игольчатой формы (Кф 2,30) к зёрнам изометрической формы (і ф 1,28) шероховатость (Ra, мкм) обработанной поверхности детали снижается в среднем в 1,14-1,20 раза в зависимости от марки обрабатываемого материала, зернистости круга и режимов резания. При этом, по сравнению со стандартными кругами (iT.j, — 1,81) зернистостью 63, шероховатость (Ra, мкм) поверхности, обработанной шлифованными кругами с изометрической формой зёрен (if(j, l,28), уменьшается в 1,09-1,10 раза, а кругами зернистостью 80 - в 1,08-1,11 раза; - с повышением твёрдости обрабатываемой заготовки с 229 НВ до 285 НВ шероховатость (Ra, мкм) уменьшается в 1,21-1,37 раза; - с повышением зернистости от 63 к 80 шероховатость обработанной поверхности детали (Ra, мкм) увеличивается в 1,33-1,50 раза. Повышение шероховатости (Ra, мкм) можно объяснить более глубоким внедрением игольчатых зёрен в поверхность обрабатываемого материала, что приводит к увеличению глубины срезаемой микростружки каждым единичным зерном. В случае же использования изометрических зёрен процесс резания сопровождается своеобразным заглаживанием поверхности, без значительного внедрения зёрен в обрабатываемый материал, что и обеспечивает более низкую шероховатость (Ra, мкм) и, как следствие, более высокое качество обработки. Проверка выведенных уравнений регрессий, согласно методике описанной в главе 3, показала, что они адекватны.
Исследование качества обработки деталей экспериментальными обдирочными кругами
При исследовании качества обработанных поверхностей заготовок необходимо учитывать изменения структуры, происходящие в поверхностных слоях деталей под воздействием тепловых и силовых нагрузок [112]. Нежелательное изменения структуры, например, распад мартенсита, возникновение вторично закаленного слоя, прижогов, разгарных микротрещин существенно снижают потребительские свойства готовых изделий, приводят к их преждевременному износу или даже к разрушению, несмотря на выполнение требований стандартов по шероховатости, точности обработанных деталей и соблюдение технических требований по твердости деталей. Исследование микротвердости и макроструктуры обработанных поверхностей обдирочными кругами проводились на заготовках из стали 09Г2С ГОСТ 19281-89 (сваренных сварочной проволокой Св-10НМА под слоем флюса ОСЦ-45) и из стали 12Х18Н10Т ГОСТ 5632-72 (сваренных сварочной проволокой Св-07Х18Н9ТЮ ГОСТ 2246-70 под слоем флюса АН-26С ГОСТ 9087-81). Для исследований влияния формы зёрен в обдирочных кругах на микротвердость и макроструктуру обработанных поверхностей выбирались наиболее неблагоприятные шлифованные участки сварного шва, показанные на рис. 4.3. - при использовании кругов с изометрической формой зёрен (Кф 1,28) от мечается снижение микротвёрдости (с 2190 МПа до 480 МПа для заготовок из стали 09Г2С, а для 12Х18Н10Т - с 2530 МПа до 1840 МПа) с глубины 0,15 мм до поверхности образца, что подтверждается изменением размеров микроотпечат ков, полученных в результате измерения микротвердости (фото рис. 4.4, а); - при использовании кругов с произвольной формой зёрен (А"ф 1,81) происходит небольшое снижение микротвёрдости (1590 МПа -1450 МПа для заготовок из стали 09Г2С и 2240 МПа -1980 МПа для стали 12Х18Н10Т) с глубины 0,15 мм до поверхности образца, что подтверждается изменением размеров микроотпечатков на фотографии рис. 4.4, б; - при использовании кругов с игольчатой формой зёрен (Аф 2,30) не наблюдается изменений микротвёрдости в поверхностном слое опытных образцов из стали 09Г2С, а при обработке заготовок из стали 12Х18Н10Т происходит небольшое снижение микротвёрдости 2620 МПа -2370 МПа, что подтверждается изменением размеров микроотпечатков на фотографии рис. 4.4, в. В результате изучения макроструктуры в поверхностных слоях образцов установлено, что при обработке кругами: - с изометрической формой зёрен (Кф 1,28) происходят наиболее значительные изменения в структуре поверхностного слоя (рис. 4.7), приводящие к возникновению прижогов в виде окислов на глубину до 0,15 мкм.
Это вызывает отчетливо выраженное снижение микротвёрдости в поверхностном слое (рис. 4.4, а; рис. 4.6; рис. 4.7) и косвенно подтверждается возникновением повышенной температуры резания (табл. 4.5); - с произвольной формой зёрен (Кф 1,81) образуются дефекты в виде отслоения и шлифовочных микротрещин (рис. 4.8, рис. 4.9), что подтверждается небольшим снижением микротвёрдости на глубине до 0,15 мм; - с игольчатой формой зёрен (К -2,30) практически отсутствуют дефекты в зоне термического влияния (рис. 4.10) и, поэтому, не наблюдается значительного изменения микротвёрдости в поверхностном слое опытных образцов (рис. 4.5, рис. 4.6). Образование дефектов в поверхностных слоях шлифовальных поверхностей зависит также от обрабатываемого материала. Так, при обработке нержавеющей стали аустенитного класса уровень дефектов (рис. 4.7 - рис. 4.10) и степень изменения микротвёрдости (рис. 4.5, рис. 4.6) выше по сравнению со сталями перлитного класса. Это связано с различной теплопроводностью сталей, их пластичностью, а, следовательно, и с уровнем теплонапряженного состояния (табл. 4.5). Состояние поверхностного слоя после шлифования кругами с зёрнами изометрической формы (Л"ф=1,28) показывает преобладание теплового фактора над деформационным фактором (рис. 4.5, рис. 4.6). Таким образом, исследования показали, что, наряду с параметрами режима обработки, на качество обработанных поверхностей деталей достаточно сильно влияет фактор формы зёрен, находящихся в обдирочном круге. Для уменьшения дефектов структуры и теплового воздействия на обрабатываемый материал следует рекомендовать использовать для обдирочного шлифования сварных швов круги с игольчатой формой зёрен (А"ф=2,30). Это позволит снизить или предотвратить возможность появления при шлифовании сварных швов дефектов в виде прижогов, отслоения металла и микротрещин.
