Железная лаборатория

Количество тепла, выделяющееся при шлифовании, зависит от величины работы, затрачиваемой на трение зерна и связки об обрабатываемый материал, пластическую деформацию и диспергирование срезаемого слоя. Работа трения является наибольшей составляющей общей работы резания. Работа, идущая на диспергирование срезаемого слоя, может быть сравнительно большой, так как при шлифовании образуется много мелких стружек.
На рабочей поверхности шлифовального круга расположены сотни тысяч зерен, которые в одну секунду срезают миллион стружек. Причем число стружек, снимаемых за один проход, прямо пропорционально количеству зерен на рабочей поверхности круга, частоте вращения и длине обрабатываемой поверхности и обратно пропорционально продольной подаче и частоте вращения обрабатываемой детали.
При других видах обработки, как известно, работа, затрачиваемая на диспергирование, невелика. Этим, в некоторой мере, можно объяснить то, что, например, при точении мощность, расходуемая на срезание единицы объема стружки, до 12-15 раз меньше, чем при шлифовании.
Большое влияние на процесс шлифования и заточки оказывает мгновенная температура в местах контакта абразивных зерен с обрабатываемым материалом. При высоких температурах могут изменяться механические свойства и микроструктура поверхностного слоя шлифуемой детали и затачиваемого инструмента, а также на отдельных участках обработанной поверхности могут возникать напряжения, превосходящие предел прочности, что приводит к образованию трещин. При высокой температуре повышается интенсивность износа шлифовального круга. При этом в результате нагрева понижается механическая прочность связки, что приводит к выпаданию зерен до их полного износа. Кроме того, при высокой температуре возможен диффузионный износ зерен алмазных кругов.
Свойства обрабатываемого материала влияют на температуру резания в данном случае так же, как и при других видах обработки. В связи с высокими мгновенными температурами большое значение имеет теплопроводность обрабатываемого материала. При шлифовании аустенитных сталей, титановых сплавов и других материалов, обладающих низкой теплопроводностью, наблюдается повышение интенсивности износа шлифовального круга.
С увеличением глубины резания, подачи и скорости вращения обрабатываемой детали, возрастает толщина среза, а поэтому температура резания повышается. С повышением скорости резания возрастает мощность, расходуемая на резание, вследствие чего увеличивается тепловыделение и температура резания.
С повышением твердости круга температура также увеличивается, так как снижается возможность его самозатачивания. Значительное влияние на температуру оказывает пористость круга. При плотной структуре стружка может не вмещаться в порах, что приводит к увеличению трения и повышению температуры.
При шлифовании алмазными и эльборовыми кругами температура резания, при всех прочих равных условиях, ниже на 125- 325°, чем при шлифовании абразивными кругами. Это объясняется тем, что алмазные и эльборовые зерна более острые и обладают большей теплопроводностью, чем абразивные. Например, при чистовом шлифовании быстрорежущих метчиков М16 эльборовым кругом температура повышалась до 563 К, а электрокорундовым — до 763 К.
На температуру резания при шлифовании алмазными и эльборовыми кругами оказывают влияние концентрация и состав связки. С повышением концентрации температура снижается, так как уменьшается нагрузка на отдельное зерно. С увеличением теплопроводности связки температура также снижается. При работе кругами на металлической связке температура будет ниже, чем при работе кругами, например, на керамической связке.
Самую высокую температуру имеет поверхностный слой обрабатываемой детали. Так, при шлифовании закаленной стали У8 электрокорундовым кругом глубина слоя, имеющего максимальную температуру, равна 10 мкм; на глубине 20 мкм температура составляет 60-75% от первоначальной. По мере увеличения глубины слоя температура резко снижается и на глубине 100-140 мкм равна 1,5% от максимальной.
Абразивный инструмент из электрокорунда и карбида кремния при шлифовании обеспечивает чистоту обработанной поверхности по 7-9, при хонинговании по 10-12, при суперфинише по 11-12 классу. При работе алмазными и эльборовыми кругами чистота обработанной поверхности на 1-2 класса выше, чем при работе абразивными кругами. Кроме того, при шлифовании этими кругами ниже температура поверхностного слоя обрабатываемой детали, в результате чего снижаются термические напряжения и предотвращается появление трещин.
Стойкость режущих инструментов, обработанных алмазными и эльборовыми кругами, в полтора-два раза выше стойкости инструментов, обработанных абразивными кругами. Повышение стойкости инструмента происходит за счет снижения высоты неровностей на рабочих поверхностях, в результате чего уменьшается износ в период приработки и менее интенсивно увеличивается радиус округления лезвия, а также за счет значительного увеличения остроты лезвий. Кроме того, из-за невысоких температур исключается появление трещин на твердосплавном инструменте и дефектного слоя на инструменте, изготовленном из инструментальной стали; снижаются остаточные напряжения.
Как показывают исследования, остаточные напряжения в поверхностном слое инструмента после заточки имеют сложный характер. Они изменяются как по величине, так и по направлению.
Для получения чистоты обработанной поверхности 13-14-го классов хонингование осуществляют в два этапа. При первом этапе происходит срезание припуска и обеспечиваются заданные точность и геометрическая форма обрабатываемого отверстия. При этом можно получить чистоту обработанной поверхности 10-11-го классов. На втором этапе резание не происходит, а имеет место пластическое деформирование неровностей поверхности, их сглаживание и перемещение материала выступов во впадины. При этом обеспечивается чистота поверхности до 13-14-го классов с сохранением точности и геометрической формы отверстий, полученных на первом этапе.