Комплексные способы эффективной обработки резанием - Ермаков Ю.М.
ISBN 5-217-03160-3
Скачать (прямая ссылка):
Работа сгружкообразования пропорциональна касательной составляющей F, силы резания, а работа трения - радиальной Fr. Коэффициент абразивного резания/^ = FJFr позволяет определить долю работы струж-кообразования и трения. Чем он выше, тем ниже удельные энергозатраты. Для сравнения коэффициент абразивного резания в среднем равен fA = 0,5 (см. табл. 5.1), а коэффициент лезвийного резания-fn = 1,5 ... 2,0. Для оценки эффективности макролезвийной и абразивной обработки необходимо также определить удельную интенсивность обработки Qya и удельную работу резания Аул. Под удельной интенсивностью Qya, мм3/(мин • Н), обработки принято отношение объема материала, снятого за единицу времени Q4 (производительность обработки), к силе Fr в зоне контакта [25]:
Qy,= QJ Fr=QMfA/Fr.
Этот критерий косвенно характеризует стойкость режущего инструмента, ибо последняя возрастает с уменьшением радиальной составляющей силы резания, т.е. с увеличением Qya.
Удельная работа Ауа (см. рис. 1.8) отражает энергозатраты и характеризует производительность обработки. При абразивной обработке
ОСОБЕННОСТИ МАКРОЛЕЗВИЙНОЙ И АБРАЗИВНОЙ ОБРАБОТКИ 123
энергозатраты наибольшие (почти на два порядка выше, чем при точении и фрезеровании). Объясняется это тем, что с уменьшением толщины среза возрастают работа трения и деформации. В абразивной обработке, как ни в одном другом виде резания, механическое воздействие на сечение среза соизмеримо по энергозатратам с внешним температурным и физико-химическим воздействием. Равновесие между этими процессами в зоне резания может нарушиться при малейшем изменении теплообмена, характера изнашивания, что в большинстве случаев приводит к ухудшению параметров обработки (качества поверхности, производительности, стойкости инструмента и т.п.).
В значительной мере равновесие процессов при абразивной обработке зависит от скорости резания. Существует зона скоростей, в которой коэффициент трения и износ минимальны. Например, при скоростях 0,1 ... 0,2 м/с, характерных для хонингования, удельная работа резания почти в 50 ... 100 раз меньше, чем при скоростях шлифования 30 ... 50 м/с [25]. Следовательно, обработку целесообразно осуществлять при таком соотношении скоростей, которому соответствуют наибольшая стойкость инструмента и высокий удельный съем материала. Для их определения целесообразно использовать известные из лезвийной обработки корреляционные зависимости силы резания и стойкости от скорости резания. Полиэкстремальные кривые стойкости T = fx (v) и силы резания
F = /2 (v), уменьшающиеся с ростом скорости резания, имеют участки,
на которых минимальной силе резания соответствует максимальная линейная стойкость 7} (см. рис. 2.6).
Удаление припуска при макролезвийной обработке сопровождается механическим, абразивным, диффузионным и молекулярным изнашиванием. Исследования показывают, что таким же видам изнашивания подвержены абразивные зерна. При малых скоростях (0,1 ... 0,2 м/с) преобладает механическое изнашивание обрабатываемого материала с очень высокой интенсивностью, а износ абразивных зерен минимален. С увеличением скорости до 1 м/с наблюдается резкое (в 4 раза) уменьшение износа обрабатываемого материала, а дальнейшее увеличение скорости уменьшает износ незначительно.
С ростом скорости (30 м/с и более) температура зоны обработки достигает 1500 К и выше. В условиях обычного шлифования (V111 = 30 м/с) градиент скорости нагрева составляет 105 °/с, т.е. процесс нагрева поверхностных слоев металла происходит мгновенно. Это ведет к местным ожогам со следами вторичной закалки поверхностных и отпуска низле-жащих слоев, вследствие чего происходит перераспределение напряже-
124 РАЗВИТИЕ СПОСОБОВ МАКРОЛЕЗВИЙНОЙ И АБРАЗИВНОЙ ОБРАБОТКИ
ний с образованием микротрещин. При V111 > 50 м/с трещины располагаются перпендикулярно направлению скорости. При скоростном шлифовании происходит интенсивное окисление ювенильных участков металла, вскрываемых абразивными зернами. Реакция окисления экзотермична, что помимо преобразования механической энергии в теплоту ведет к дополнительному выделению теплоты и повышению температуры в зоне резания.
Известно, что микротвердость шлифующих материалов с повышением температуры резко снижается. Возрастает степень абразивного изнашивания зерен. При высоких скоростях температура зерен может превысить температуру заготовки вследствие интенсивного отвода теплоты от ее поверхности в глубину и малой теплопроводности абразивного материала. В результате твердость обрабатываемого металла может превысить твердость абразивных зерен и даже алмаза, вследствие чего на их поверхности наблюдаются царапины. Другая причина изнашивания абразивных зерен - диффузия. Высокая температура шлифования, доходящая до температур плавления шлифуемого материала, контактирование абразивных зерен с почти ювенильными поверхностями, химическое сродство между контактирующими материалами интенсифицируют процессы диффузии. Например, карбид кремния может вступать в интенсивное химическое взаимодействие с никелем при температуре 1307 Кис железом при температуре 1330 К. При таких же температурах в химические реакции с углеродом стали может вступать электрокорунд.
