CC BY
29
ЕТАПЛООБРАБОТК]
УДК 621.923, 621.922.025, 621.318.2
Способ повышения качества поверхности деталей и режущих свойств шлифовальных кругов
А. Я. Братчиков
В статье рассматривается способ повышения режущей способности шлифовальных кругов путем их импрегнирования (пропитки) смазочно-активными веществами при шлифовании труднообрабатываемых материалов на примере стали марки 0Х18Н10Т. В результате проведенных экспериментов установлено, что импрегнирование кругов повышает их стойкость до 1,5-2,0 раз при существенном повышении качества шлифованных поверхностей. В статье приводятся также технологические рекомендации по применению импрегнированных абразивных кругов.
Ключевые слова: абразив, круг, шлифование, качество.
Одним из наиболее простых и эффективных способов повышения качества обработки деталей на финишных операциях технологических процессов является применение абразивных инструментов, пропитанных (импрегнированных) смазочно-активными веществами [1]. При этом наблюдается резкое снижение сил резания, затрат мощности на обработку и, как следствие, температуры в зоне резания. Впервые этот способ был предложен в Японии, и в 1925 г. был получен первый патент на импрегнирование шлифовальных кругов.
В настоящей работе была поставлена задача — существенно повысить качество поверхностных слоев образцов деталей из коррозионно-стойкой стали аустенитного класса 0Х18Н10Т, широко применяемой в судостроительной промышленности, в частности для изготовления крепежных деталей.
Для определения геометрических характеристик шлифованной поверхности и качества поверхностных слоев после обработки пропитанными кругами были проведены сравнительные комплексные исследования, включающие измерение микрогеометрических характеристик шлифованной поверхности до и после пропитки (импрегнирования) абразивных кругов (характеристики 1250 X 32 X 25, 24А25СМ112 К5), а также эльборовые круги ЛО 16 КБ 100 %. Исследования проводили на
плоскошлифовальном станке 3Г71М1 с применением СОЖ. В качестве импрегнаторов служили следующие составы: многофункциональная присадка ЛЗ26, роданид аммония (РА), раствор хлорсульфированного полиэтилена (ХСПЭ) в тринитротолуоле, латекс ДММА. Каждый шлифовальный круг пятикратно испытывали до и после пропитки соответствующим составом.
Исследовали три основных параметра шлифованной поверхности, влияющих на ее эксплуатационные характеристики: среднеарифметическую высоту микронеровностей Яа, относительную опорную длину профиля 1р и средний шаг неровности Бт. Измерения выполняли профилографом-профилометром 252 завода «Калибр».
Рельеф шлифованной поверхности носит, как правило, случайный характер. Формирование рельефа является сложным физическим процессом, в котором участвуют все элементы абразивного круга, находящиеся в зоне обработки.
Ранее нами установлено положительное влияние смазочно-активных сред на снижение шероховатости (Яа и Яг) шлифованных поверхностей. Степень же влияния смазоч-но-активных сред на такие характеристики поверхности, как средний шаг между неровностями Бт по средней линии профиля и от-
Ra, мкм
0,(5 0,5 -0,4 0,3 0,2 -0,1
0
1
5
__^ >
х2
10
20
30
40
20 Ь, мкм
Рис. 1. Влияние пропитки кругов (24А25СМ112К5) и глубины резания на высоту микронеровностей поверхности:
1 — круг без пропитки; 2 — Л326; 3 — ХСПЭ; 4 — РА; 5 — ДММА; ист = 10 м/мин; 8 = 1 мм/ход
носительная опорная длина профиля Ьр, не исследовалась. Известно, что улучшение двух последниххарактеристик поверхностисуще-ственно повышает ееизносоетойкость.
Исследование влияния шлифования пропитанными кругами, а также влияния режимных факторов на характеристики обработанной поверхности .Ка, вт и наоснове анализа кривых (рис. 1-5), показывает,что эффективность одного и того же пропиточно-гх состава при воздействии его на разные показатели неодинакова.
Если, к примеру, наибольшее уменьше-нхе Яа наблюдается при использовании кругов, пропитанных составами Л326 (рис. 1), то ухухшених показателей8,гИ — при шлифовании кругами, пропитанными соответственно составами РА (рис. 2) и ХСПЭ (рис. 3).
Здесь необходимо отметить, что эффективность составов может изменяться в зависимости от того, в сочетании с каким из режимных факторов он совместно исследуется (сравнить
Ьр, %
45 40 35 30 25 20 15 10
5
0
4
■
^3
10
20
30
40
50 Ь, мкм
50 Ь, мкм
Рис. 2. Влияние пропитки кругов (24А25СМ112К5) и глубины резания на опорную поверхность: 1 — круг без пропитки; 2 — Л326; 3 — ХСПЭ; 4 — РА; 5 — ДММА; ист = 10 м/мин; 8 = 1 мм/ход
Рис. 3. Влияние пропитки кругов (24А25СМ112К5) и глубины резания на значение среднего шага:
1 — круг без пропитки; 2 — Л326; 3 — ХСПЭ; 4 — РА; 5 — ДММА; ист = 10 м/мин; 8 = 1 мм/ход; Ь = 50 мкм
рис. 1-5). Последний факт, очевидно, объяс-нятткяразличными степенямипластического течениятонких поверхностхых слолв обрдбе-текяерсгс теетнлла вследствиенеодинаковых контактных температур, обусловленных разными элементами режимов резания.
С физической точки зрения особенности образования рельефа обработанной поверхности в присутствии ПАВ связывают [2] с работой поверхностных источников дислокаций, зависящей от поверхностной энергии, наличия и состава адсорбированных пленок.
Полученные зависимости, связывающие Яа с элементами резания, имеют следующий вид.
До пропитки круга:
1п Яа = -6,08+1,71 1п Ь + 1,81 1п ист + + 2,92 1п в - 0,19(1п Ь)2 - 0,18(1п ист)2 -
- 0,35(1п в)2 - 0,15 1п Ь 1п ист -
- 0,40 1п Ь 1п в - 0,42 1п ист 1п в
(нелинейная модель);
1п Яа = -1,82 + 0,18 1п í + + 0,36 1п ист + 0,19 1п в (линейная модель).
Окончательно имеем формулу для .Ка: Ва = е-1,82 ¿О'18^'5^0'19.
После пропитки круга (состав Л326 как наиболее эффективный):
1п Яа = -5,85 + 2,01 1п í + 0,64 1п ист +
+ 1,33 1п в - 0,33(1п Ь)2 + 0,15(1п в)2 + + 0,06 1п í 1п ист + 0,10 1п í 1п в -
- 0,44 1п ист 1п в (нелинейная модель);
мкм
а)
Ra, мкм
0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 О
б) о ' Ка, мкм
0,
3 1 /
—— S
- -4—
у'
10
20
30
40
20 v, м/мин
в)
Ra, мкм
0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0
1
н 3 -2
г
___ ___> !
___ ___ 4 4
0,75
1,25
1,5
1,75
в, мм/ход
Рис. 4. Зависимость высоты микронеровностей Яа от пропитки круга (24А25СМ112К5) и режимов резания: а — ист = 8 м/мин; в = 1 мм/ход; б — t = 20 мкм; в = = 1 мм/ход; в — t = 20 мкм; vст = 8 м/мин; 1 — круг без пропитки; 2 — Л326; 3 — ХСПЭ; 4 — РА
ЫЯа = -2,53 + 0,181rП + 0,451пМст + + 0,5rinS (линейная модель).
Окончательно имеем формулудля Ra: Д = m"O,53îO,5,îi^0)t,45sO,59I
Графическая интерпретация этих зависимостей лоедстаоллна на рил. 4. Ис paie. 0 и4
видно, что в результате пропитки круга шероховатость поверхности снижается примерно на один класс. Вклад нелинейных членов до и после пропитки крунхшпочти не изменяется, составляя около 20 % от величины Яа. Наиболее сильным (до и после пропитки кругов) оказался совместный эффект 8 и
а) Яа, мкм 0,30
50
t, мкм
0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0
1
б)
0,2 5
0,20
0,15
0,10
0,05
в),
0,4 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0
0
10
20
30
40
t, мин
1 2
10
15
v, м/мин
1
2
в, мм/ход
Рис. 5. Зависимость высоты микронеровностей Яа отпропитки круга (ЛО16К 100 %) и режимов резания: а — vст = 8м/мин; в = 1 мм/ход; б — t = 20 мкм; в = = 1 мм/ход; в — t = 20 мкм; vст = 10 м/мин; 1 — кругбез пропитки; 2 — ХСПЭ
,2 (8а)/201Н
МЕШПООБМБОТК|»
ист, что согласуется с их влиянием на Яа порознь и в линейной модели. Следовательно, для технологического обеспечения меньших значений Яа необходимо работать при относительно больших величинах Ь, чем в и ист. Зависимость Яа = /(Ь, ист, в) для поверхности, шлифованной эльборовым кругом (ЛО16КБ 100 %), имеет вид
Яа = е-2,34^7^,4^,44 (до пропитки);
Яа = e~3,23t0,25uC0T35S0,45 (после пропитки, состав ХСПЭ).
Из рис. 5 на котором представлены графически эти зависимости, следует, что эффект снижения шероховатости обработанной поверхности вследствие пропитки круга здесь несколько ниже, чем при шлифовании пропитанным электрокорундовым кругом, и составляет около 15-25 %. Однако качественно характер и степень влияния элементов режимов резания Яа до и после пропитки круга в данном случае примерно такие же, как и в предыдущем.
Снижение параметра шероховатости поверхности Яг, шлифованной пропитанными кругами, отмечается и в работе [3].
Не все пропитанные круги уменьшают величину вт. Здесь наиболее эффективен при варьировании Ь и в состав ХСПЭ, а при изменение ист он уступил место составу ДММА.
Увеличение Ь почти линейно (но незначительно) способствует росту вт во всех случаях шлифования (рис. 3). При увеличении же в рост вт выражен более ярко, а изменение ист практически не влияет на величину вт. Следовательно, на практике, обеспечивая нормированное значение вт за счет изменения Ь или в, можно достичь наибольшей производительности, назначая максимально допустимое станком значение ист.
Влияние шлифования пропитанными кругами на Ьр сказывается в относительно меньшей степени, чем на Яа и вт. При этом наибольшее увеличение Ьр (до 30 %) наблюдается при шлифовании кругом, пропитанным составом РА (рис. 2). Интересно отметить, что в работе [3] получено увеличение площади опорной поверхности в 2-4 раза в процессе доводки за счет применения ПАВ. При увеличении в значения Ьр (рис. 3) почти одинаковы
при шлифовании как непропитанными, так и пропитанными кругами (составы ХСПЭ, Л326, РА), а при шлифовании кругом, пропитанным составом ДММА, этот показатель даже ухудшается. Качественно аналогичная картина наблюдается и при изменении ист. Однако здесь выявлено некоторое оптимальное значение ист, лежащее между 10 и 15 м/мин, что, вероятнее всего, обусловлено кинематикой процесса резания и связано с некоторой оптимальной толщиной среза, увеличение которой приводит к снижению Ьр. Этот факт может быть особенно важным в практической деятельности технологов при выборе оптимальных режимов шлифования по критерию Ьр и при заданных производительности процесса и шероховатости поверхности. Экстремумов Ьр при варьировании Ь и в (в пределах исследованных диапазонов) не обнаружено.
Таким образом, технологическое обеспечение Ьр и вт при заданных величинах Яа и производительности (съема) может быть достигнуто за счет относительно больших значений в и ист, чем Ь.
Необходимо отметить, что у шлифованных поверхностей наблюдается весьма слабая корреляция как между микрогеометрическими характеристиками (Яа, Ьр и вт), так и в степени влияния на каждую из них одного и того же пропиточного состава. Первый из факторов отмечается также в работе [3].
Следует подчеркнуть, что во всех случаях шлифования пропитанными кругами характеристики обработанной поверхности стабильно улучшаются. При этом эффективность пропиточных составов с точки зрения влияния их на разные характеристики поверхности различна.
В основе причин, обусловливающих эти явления, очевидно, лежат сложные и еще полностью не раскрытые физико-механические и физико-химические процессы, сопутствующие формированию обрабатываемой поверхности.
Однако во всех рассмотренных случаях более тонкое строение рельефа поверхности, шлифованной пропитанными кругами (снижение Яа примерно на один класс, вт — в 1,3-1,8 раза и увеличение Ьр на 20-30 %), можно объяснить:
1) большей степенью точности диспергирования обрабатываемого металла в результате снижения поверхностной энергии;
2) пластифицированием тонких приповерхностных слоев металла за счет действия ПАВ;
3) увеличением полирующего действия, оказываемого кругом, вследствие уменьшения сил внешнего трения.
По результатам исследований можно дать следующие технологические рекомендации:
1) наиболее эффективным из всех исследованных импрегнаторов является состав ЛЗ26, улучшающий значения показателей микрошероховатости шлифованной поверхности на 30-60 %;
2) технологическое обеспечение относительной длины опорной поверхности при заданном значении среднеарифметической высоты неровностей и производительности процесса (по съему металла) достигается за счет меньших значений скоростей стола станка и поперечной подачи, а не за счет глубины резания;
3) поскольку скорость стола станка не влияет на значения среднего шага между неровностями, то для обеспечения нормированных значений опорной поверхности и среднего шага при заданном показателе высоты неровностей наибольшая производительность процесса достигается при максимально допустимой скорости станка;
4) значимый эффект снижения микроне -ровностей (на 30-60 %) достигается при больших значениях глубины резания, чем значения поперечной подачи и скорости стола.
Литература
1. Островский В. И. Теоретические основы процесса шлифования. Л.: ЛГУ, 1981.
2. Труды семинара по качеству поверхности деталей машин // АН СССР. 1980.
3. Харач В. А., Тимофеев П. В. Влияние смазочной среды на величину опорной поверхности притираемых деталей // Станки и инструмент. 1994. № 4.
уважаемые Авторы!
редакция журнала начинает подготовку по включению издания «Металлообработка» в базу данных SCOPUS.
База данных SCOPUS издательства Elsevier по объему представленных документов (более 36 млн записей, пополнение — около 2 млн записей одного года публикации) и числу отражаемых в ней периодических изданий (более 17 тыс. текущих изданий) в настоящее время является самой крупной реферативной и аналитической базой данных в мире.
В связи с началом подготовки журнала к экспертизе мы убедительно просим вас при написании научных статей учитывать основные требования, которые положительно влияют на отбор журнала в систему SCOPUS:
1) увеличить количество ключевых слов на русском и английском языках;
2) увеличить количество слов в аннотации к статье на русском и английском языках;
3) указывать иностранные источники в списке литературы;
4) предоставлять полный перевод на английский язык своих реквизитов: Ф. И. О., звание, должность, место работы, почтовый индекс, адрес места работы, рабочий телефон, электронная почта.
