автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Производительность и качество поверхности при глубинном шлифовании деталей из высокохромистых сталей кругами с прерывистой рабочей поверхностью

Введение.

1. ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДЕТАДЕЙ ИЗ ЕЫСОКОХРОг МИСТЫХ И ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ СТАЛЕЙ

1.1. Высокохромистые стали,область их применения и свойства. В

1.2. Анализ факторов,влияющих на эксплуатационные свойства деталей из высокохромистых сталей. II

1.3. Пути уменьшения теплонапряженности процесса шлифования.

2.МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРИ ГЛУБИННОМ ПРЕРЫВИСТОМ ШЛИФОВАНИЙ

2.1. Общая методика.

2.2. Частные методики.

3.ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОВЫХ ЯВЛЕНИЙ ПРИ ГЛУБИННОМ ПРЕРЫВИСТОМ ШЛИФОВАНИИ

3.1.Аналитическое определение контактных температур и температурных полей деталей.

3.2. Экспериментальное определение контактных температур для контроля расчетных данных.

3.3. Расчет температурных полей при глубинном шлифовании.

3.4. Контактные температуры при шлифовании.

3.5. Определение мощности затрачиваемой на резание.

4.ИССЛЕДОВАНИИ КАЧЕСТВА ПОВЕРХНОСТИ ПРИ ГЛУБИННОМ ПРЕРЫВИСТОМ ШЛИФОВАНИИ

4.1.Исследование влияния режимов шлифования,конструкции и характеристики круга на шероховатость поверхности.

4.2.Исследование причин порождающих шлифовочные трещины и разработка способов их устранения.

4.3.Изменение микротвердости и твердости.

4.4. Зависимость процентного содержания остаточного аустенита.

5. ИССЛЕДОВАНИЯ СИЛ РЕЗАНИЯ И РЕЖУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ПРЕРЫВИСТЫХ КРУГОВ

5.1. Исследование режущей способности прерывистых кругов.

5.2. Силы резания при шлифовании.

6. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ КРУГОВ С ПРЕРЫВИСТОЙ РАБОЧЕЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ

Современное машиностроение предъявляет высокие требования к эксплуатационной надежности машин и приборов.Многие из деталей указанных изделий работающих в основных тяжелонагруженных условиях,при повышенных температурах с концентрацией больших удельных нагрузок изготавливаются из высокохроыистых сталей.

Шлифование является единственным методом обработки деталей из высокохромистых сталей в закаленном состоянии при их изготав-ленин и перешлифовках в процессе эксплуатации,которое обеспечивает высокую точность и требуемую шероховатость поверхности.

Однако,данный процесс сопровождается значительным тепловыделением в результате которого происходит резкое ухудшение качества поверхностного слоя шлифуемых деталей:; и,как следствие, снижение их стойкости.Уменьшение теплонапряженности за счет снижения режимов обработки приводит к снижению производительности и улучшению качества поверхностного слоя деталей.

Применение абразивных и алмазных кругов с прерывистой рабочей поверхностью для обработки деталей в закаленном состоянии позволяет значительно снизить теплонапряженность процесса шлифования и повысить качество обработанной поверхности без снижения производительносги обработки.

В работах А.В.Якимова,В.А.Сипайлова,В.И.Потемкина,D.A. Боряшикова,И.Г.Кигеля и В.Н.Кудашкина исследован ряд проблем, связанных с применением прерывистых кругов,в частности изучено качество поверхности,тепловые явления,режущая способность и износостойкость абразивных кругов при шлифовании на плоско-и зубо-шлифовальных станках.

Настоящая работа является развитием исследований по прерывистому глубинному шлифование кубонитовыми кругами применительно к обработке деталей иэ высокохромистых сталей в закаленном состоянии и представляет собой часть общей проблемы по изучннию этого процесса,над решением которого работает коллектив научных работников кафедры "Технология машиностроенияпОПИ под руководством доктора технических наук,профессора Якимова А.В.

Последовательность изложения материала определена ходом решения поставленной задачи.Работа состоит из шести глав и приложения. .<

В первой главе приведен обзор литературы,посвещенной свойствам высокохромистых сталей и области их применения.Исследованы факторы влияющие на стойкость и эксплуатационные свойства деталей изготовленных из высокохромистых сталей.Приведены результаты устанавливающие влияние процесса шлифования на качество поверхности детадей.Рассмотрены пути уменьшения теплонапряженности процесса шлифования и улучшения качества поверхности шлифованных деталей,сформулирована задача исследования,предусматривающая возможность повышения стойкости кругов и работоспособность деталей, изготовленных из высокохромистых сталей,например,штампов и другого инструмента,путем применения прерывистых кругов для глубинного шлифования.

Во второй главе дана методика исследований.Приведена методика расчета геометрических параметров прерывистых кругов для глубинного шлифования.

Третья глава посвящена исследованию тепловых явлений при глубинном прерывистом шлифовании.Для расчета температурных полей, возникающих при движении мгновенного источника,приложенного к поверхности полубесконечного тела,проведено диномометрирование процесса и измерение мощности затрачиваемой на резание. Для определения теплового баланса поставлены специальные исследования теплофизических параметров кубонитовых кругов.Полученные нами результаты показали,что при прерывистом глубинном шлифовании наблюдается снижение контактных температур на 30 - 40%. Точность аналитических расчетов проверялась экспериментально путем измерения температур шлифования методом полуискусственной термопары,хромель- сталь Х12М.На основании исследований тепловых явлений и выведенных уравнений рассчитаны температурные поля,которые позволяет судить о степени нагрева и охлаждения поверхностных слоев и объяснить механизм растрескивания легированных сталей.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОЩДАЦИИ

1.Установлено математическая зависимость для инженерных расчетов контактных температур,которая позволяет оптимизировать процесс глубинного шлифования по температурному критерию.

2. При глубинном шлифовании сплошным кругом применение СОЖ как показали теоретические расчеты,снижает температуру в зоне контакта засчет теплообмена на 40 - 50% по сравнению с глубинным шлифованием без охлаждения.

3.Экспериментально установлено,что при глубинном прерывистом шлифовании максимальные температуры снижаются по сравнением со сплошным на 30 - 40% и концентрируются в верхних поверхностных слоях, так как основная доля тепла из зоны резания уносится со стружкой.

4. Установлено,что мощность,затрачиваемая на резание при глубинном прерывистом шлифовании,на 35- 40 % ниже,чем при глубинном шлифовании сплошным кругом.

5. При исследовании качества поверхностного слоя установлено: -кубонитовые круги с наклонными режущими выступами обеспечиваю надлежающую шероховатость поверхности по сравнению с прерывистыми кругами с прямыми режущими выступами;

-наличие термоциклирования при прерывистом шлифовании способствует увеличению остаточного аустенита и,как следствие,повышает износостойкость штампов;

-применение СОЖ при шлифовании сплошным кругам не только не устра/ няет появление шлифовочных трещин,а наоборот,способствует более интенсивному их образованию.

6. Удельная работа шлифования с увеличением удельного съема металла от 5 до 20 мм3/с изменяется от 72 дж/мм3 до 90 дж/мм3 при о о сплошным глубинном шлифовании и от 55 дж/мм до 60 дж/мм при прерывистом глубинном шлифовании.

7.Удельная поверхностная работа в интервале изменения глубин р р шлифования от 0,5 до 1,5 мм возрастает с 45 дж/мм до 115 дд/мм при сплошным глубинном шлифовании и от 25 дж/мм^ до 75 дж/мм^ при прерывистом глубинном шлифовании.

8. В инервале изменения глубин резания от 0,5 мм до 1,5 мм мощность,затрачиваемая на резание,при глубинном прерывистом шлифовании уменьшается в 1,54 и 1,65 раза по сравнению со сплошным глу-биным шлифованием.

9. При шлифовании сплошным кругом с глубинами резания {, 1=0,005 -0,06 мм отношение сил Ру/Р^изменяется от 2 до 4,2.При шлифовании прерывистым кругом в указанном диапазоне глубин отношение сил резания изменяется от 2 до 2,3 что способствует улучшению процесса стружкообразования.

10. При шлифовании стали Р6М5 на режимах t = I,0 мм; \/д=0,1 м/мин,по мере формирования фронтальной поверхности,удельный износ прерывистых кругов равен 8,0 - 9,0 мг/г.После приработки профиля круга удельный износ уменьшается до 4,0 мг/г.

11. При обеспечении одинакового уровня качества поверхностного о слоя стоимость обработки I см металла составляет на 10 - 15 ниже, чем при шлифовании сплошным кругом.При этом производительность труда повышается в пределах 1,5 - 1,7 раза.

1. Алыпулер Л.В.,Сперанская М.П. Структурные превращения поверхностных слоев закаленней стали под влиянием шлифования. Вестник металлопромышленности. № 1. 1940.

2. Алябьев А.Я. Исследование тепловых явлений при шлифовании металлов. Киев, 1959.

3. Андриевский А.Н., Якимов А.В. О природе шлифовочных трещин. Вестник машиностроениян № II, 1970.

4. Аранович А.О., Бондаренко С.И. Деформация высокохромистых штамповых сталей при термической обработке. Металловедение и термическая обработка меиаллов, № 9, 1967.

5. Ахматов А.С. Молекулярная физика граничного трения. Физматгиз, М.,1963.

6. Багаряцкий А.Я. и др. Рентгенография в физическом металловедении Металлургиздат, 1961.

7. Бейн Эдгар. Влияние легирующих элементов на свойства стали.

8. Блантер М.Е. Кинетика превращения в хромистых сталях в надкритическом районе температур. Труды Московского института стали, вып, 3, 1940.

9. Богомолов Н.И, Влияние активных смазочных веществ на износ металлов в абразивной среде. Сб."Трение, смазка и износ деталей машин. Вып., 3, КИГШ, 1962.

10. Ю.Богомолов Н.И. Зависимости скорости абразивного износа от механических свойств металла и абразивной среды. Сб."Трение, смазка и износ деталей машин", Вып.4, КИТА, 1964.

11. Н.Богомолов Н.И. Скорость износа закаленной стали в среде свободного абразива. "Экономия металла и долговечность деталей". Сб.Трудов Харьковского института инженеров железнодорожного транспорта, вып. 76. "Транспорт", М.,1965, вып.I.

12. Богомолов Н.И. Автореферат докторской диссертации, Киев, 1967.

13. Бокштейн С.З. Структура и механические свойства легированной стали. Металлургиздат, 1954.

14. Бокучава Г.В. Температура резания при шлифовании. Вестник машиностроения, № II, 1963.

15. Боуден Ф. и Тейбор Д. Трение и смазка твердых тел."Машиностроение". М., 1968.

16. Бояршинов ЮЛ. Разработка и исследование способов повышения качества поверхностного слоя при шлифовании высокоточных зубчатых колес. Канд.диссертация, Пермь, 1970.

17. Васильев А.В., Дилигенский Н.В. и Подзей В.А. Температура в зоне резания при алмазном шлифовании. Вестник машиностроения. № 7, 1969.

18. Вестник машиностроения, К» II, 1963.

19. Вефер Ф., Кйх В. Изучение превращения специального карбида в хромистых сталях, № 16, 1964.

20. Галлер Ю^А., Паварас А.Э. Кузнечно-штамповочное производство, 1963, №6, стр. II—14.

21. Геллер D.A. Инструментальные стали, Металлургия. М.,1968.

22. Глазов В.М., Вигдорович В.Н. Микротвердость металлов. М., металлургиздат, 1962.

23. Голиков И.Н. Дендритная ликвация в стали.Металлургиздат,1958.

24. Головизин А.С.Пути повышения качества поверхностного слоя при шлифовании конических колес с круговыми зубъями.Канд. диссертация Пермь,1968.

25. Граченко А.И.Температура при алмазном шлифовании инструментальных материалов.Синтетические алмазы,№3,1969.

26. Грозин Б.Л.Износ металлов.Киев,Гостехиздат УССР,1951.

27. Гудремон Эдуард.Специальные стали тт 1,2."Металлургия",М., 1969.

28. Гуляев А.П.Санчук Я.Э.Сб.Исследование структуры инструментальных сталей(труды ВНИИ).Машгиз,1964,стр.123-132.

29. Дегтяренко Н.С.Белостоцкий В.Л.Методика расчета рациональных условий заточки твердосплавного инструмента,Алмазы,№1,1969. Дзидзигури А.А.и др.Теплофизические характеристики горныхпород и методы их определения.Тбилися,1966.

30. Дубинский М.М.Температура поверхностных слоев при шлифовании. Вестник машиностроения,№3,1957.

31. Журенков П.М.,Голиков И.Н.Металловедение и термическая обработка металлов,1964,№б,стр.38-40.

32. Зиегер А.сб."Дислокация и механические свойства кристаллов", Изд.ино стран-литературы,1966,стр.245.

33. Инструментальные стали.Свойства и термическая обработка. Справочник,т.I,П.Машгиз,1961.

34. Ипполитов Г.М.Абразивно-алмазная обработка.Машиностроение. M.I969.

35. Исаев А.И.,Силин С.С.Методика расчета температур при шлифовании. Вестник машиностроения,№6,1957.

36. Исаев А.И.,Силин С.С.Исследование сил и температур при шлифовании. Труды МАТИ,вып.38,1959.

37. Исаев А.И.,Силин С.С.Влияние температуры шлифования на изменение свойств поверхностного слоя.Сб.трудов МАТИ,№38,1959.

38. Казанцев.Промышленные печи.М.Металлургия,1964.

39. Казимирчик Ю.А.Исследование качества поверхности при шлифовании в связи с тепловыми явлениями,возникающими в зоне микрорезания единичного абразивного зерна.Канд.диссертация,Киев,1970. 43 т-Казаяцев-ЕтИтПромышленные печи. "МётадлургияятМт-,1964.

40. Кигель И.Г.Исследование процесса шлифования твердых сплавов алмазными кругами с прерывистой рабочей поверхностью. Кандидатская диссертация,Пермь,1971.

41. Коршунов Б.С.Шлифование твердых сплавов с применением двойного охлаждения."Станки и инструмент",№6,1967.

42. Костецкий Б.И.Шлифование закалленной стали.Гостехиздат,1947.

43. Костецвий Б.И.Кучерявый 0.И.Физической сущности процесса шлифования.Сб."Высокопроизводительное шлифование"АН СССР,1962.

44. Костецкий Б.И.,Кучерявый О.И.Куюк A.M.Структура и свойства поверхности при шлифовании сталей.Труды семинара по качеству поверхности .Сб.№6,М.,1961.

45. Костецкий Б.И.Износостойкость деталей машин.Киев,М.,Машгиз, 1950.

46. Л 50. Костецкий Б.И.Тепловой режим шлифования металлов.Вестник металлопромышленности ,№1,1947.

47. Кузнецов В.Д. Физика твердого тела.Полиграфиздат.Томск,1947, 4.

48. Курдюмов Г.В. ,Крицкая В.К.Подиа Н.М.Проблемы металлургии. Металлургиздат,М.,1957.

49. Кудщомов Г.В.Природа упрочненного состояния металлов.Металловедение и термическая обработка металлов,№10,I960.

50. Лурье Г.Б.Теория рабочего цикла шлифования,как основа качества обработки.Сб.Качество поверхности деталей машин.Машгиз,1. М.,1959.

51. Лурье Г.Б.Процессы резании при шлифовании.Сб."Проблемы резания металлов",ЩНТП.М. ,1963.

52. Лыков А.В. Теория теплопроводности.М.,ГИТТЛ,1952.

53. Лыков А.В. Теория теплопроводности,изд."Высшая школа",М.,1967.

54. Малинкина Е.И.Образование трещин при термической обработку стальных изделий.Машиностроение^. ,1965.

55. Мартинов Б.П.,Ривкин А.И.Шлифование с подачей охлаждающей жидкости изнутри шлифовального круга и снаружи."Станки и инструмент ",№9, 1959.

56. Маслов Е.Н.Основы теории шлифования.М.,Машгиз,1951,179 с.

57. Маталин А.А.Точность механической обработки и проектировании технологических процессов.М.-Л"Машиностроение",1970,315 с.

58. Маталин А.А.Исследование температуры шлифования стальных изделий.

59. Михайлов А.А.Обработки деталей с гальваническими покрытиями. "Машиностроение",М.,1971,143 с.6?67. Михайлов А.А.Об образовании шлифовочных трещин.Вестник машиностроения , №9 , 1969 .

60. Меськин B.C. Основы легирования стали.Металлургиздат,1959.

61. Металловедение и термическая обработка.Справочник,т.2.Металлургиздат. М.,1962.

62. Методика расчета экономической эффективность новой техники в машиностроении.Л.,Машиностроение,1967.

63. Новиков А.Н.Исследование температурного поля в обрабатываемом материале при шлифовании.Труды МАИ,вып.I960.72. 0 природе схватывания твердых тел,АН СССР."Наука",1968. ^473. Петросян П.П.Термическая обработки стали холодом.Машгиз,1967.

64. Подзей А.В.,Логянов В.Е.,Новиков Н.Н.Определение тепла,выделяемого в детали при плоском шлифовании."Станки и инструмент",№8,1967.

65. Подзей А.В.Определение температурного поля в деталях при обработке шлифованием.Исследование физика-механических свойств металла после обработки.М.,0боронгиз,I960.

66. Подосенова Н.А.Тепловые явления при шлифовании закаленной стали.Сб"Качество поверхности деталей машин"АН СССР,1959.

67. Позняк Л.А.Штамповые стали для холодного деформирования,Металлургия .М.1968.

68. Попов Б.С.и Брыков Н.И.Упрочнение стали Х12Ф1 при абразивном изнашивании."Металловедение и термическая обработка металлов"1,1969.

69. Попов B.C.,Василенко Г.И.Микроразрушения металлов при абразивном изнашивании."Металловедение и термическая обработка металлов", №7, 1968.

70. Попов В.С.,Брыков Н.Н.Влияние структуры металла на сопротивление абразивному износу."Металловедение и термическая обработка металлов" ,№3,J£966.

71. Потемкин В.И.Исследование прерывистого шлифования инструментальных материалов.Канд.Диссертация,Пермь,1968.

72. Развитие науки о резании металлов.М.Машиностроение,1967.

73. Редько С.Г. Некоторые закономерности тепловых процессов в зоне шлифования.Вестник машиностроения,№2,1962.

74. Редько С.Г. Процессы теплообразования при шлифовании металлов. Саратов,1962.

75. Редько С.Г.Расчет температуры шлифуемой поверхности."Станкии инструмент",№2,1959.

76. Романовский В.П.,Мовшович И.Я.,Долгов А.А.Исследование стойкости режущих элементов универсально-сборных штампов для вырубки-пробивки.Кузнечно-штамповочное производство,№6,1970.

77. Романовский В.П.Справочник по холодной штамповке.Машиностроение ,1971,Ленинград.

78. Рыкалин Н.Н.Тепловые основе, сварки.М.,АН СССР,1957.

79. Садовский В.Д.Превращение аустенита в мартенсит.Сб."Фазовые превращения в железоуглеродистых сплавах".Машгиз,1950.

80. Сипайлов В.А.,Якимов А.В.Расчет размеров режущих перемычек круга при прерывистом шлифовании.Заводская лаборатория,1966, №7.

81. Сипайлов В.А. Исследование температурного поля при шлифовании цементированных сталей.Автореферат диссертации,ППИ,1965. Сипайлов В.А. Тепловые процессы при шлифовании и управлениекачеством поверхности.М. /'Машиностроение" 1978 167 с.

82. Спектор А.Г.,Сцдоров Г.Н.Структура шлифовочных прижогов.Вестник металлопромышленности,№1,1940.

83. Справочник по теплоизоляции.М.,Стройздат,1949.

84. Франтишек Гамр.Штампы для вырубки электротехнической стали со шлифованным профилем,изд.ЧССР.Е.Брно.196I.

85. Хрущев М.М.,Бабичев М.А.Абразивное изнашивание."Наука",М., 1970.

86. Худобин Л,В.,Самсонов А.Н.Оптимальные условия шлифования при струйно-напорном внезонном охлаждении."Станки и инструмент",4,1967.

87. Худобин Л.В.,Полянсков Ю.В. Эффективность струйно-напорного внезонного охлаждения при шлифовании врезанием.Вестник машиностроения ,№б , 1968 .1Й. Худобин Л.В.Смазочно-охлаждающие средства,применяемые при шлифовании."Машиностроение",М.,1971.

88. Чан-Цей-Линь.Процесс образования карбидов при превращении аустенит-перлит в хромистых сталях . Т.2.№4,1957.

89. Чиркин В.С.Теплопроводность промышленных материалов,изд.2,машгиз,1962,

90. Цудновский А.Ф.Теплообмен в дисперстных средах.Гостехиздат, 1954.

91. Шевальков В.Л.Теплофизические характеристики изоляционных материалов.М.,Госэнергоиздат,1958.

92. Штейнберг С.С.Термическая обработка стали.Металлургиздат, 1945.

93. Штрассер Ф.Конструирование штампов,экономичных в эксплуатации. Машиностроение США,т.70,№8,Февраль 1964.,изд-во машиностроение, 1964.

94. Швецова Е.М.Крагельский И.В.Классификация видов разрушения поверхностей деталей машин в условиях сухого и граничного трения.Сб."Трения и износ в машинах",вып.8,изд-во АН СССР, 1953.

95. Якимов А.В.,Иванкин Ю.Н.,Якимов В.В. Поверхностные дефекти шлифования на деталях из жарапрочных сталей и сплавов. ГосНТИ,1963.

96. Якимов А.В.Технолологические основы процесса шлифования кругами с прерывистой рабочей поверхностью.Автореферат на соискание ученой степени доктора технических наук.М.,1970.

97. Якимов А.В. Оптимизация процесса шлифования.М./'Машиностроения" 1975 176 с.

98. Ящерицин П.И.,Жалнерович Е.А. Шлифование металлов,Минск,1963. IIS. Ящерицин П.И.Скоростное шлифование.Машгиз.М.,1953,Свердловск.

99. YLA. J\v&vy У' 3he mta.su re mcnb 0 f Wear resista-ncc. wea.v,1961, ч'-А/б

100. Jive.yy Н- S- Wca.v Yc.iib-ta.ncc. In , HccndbooK of мес'лип)сЛb/&av. flnn Avbov Un'iV. Michigan PveSS >9 61.

101. QUne J. M. Weav besiing o-} Various types sieetPfocfibTK, 192 B, S/2S p± 11,3411. Jjr)

102. Ha-Morfb K-Q■ Ihe cLbra-bion resistance. ofmetcZs /i- S.-Mj >949 ■

103. Ha.wo rib К- О • AbYaLsi-/e. wea.r of meioAs- Ме.та.2. progress,19 qg, 55 ■ ■

104. Ja.ytcj C.J- Shaw M-S- LU/Ш ероёа^нис с п/ixioo тигсонаtransection of the /iSME,A/5, 1955 • 120 No уупаЯ T-E ■ Abvtx-bivz Wea-V of yyie~ta.2b Туп ; Handbook: Of MCchanicc H WCOlv. fln ЛгЬоУ Urn'S- Mich/flan press ,/96h

105. Ou-twA-ter J-0■ ayycL S ha* M-S ' Su.sj-u.ce. Г? mpe ra.iuye s /' njyindi Tra. n 5 action of Hoe /7 SM<= , January , J95Z

106. Robc-vts Сг ■ Л-? Gfobe Й-Е ■> Moer $c.s C- F- The -tempev/nj of hijb O-'^oy siect, T^nba^hom ■ A-SM- V»t i<34

107. Richard Son K-C-D the wear oj m^ia-^s fay harda-bfa-siifd . 1^елу , i9 SJ ю, л/Ц

108. Rosenberg L. I he YC $/sian ce of- 5 iee.h to ahvcLSionbu SavU ■ U-S ■ Bureau. S i о-ю cl c^Ji ^ , J . Q^ . (930, 5, N2