автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Разработка высокопористого абразивного инструмента для шлифования без применения смазочно-охлаждающих сред

На правах рукописи УДК 621.922.001.24:681.3.067(043.3)

ЕРЕМИН СЕРГЕЙ ВЛАДИМИРОВИЧ

РАЗРАБОТКА ВЫСОКОПОРИСТОГО АБРАЗИВНОГО ИНСТРУМЕНТА ДЛЯ ШЛИФОВАНИЯ БЕЗ ПРИМЕНЕНИЯ СМАЗОЧНО-ОХЛАЖДАЮЩИХ СРЕД.

Специальность 05.03.01. - Процессы механической и физико-технической обработки,

станки и инструмент

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических

наук

МОСКВА -1997

Работа выполнена в Московском Гоударственном Технологическом Университете

"СТАНКИН".

Научный руководитель - заслужнный деятель науки и техники

РФ, доктор технических наук, профессор В.К. Старков

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

В.А. Гречишников

кандидат технических наук, старший научный сотрудник В.А. Кащук

Ведущее предприятие - ОАО "Московский абразивный

завод"

Защита диссертации состоится ^ 1997 г., в часов на заседании

специализированного Совета К 063.42.05. при Московском Государственном Технологическом Университете "СТАНКИН", по адресу: 101472, ГСП, Москва, Вадковский пер., д. За.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ "СТАНКИН".

Ваш отзыв на автореферат, заверенный печатью, просим направлять по указанному адресу.

Автореферат разослан '2^,10.1997 г.

Ученый секретарь специализированного Совета к.т.н., доцент

Ю.П. Поляков

Общая характеристика работы.

Актуальность темы. Среди процессов абразивной обработки шлифование ¡ляегся наиболее эффективным и высокопроизводительным методом финишной ¡работки деталей машин и приборов. В настоящее время новые методы скоростного ;о 200 м/с) и глубинного (глубина обработки до 10 мм) шлифования успешно жкурирует с процессами лезвийной обработки. Например, при обработке замков шаток газотурбинных двигателей глубинное шлифование абразивными кругами до 5 более раз экономичней, чем процессы фрезерования или протягивания (ердосплавным инструментом.

Характерной особенностью процессов шлифования является высокая температура контакте шлифовального круга с обрабатываемой деталью, величина которой может эстигать температуры ее плавления. Форсирование режимов шлифования приводит к :пловой напряженности зоны резания и, как следствие, к термическим дефектам на оверхности детали: прижегам, трещинам, сколам и т.д.

Наиболее действенным способом снижения температуры при шлифовании гтается обильное охлаждение зоны резания, в том числе с подачей охлаждения через [лифовальный круг. Применение смазочно-охлаждающих средств становится репятствием для развития и более широкого применения процессов шлифования. С цной стороны, смазочно-охлаждающая жидкость, смешиваясь с продуктами износа [лифовального круга и стружкой, создает в больших количествах отходы, которые не оддаготся утилизации. С другой стороны, в ряде производств электронной, лектротехнической и других видов продукции применение смазочно-охлаждающих ;идкостей запрещено из-за возможного загрязнения обрабатываемых поверхностей и х стыков.

Источником теплообразования при шлифовании служат пластическая еформация удаляемого материала с детали (10-20%) и работа трения абразивных зерен б обрабатываемую поверхность (80-90%).Поэтому главным направлением снижения емпературы при шлифовании при отсутствии искусственного охлаждения зоны езания становится создание инструмента с минимальным количеством режущих зерен а рабочей поверхности с максимальной эффективностью их использования. Таким нструментом при шлифовании являются высокопористые абразивные круги, у оторых содержание зерен в объеме снижается с 50 до 30%, а на рабочей поверхности х количество уменьшается до 1,5 раз. Меньшее количество абразивных зерен в очетании с порами между ними создает предпосылки не только снижения их работы рения об обрабатываемую поверхность, но и более эффективное участие в удалении [атериала.

Однако, для известных высокопористых абразивных кругов характерна их юниженная износостойкость, обусловленная слабой связью удержания зерен связкой [нструмента, и соответственно их низкая разрывная прочность , которая ограничивает [х применение на скоростях резания до 50м/с. Устранить недостатки известных ысокопористых кругов удалось в результате разработки и оптимизации ксплуатационных характеристик принципиально нового класса абразивного тструмента -высокопористого, с так называемой, закрытой структурой. Абразивная гасса нового инструмента формируется на основе одного или комбинации нескольких ¡евыгорающих порообразователей, различных по химсоставу, размерам и свойствам, возможность управления составом абразивной массы в широком диапазоне ущественно расширяет и технологические возможности высокопористого [нструмента.

Использование высокопористого абразивного инструмента для реализации процессов сухого шлифования, то-есть без применения смазочно-охлаждающих сред, перспективным направлением развития технологии машиностроения. А разработка высокопористых шлифовальных кругов с оптимальными характеристиками для этих целей, которая является темой данной диссертационной работы, становится актуальной научно-технической проблемой.

Данная работа выполнялась по плану международного научно-технического проекта "Разработка высокопористого абразивного инструмента повышенной производительности и экологически чистой технологии его изготовления" и Федеральной программы ФРГ "Сухое шлифование" с участием Технического университета Хемниц-Цвикау и других немецких фирм и институтов.

-Цель работы. Целью данной диссертационной работы является разработка высокопористого абразивного инструмента закрытой структуры для сухого шлифования, то-есть без применения смазочно-охлаждающих сред, в том числе на основе применения экономичных невыгорающих порообразователей.

Методика исследования. Основные положения и выводы работы обобщены с позиции теории шлифования, теории вероятности и математической статистики, достоверность полученных результатов подтверждается лабораторными и заводскими испытаниями.

Комплекс экспериментальных исследований проводился в лабораторных и производственных условиях с использованием современной контрольно-измерительной аппаратуры.

Статистическая обработка, полученных результатов исследований, проводилась с использованием IBM PC с помощью программ и методов корреляционного и регрессионного анализов.

Научная новизна работы заключается в:

•установленной возможности изготовления высокопористых абразивных кругов на основе нового невыгорающего порообразователя - силикатных микросфер, а также в комбинации с другими известными невыгорающими и выгорающими порообразователями;

• выявленных закономерностях и разработанных математических моделях совместного влияния абразивных зерен и керамической связки на эксплуатационные свойства высокопористых абразивных кругов (твердость, ее стабильность в объеме инструмента, деформацию, неуравновешенность масс и разрывную скорость) в зависимости от вида применяемого порообразователя - его содержания в инструменте;

• выявленных закономерностях и разработанных математических моделях связи характеристики высокопористых кругов и режима обработки на эффективность безприжегового сухого шлифования закаленных сталей (скорость съема материала, интенсивность изнашивания инструмента, динамическая напряженность и стабильность процесса).

Практическая ценность работы заключается в:

• разработанных рецептурных составах высокопористых шлифовальных кругов на основе различных по свойствам невыгорающих и выгорающих порообразователей, в том числе силикатных микросфер;

• рекомендациях по режимам сухого безприжегового шлифования закаленных сталей;

• изготовлении и испытании опытных образцов нового высокопористого абразивного инструмента закрытой структуры.

Реализация работы. Разработанные рецептуры и технологии изготовления высокопористого инструмента закрытой структуры прошли испытания в лабораторных условиях на базе МГТУ "СТАНКИН" и в производственных условиях на ММПО "Салют", на ММНН им. В.В. Чернышева и на базе института металлорежущих станков и прессового оборудования "Фраунховер" (ФРГ, г. Хемниц).

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были изложены на международной научно-технической конференции "Прогрессивные методы проектирования технологических процессов, станков и инструментов" г. Тула (26-28 мая 1997 г.), а ее результаты в виде образцов инструмента демонстрировались на выставках в Москве и Швейцарии (сентябрь- октябрь 1997 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликованы две печатные работы.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы /121 наименование/ и приложения. Она изложена на 130 страницах машинописного текста, содержит 28 рисунков, 19 таблиц.

Содержание работы.

В введении обосновывается актуальность темы, дается ее общая характеристика, показана ее направленность и научная новизна.

В первой главе проведен анализ состояния вопроса, приведен литературный обзор о порообразователях в известных технологиях изготовления высокопористого абразивного инструмента. Приведен анализ, применения высокопористых кругов как фактор управления тепловыми процессами, сформулированы цель и основные задачи исследования.

Вопросы теплообразования при шлифовании , включая теорию расчета температур и ее влияние на формирование поверхностного слоя обработанной детали, посвящено большое количество исследований. Основополагающую роль в создании термодинамики процесса шлифования имеют работы отечественных ученых Д.Г.Евсеева, С.Н.Корчака, Б.И.Костсцкого, Е.Н.Маслова, В.И.Островского, А.В.Подзея, С.Г.Редько, А.Н.Резникова, С.С.Силина и др.

Установлено, что температура при шлифовании снижается как при уменьшении мощности источников теплообразования, так и при повышении интенсивности теплоотвода. Таким образом температура шлифования становится критерием управления тепловыми явлениями при шлифовании. Управление тепловыми явлениями имеет целью не столько повышение производительности процесса и стойкости инструмента, сколько обеспечение заданного качества обработанной детали.

Для этой цели имеются следующие основные пути:

- технологические: выбор оптимальной схемы шлифования, рациональных характеристик шлифовального круга по материалу зерна, связки, зернистости,

твердости и номера структуры; назначение оптимальных параметров режима шлифования, состава и интенсивности охлаждения и др.

- конструктивные: применение эффективных конструкций шлифовальных кругов для конкретных условий обработки; совершенствование установок для очистки смазочно-охлаждающих жидкостей и др.

- По мнению А.Н. Резникова уменьшение мощности тепловыделения может быть достигнуто за счет:

- придания режущим выступам абразивных зерен оптимальной формы при возможно меньшем разбросе геометрических параметров во всей их совокупности;

- поддержания режущих свойств шлифовального круга в течение возможно более длительного периода времени;

- создания условий, обеспечивающих равномерное распределение работы резания между группами зерен, расположенных на различных участках рабочей поверхности инструмента;

- введения в зону резания дополнительных видов энергии, способствующих снижению прочности срезаемого материала.

Известно, что эффективность процесса абразивной обработки определяется геометрией и расположением режущих элементов на рабочей поверхности инструмента в сочетании с физико-химическими свойствами абразивного материала.

Если при использовании обычных абразивных инструментов прямое участие в работе резания абразивных инструментов прямое участие в работе резания принимает лишь около 5-10% (до 15%) всех зерен, расположенных на рабочей поверхности круга, а основная масса их только скользит по обрабатываемой поверхности, то высокопористые круги обладают тем достоинством, что из-за меньшей плотности расположения в них зерен, расстояние между зернами увеличивается. Это ведет к тому, что в резании принимает участие большее количество зерен. Количество режущих зерен, как показали исследования многих авторов, зависит от режима шлифования и характеристики круга, режима правки и состояния оборудования. Чем больше съем металла , тверже круг и меньше подача при правке, тем больше режущих зерен. Расстояние между активными режущими элементами в 10-20 раз больше, чем расстояние между соседними абразивными зернами в теле инструмента. В течение времени работы шлифовального круга расстояние между активными режущими элементами зерен уменьшается за счет их износа, это ведет к снижению удельной интенсивности съема материала - то-есть к потере режущих свойств инструмента.

Рабочая поверхность высокопористых кругов характеризуется более благоприятными с точки резания металла параметрами. Так относительная опорная длина профиля у высокопористых кругов значительно меньше, а средний шаг между выступами больше, чем у обычных кругов. Это уменьшает поверхность трения и улучшает размещение снимаемой стружки. Более благоприятная геометрия рабочей поверхности высокопористых кругов позволяет уменьшить энергетические затраты при шлифовании.

Анализ литературных источников и опыт применения высокопористого абразивного инструмента свидетельствуют, шлифование таким инструментом может снизить до 40% интенсивность тепловыделения в зоне обработки и, соответственно, контактные температуры шлифования. Среди известных аналогов высокопористого абразивного инструмента инструмент с закрытой структурой, разработанный в МГТУ "СТАНКИН" отличается высокими эксплуатационными свойствами и экологически чистой технологией изготовления. Предварительные исследования показали, что их

применение также снижает среднеконтактную температуру при шлифовании закаленной стали Р6М5 на 30-40% по сравнению с шлифовальным кругом нормальной структуры.

Недостатком технологии изготовления высокопористых шлифовальных кругов закрытой структуры можно определить относительно высокую стоимость одного из порообразователей — корундовых микросфер. Снижение стоимости корундовым микросфер или поиск более экономичных аналогов становится актуальной задачей широкого внедрения высокопористого абразивного инструмента с большими номерами структур 16-22.

Во второй главе проведен анализ и представлено обоснование альтернативных невыгорающих порообразователей для высокопористого инструмента.

Разработанные в МГТУ "СТАНКИН" высокопористые шлифовальные круги закрытой структуры основаны на применении невыгорающих порообразователей: корундовых и стеклянных микросфер, а также в сочетании с выгорающим наполнителем в виде фруктовых косточек. Механизм действия указанных порообразователей формирование каркаса высокопористого абразивного инструмента, его твердость в сочетании с действием керамической связки и ее стабильность, деформацию и разрывную прочность достаточно подробно изучены и описаны в работах.

В этой связи поиск альтернативных по своим свойствам и более дешевых по стоимости невыгорающих порообразователей должен уштывать уже установленные особенности применения корундовых микросфер в качестве порообразователя в высокопористых шлифовальных кругах закрытой структуры.

Обобщая результаты ранее проведенных исследований в МГТУ "СТАНКИН" можно представить общие особенности и закономерности использования корундовых микросфер в качестве порообразователя высокопористых шлифовальных кругов в следующем виде.

Структура абразивного круга после введения в него корундовых микросфер является закрытой, так как свободные поры не имеют связи между собой, как это имеет место при формировании порового пространства за счет выгорания выгорающих органических или не органических порообразователей. Корундовые микросферы участвуют либо в формировании объемного абразивного каркаса инструмента как самостоятельные конструктивные элементы (крупные микросферы с размерами более 100 мкм), либо как упрочняющий элемент в мостиках связи из керамической связки между абразивными зернами (микросферы маленьких размеров менее 100 мкм).

Если повышать объемное содержание корундовых микросфер в шлифовальном круге, соответственно увеличиваются его технологические свойства, не всегда можно соответственно улучшить выходные характеристики процесса шлифования. Проведенные эксперименты показали, что для конкретных условий маятникового или глубинного шлифования того или иного обрабатываемого материала существует оптимальная характеристика применяемого абразивного инструмента не только по количеству вводимых в него корундовых микросфер, но и по размеру абразивного зерна, твердости и номеру структуры круга.

Экспериментальными исследованиями также установлено, что:

• изменение объемной доли микросфер в шлифовальном круге на 14% при неизменной доле абразивных зерен приводит к изменению твердости круга на одну степень;

• применение корундовых микросфер взамен абразивных зерен приводит к значительному уменьшению модуля упругости круга и увеличению однородности его свойств;

• установлено, что корундовые микросферы влияют на прочность шлифовального круга аналогично влиянию пор, однако замена естественных пор круга микросферами приводит к некоторому повышению его прочности и однородности;

• при введении в шлифовальный круг корундовых микросфер уменьшается соотношение прочности его материала при изгибе и растяжении;

• корундовые микросферы способствуют созданию в абразивном круге дополнительных мостиков связки, что обеспечивает более однородное и прочное закрепление зерен на рабочей поверхности инструмента;

• повышенная стабильность твердости в объеме высокопористого инструмента обеспечивается в основном за счет повышенного содержания корундовых микросфер;

• однородное повышение объемного содержания в инструменте корундовых микросфер и керамической связки, дает возможность повышать твердость до СМ2-С1 для структур №№12-14 и уменьшать его деформацию при спекании до 4%; однако, указанное повышение имеет ограничения из-за разнонаправленности достигаемого эффекта: с увеличением содержания корундовых микросфер уменьшается твердость и деформация, а с повышением содержания связки эти характеристики, наоборот увеличиваются.

Информация в литературных источниках о применении силикатных микросфер в качестве порообразователя в производстве абразивного инструмента, включая высокопористый, отсутствует. В то же время из сравнительного анализа физико-химических свойств и гранулометрического состава корундовых, стеклянных и силикатных микросфер можно ожидать, что силикатные микросферы могут быть использованы для изготовления высокопористых абразивных кругов. Решающим фактором при их выборе является более низкая стоимость чем корундовых микросфер.

По своему химсоставу силикатные микросферы близки к стеклянным и к составу наиболее распространенной в производстве абразивного инструмента, в том числе высокопористого, - керамической связки К5.

Их температура плавления близка к температуре обжига абразивного инструмента на керамической связке К5 - 1250°С, но выше чем у стеклянных микросфер. Они обладают большими размерами, чем стеклянные микросферы и близки по этому параметра^ к корундовым микросферам.

Поэтому можно полагать, что по комплексу свойств, необходимых для невыгорающего порообразователя в высокопористых абразивных кругах, силикатные микросферы занимают промежуточное положение между корундовыми микросферами (наиболее удачный порообразователь) и стеклянными микросферами (порообразователь, упрочняющий керамическую связку).

Среди представленной информации о химсоставе и свойствах силикатных микросфер есть настораживающий факт о достаточно большом содержании в них БегОз - до 5,5%, что всегда являлось неблагоприятным фактором в изготовлении абразивного инструмента.

В третьей главе проведено исследование влияния различных видов невыгорающих микросфер и параметров состава высокопористых кругов на их эксплуатационные свойства.

Для изучения влияния рецептурного состава высокопористых шлифовальных кругов на их эксплуатационные свойства рассматривались следующие параметры:

-размер абразивного зерна Аз (мкм); -объемное содержание в круге микросфер Уме; -объемное содержание в круге фруктовых косточек Укф; -объемное содержание абразивного зерна в круге Уз;_ -объемное содержание в круге керамической связки Уев.

Исследования проводились на шлифовальных кругах ПП 200x20x51 из абразивного зерна — электрокорунда белого марки 25А с использованием керамической связки марки К5ПГ. Круги изготавливались в условиях ОАО "Московский абразивный завод" по заводской технологии, но с учетом особенностей формирования высокопористой абразивной массы с микросферами.

Было изготовлено и исследовано 8 различных рецептур кругов и соответственно кругов, у которых рецептурный состав в общей сложности изменяется в диапазоне:

-по размеру абразивного зерна 120...250 мкм (зернистость 12,16,20 и 25); -по содержанию абразивного зерна в круге 30...40% (структура круга 11, 12, 13, 14, 16)

-по содержанию различных по виду микросфер в круге 1—50%; -по содержанию керамической связки в круге 6... 12%.

кроме того, в производственных условиях фирмой СагЬогипс1ит Е1ек1п1е (Чехия) были изготовлены по рецептам МГТУ "СТАНКИН" 7 опытных шлифовальных кругов ПП 500x25x203. В этих кругах содержание керамической связки варьировалось в диапазоне 4,2... 15% объема крута и вместе с невыгорающими микросферами в качестве порообразователя вводились размолотые фруктовые косточки с содержанием 5-10% объема инструмента.

У таких кругов помимо измерения твердости и деформации после спекания, измерялась также неуравновешенность (дисбаланс) и разрывная прочность по методике, принятой на фирме в соответствии с европейскими стандартами.

Твердость каждого круга проверялась с помощью пескоструйного прибора модели 910-У 10 по 4-6 точкам с каждой стороны круга в соответствии с ГОСТ 1818-79. По результатам измерения определялось среднее значение твердости по глубине Ьл лунки в мм, которое учитывалось в последующих расчетах.

Деформация шлифовального круга определялась как относительное изменение наружного диаметра или его объема до и после спекания:

Статистическая обработка экспериментальных данных измерений как указанных характеристик кругов, так и данных по шлифованию осуществлялись на ГОМ-РС с специальных компьютерных программ многофакторного корреляционного и регрессионного анализов.

Уравнения регрессии исследовались в виде различных форм связи - линейной и квадратичной. В работе представлены уравнения связи, которые адекватно отображают экспериментальные данные.

Исследуемый диапазон эксплуатационных свойств высокопористых шлифовальных кругов составил:

по глубине лунки Ьл

3,6-7,9 мм,

• по степени твердости ВМ1 -СМ 1,

• по СКО глубины лунки 0,09-0,78 мм,

• по деформации круга 1,4-30%.

Графическое оформление результатов статистической обработки проводилось по разработанным уравнениям регрессии с помощью стандартного программного пакета ХЬ.

Основные результаты сводятся к следующему.

При введении корундовых микросфер в шлифовальный круг формируется каркас из абразивных зерен и корундовых микросфер, соединенных между собой керамической связкой, и устойчивой высокотемпературной деформации при спекании инструмента. По мере возрастания относительного содержания корундовых микросфер в высокопористом круге его деформация резко уменьшается с 7,4% до 0,40 при оптимальном содержании.

Введение корундовых микросфер в состав абразивной массь: во всех случаях способствует уменьшению деформации шлифовального круга при спекании. Интенсивность уменьшения деформации круга в зависимости от количества вводимого наполнителя будет тем больше, чем выше номер структуры. Если для кругов с 6 структурой увеличение содержания корундовых микросфер в объеме инструмента с 3 до 20% при постоянном содержании керамической связки 8% обеспечивает снижение деформации с 0,8 до 0,5% или в 1,6 раза, то для 14 структуры это уменьшение составило с 7,2 до 3,4% или в 2,1 раза. Если для 6 структуры нет необходимости введения корундовых микросфер, то для шлифовальных кругов с 14 структурой эта процедура обеспечивает формирование высокопористой структуры абразивного инструмента с сохранением расчетной пористости, с другой стороны, при введении в больших количествах корундовых микросфер уменьшается твердость инструмента и тем значительней , чем выше номер структуры и соответственно меньше объемное содержание абразивных зерен в шлифовальном круге.

Так, для структуры при объемном содержании зерен в 46% объема твердость сохраняется постоянной, независимо от содержания корундовых микросфер. У кругов 14 структуры с объемным содержанием зерен 34% дополнительное введение порообразователя способствует уменьшению твердости инструмента на 2 степени: с СМ2 до МЗ.

Если при постоянном объемном содержании в круте корундовых микросфер увеличивать содержание керамической связки с 6 до 10% объема, то твердость инструмента для всех исследованных структур 6, 8, 10, 12 и 14 возрастает, то есть глубина лунки во всех случаях уменьшается. При этом можно отметить такую характерную особенность: при объемном содержании корундовых микросфер в 3% увеличение количества связки в объеме инструмента с 6 до 10% приводит к формированию шлифовальных кругов с одной твердостью - СТ1. При объемном содержании корундовых микросфер в 20% аналогичное увеличение содержания связки дает разброс по твердости от СМ2 для 14 структуры до СТЗ для б структуры.

Увеличение количества связки в инструменте, с другой стороны, приводит к возрастанию его деформации при спекании. Однако это увеличение деформации можно компенсировать повышенным содержанием наполнителя: для кругов 14 структуры при объемном содержании связки 10% деформация уменьшается с 8,6 до 4,1%, при увеличении содержания корундовых микросфер с 3 до 20%.

Перспективным направлением повышения твердости высокопористых кругов является одновременное введение в состав абразивной массы корундовых и стеклянных микросфер. Установлено, что на предварительных этапах отвердения кругов

стеклянные микросферы выполняют роль порообразователя, а на завершающем этапе высокотемпературного спекания происходит плавление и растворение стеклянных микросфер в керамической связке, что способствует повышению ее прочности и адгезии с абразивом.

При введении порообразователя в виде микросфер в структуру высокопористого инструмента их крупные фракции, соизмеримые с размерами абразивных зерен, становятся самостоятельным конструктивным элементом объемного каркаса круга, а микросферы небольших размеров упрочняют связующие мостики в качестве наполнителей керамической связки.

Значительно меньше имеется информации о комбинированном влиянии корундовых и стеклянных микросфер вместе с молотыми фруктовыми косточками. Известно, что дополнительное введение фруктовых косточек уменьшает твердость круга и разупрочняет его (уменьшается разрывная прочность).

Проведенные исследования, в которых были объединены все заранее применявшиеся порообразователи в виде микросфер (корундовые и стеклянные), а также новый порообразователь в виде силикатных микросфер, позволили оценить их влияние на твердость инструмента и ее стабильность в зависимости от их типа и объемного содержания в шлифовальном круге.

Так как применяемые микросферы отличаются физико-механическими свойствами, химическим и гранулометрическим составом, то для обобщенной идентификации их типа была использована их плотность г/см3. Эта характеристика учитывалась при статической обработке экспериментальных данных и при их математическом моделировании.

Выполненный компьютерный корреляционный анализ по влиянию различных компонент рецептурного состава исследованных высокопористых шлифовальных кругов на их твердость и среднеквадратичное отклонение глубины лунки показал, что тип порообразователя оказывает существенное влияние на твердость крута и ее стабильность.

По величине коэффициента парной корреляции степень влияния каждой из компонент рецептурного состава высокопористого инструмента уменьшается в следующей последовательности: влияние на твердость круга:

•содержание микросфер •содержание связки •тип микросфер (их плотность) •размер абразивного зерна •содержание абразивного зерна

влияние на СКО твердости круга: •содержание абразивного зерна •размер абразивного зерна •содержание микросфер •содержание связки •плотность микросфер

0,402;

-0,376;

-0,354;

0,220;

0,143;

-0,560;

-0,366;

0,219;

-0,130;

0,033.

На основании представленных результатов корреляционного анализа можно отметить, что тип или вид применяемого порообразователя оказывает достаточно

сильное влияние на твердость круга, которое больше , чем влияние, например, размера абразивных зерен и их объемного содержания в инструменте.

Взаимосвязанное влияние исследованных параметров рецептурного состава высокопористых шлифовальных кругов представлено в виде статистических моделей связи логарифмическими полиномами:

для твердости круга hn:

lnhn=15,09-3,3041nV3-0,4331nVMc-0,210gMC-l,2591nVcB+0,3731nA3 (3.1)

для СКО глубины лунки:

In а ьл=27,3 8-6,4141пУз-0,6091пУмс+1,7761п /мс-1,61 InVcB+0,1181пА_,. (3.2)

Из анализа представленных моделей, в частности, следует, что при использовании невыгорающих микросфер различного вида и при постоянном их объемном содержании твердость инструмента уменьшается, а ее стабильность повышается при уменьшении относительного содержания абразивных зерен Уз и уменьшении зернистости Аз, что взаимосвязанно между собой.

Однако выявленные закономерности и разработанные модели связи дают возможность формировать заданные значения твердости и ее стабильности за счет управляемого содержания микросфер и керамической связки и правильного выбора порообразователя как по свойствами, так и по его стоимости, Это дает более широкие возможности для оптимизации рецептурного состава высокопористых шлифовальных кругов для получения заданных эксплуатационных свойств.

Как альтернативный вариант известным выгорающему (нафталин) и вспучивающемуся (перлит) порообразователям в последнее время ряд предприятий □ (ATLANTIC, АО "Абразивный завод "Ильич") применяют для производства высокопористого абразивного инструмента фруктовые косточки, размолотые до различного фракционного состава.

В данном исследовании также приведены эксперименты по изучению взаимного влияния невыгорающих микросфер (Vmc=20% объема круга) и фруктовых косточек на твердость инструмента и ее стабильность.

Из корреляционного анализа следует, что степень влияния фруктовых косточек (R=-0,087) на твердость круга значительно меньше, чем объемное содержание керамической связки (R=-0,949). На стабильность твердости, то-есть на СКО глубины лунки фруктовые косточки оказывают почти одинаковое влияние (R=0,509), что и содержание связки (R=0,640).

Разработанные модели связи для высокопористых кругов с фруктовыми косточками и невыгорающими микросферами имеют следующий вид:

для твердости круга:

1пЬл=2,824-0,0141пУкф-0,5051пУсв-5,935 (3.3)

для СКО глубины лунки:

In а Ьл=0,4041пУкф-1,6841пУсв-5,93 5

(3-4)

Введение корундовых и стеклянных микросфер в оптимальных количествах в структуру высокопористого инструмента позволяет управлять его деформацией при спекании. Характер - степень влияния силикатных микросфер, а также в комбинации с фруктовыми косточками пока неизвестны и были исследованы впервые в данной работе.

Известно, что в соответствии с ГОСТ 3060-75 точность изготовления круга связана с неуравновешенностью его массы, Шлифовальные круги изготовляют трех классов точности: АА, А и Б. Круги класса точности АА изготавливают из абразивного зерна с высоким содержанием основной фракции, они не имеют дефектов, кроме инородных включений, которые допускаются размером не более 0,5 мм в количестве не более четырех на участке круга площадью в 100 см2 и имеют жесткие предельные отклонения своих размеров.

С учетом этих отклонений расчетная деформация заформованного круга при спекании не должна превышать 1,14%, в противном случае необходим большой объем механической обработки для исправления искажений профиля и формирования требуемых его размеров.

У шлифовальных кругов с различным содержанием керамической связки и порообразователей, постоянным содержанием абразивного зерна - 38% в объеме инструмента (12 структура) были одновременно исследованы:

•твердость (по глубине лунки 1ш, мм);

•СКО твердости;

•дисбаланс О, г;

•деформация еу и Ср;

•разрывная скорость, м/с.

Установлено, что с увеличением объемного содержания керамической связки и фруктовых косточек неуравновешенность масс в инструменте возрастает и уже при содержании связки Усв>5,5% эта неуравновешенность соответствует 2 классу.

Аналогичное влияние объемного содержания связки и фруктовых косточек оказывает на разрывную скорость вьгсокопористых шлифовальных кругов. С увеличением содержания связки от 4,8 до 6,2% разрывная скорость круга ПП500 х25 х 203 увеличивается с 77 до 79,5 м/с при объемном содержании в круге фруктовых косточек 5% и от 80,4 до 83 м/с при объемном содержании фруктовых косточек в круге 10%.

После статистической обработки полученных данных разработаны математические модели связи дисбаланса Б и разрывной скорости Ур шлифовальных кругов в зависимости от объемного содержания керамической связки Усв и фруктовых косточек УКф в виде линейных логарифмических полиномов:

1пЕ>=0,3411пУ,<ф+2,9141пУсв-2,523 (3.5)

1пУр=4,048+0,0611пУКф+0,1281пУсв (3.6)

Можно объединить в одну систему уравнений разработанные математические модели связи рецептурного состава шлифовального круга с его твердостью и среднеквадратичным отклонением глубины лунки, деформацией при спекании, дисбалансом и разрывной скоростью. Решение такой системы уравнений позволит

определить оптимальное соотношение основных компонент рецептурного состава высокопористых шлифовальных кругов:

с заданной твердостью

Ьл=[Ьл], (3.7)

с минимальным рассеиванием ее значений в объеме инструмента

Сьл-*гшп, (3.8)

с минимальным (или в соответствии с заданным классом точности) дисбалансом О-^гти'п, или

С=Р], (3.9)

с минимальной деформацией круга при спекании

ев->тт, (3.10)

и с максимальной разрывной прочностью (скоростью) или с заданной разрывной скоростью, если условия эксплуатации предполагают заданную скорость шлифования

Ур->тах, или

Ур=1,5Ушл (3.11)

Выполнить указанные технологические ограничения (3.7)-(3.11) задачи оптимального выбора рецептурного состава для изготовления высококачественного высокопористого круга чрезвычайно сложно, в силу противоречивого и разнородного характера влияния компонент состава на свойства инструмента.

Чтобы подойти к решению этой сложной оптимизационной задачи, был выполнен комплексный корреляционный анализ с помощью специальной компьютерной программы взаимосвязи дисбаланса круга О и его разрывной скорости Ур с объемным содержанием связки Усв и фруктовых косточек Укф, а также с его деформацией ев, твердостью Ьл, СКО твердости - СТ^. Для разрывной скорости дополнительно был включен еще один параметр - дисбаланс круга, то-есть были проанализированы связи 0(Укф, Усв, е0, Ьл, аЬл) и У„(Укф, Усв, ес, Ьл, СГЬ, Б).

Степень тесноты связи между дисбалансом круга и его исследованными параметрами по величине коэффициента парной корреляции установлена в виде следующего ряда (по убыванию):

объемное содержание связки 0,907;

глубина лунки или твердость -0,881;

стабильность твердости 0,624;

деформация круга 0,395;

объемное содержание фруктовых косточек 0,321.

Наиболее сильное влияние, как это следует из результатов корреляционного анализа, на неуравновешенность масс шлифовального круга оказывает объемное

содержание в инструменте связки, а наименьшее - содержание фруктовых косточек (что, естественно, так как в процессе высокотемпературного обжига они выгорают, оставляя после себя открытые поры). Содержание связки и фруктовых косточек также не коррелировано между собой - коэффициент парной корреляции равен 0,012, то-есть они влияют на величину дисбаланса круга независимо друг от друга.

Между собой наиболее сильно коррелирует твердость круга и его деформация и содержание керамической связки в нем (Я~-0,967 и 11=0,700 соответственно). Содержание связки также достаточно сильно взаимосвязанно с стабильностью твердости по величине СКО глубины лунки (11=0,667). Деформация круга при спекании, как это и подтверждается экспериментально, зависит от содержания в инструменте фруктовых косточек (И—О,661).

По степени воздействия на разрывную скорость исследованные параметры распределяются в следующей последовательности:

дисбаланс круга 0,763;

содержание фруктовых косточек 0,667;

содержание связки в круге 0,474;

твердость круга -0,371;

стабильность твердости 0,236;

деформация круга -0,081.

В четвертой главе установлена взаимосвязь состава высокопористых шлифовальных кругов с выходными параметрами процесса сухого шлифования.

В данной главе в условиях плоского шлифования без применения каких-либо смазочно-охлаждающих средств исследовалась режущая способность высокопористых шлифовальных кругов, свойства и состав которых бьюи описаны в предыдущей главе.

Известно, что форсирование режима шлифования за счет глубины резания и продольной скорости детали (стола) приводит к интенсивному росту теплообразования в зоне обработки и, соответственно, контактных температур. В литературе описано поведение высокопористых шлифовальных кругов при форсировании режима шлифования и, в частности, изменение выходных параметров процесса и условия теплообразования.

Однако, в литературе отсутствуют сведения о том, как работают высокопористые шлифовальные круги при отсутствии охлаждения. При этом важно отметить, что при сухом шлифовании необходимо обеспечивать такой тепловой режим шлифования, который бы не приводил к термическим дефектам обработанной детали и нежелательным структурно-фазовым превращениям в ее поверхностном слое.

Другим важным обстоятельством применения высокопористых шлифовальных кругов при сухом шлифовании является необходимость поддерживать высокую режущую способность инструмента по съему материала, скорости изнашивания и их стабильности на протяжении всего периода стойкости, то-есть обеспечить их высокую эффективность.

Эти задачи, в первую очередь, исследуются и решаются в данной главе при сухом шлифовании высокопористыми абразивными кругами различных характеристик по размеру зерна, его содержанию в объеме круга и твердости.

Условия сухого шлифования, то-есть диапазон возможного изменения режимов без прижеговой обработки, определялись в конкретных условиях и они оказались аналогичными для шлифования с охлаждением, что предопределяло свойствами нового высокопористого инструмента.

На правах рукописи УДК 621.922.001. 246:681.3.067(043.3)

ЕРЕМИН СЕРГЕЙ ВЛАДИМИРОВИЧ

РАЗРАБОТКА ВЫСОКОПОРИСТОГО АБРАЗИВНОГО ИНСТРУМЕНТА ДЛЯ ШЛИФОВАНИЯ БЕЗ ПРИМЕНЕНИЯ СМАЗОЧНО-ОХЛАЖДАЮЩИХ СРЕД

Специальность 05.03.01. - Процессы механической и физико-технической обработки, станки и инструмент

диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ-ЗАСЛУЖЕННЫЙ ДЕЯТЕЛЬ НАУКИ И ТЕХНИКИ РФ, ДОКТОР ТЕХНИЧЕСКИХ НАУК, ПРОФЕССОР В.К.СТАРКОВ

Москва - 1997

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 3

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Теплообразование при шлифовании и методы его 6 управления.

1.2. Применение высокопористых кругов как фактор управления тепловыми процессами. 10

1.3. Порообразователи в известных технологиях изготовления высокопористого инструмента. 14

1.4. Выводы. 21

1.5. Цель и задачи исследования. 22

ГЛАВА 2. АНАЛИЗ И ОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ АЛЬТЕРНАТИВНЫХ НЕВЫГОРАЮЩИХ ПОРООБРАЗОВАТЕЛЕЙ ДЛЯ ВЫСОКОПОРИСТОГО ИНСТРУМЕНТА.

2.1. Особенности использования корундовых микросфер в качестве порообразователя в высокопористых шлифовальных кругах 24

2.2. Стеклянные микросферы, их физико-химические свойства и гранулометрический состав. 29

2.3. Силикатные микросферы, их физико-химические свойства и гранулометрический состав. 33

2.4. Выводы. 37

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ВИДОВ НЫВЫГОРАЮЩИХ МИКРОСФЕР И ПАРАМЕТРОВ СОСТАВА ВЫСОКОПОРИСТЫХ КРУГОВ НА ИХ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА.

3.1. Методика и условия проведения исследований. 39

3.2. Влияние рецептурного состава высокопористых кругов

на твердость и стабильность. 41

3.3. Влияние рецептурного состава высокопористых кругов

на их деформацию после спекания. 53

3.4. Взаимосвязь параметров рецептурного состава кругов с

их эксплуатационными свойствами. 58

3.5. Выводы. 65

ГЛАВА 4. ВЗАИМОСВЯЗЬ СОСТАВА ВЫСОКОПОРИСТЫХ ШЛИФОВАЛЬНЫХ КРУГОВ С ВЫХОДНЫМИ ПАРАМЕТРАМИ ПРОЦЕССА СУХОГО ШЛИФОВАНИЯ.

4.1. Методика и условия проведения экспериментов по шлифованию. 67

4.2. Влияние характеристики круга и режима шлифования

на минутный съем материала и его стабильность 69

4.3. Влияние характеристики круга и режима шлифования

на изнашивание инструмента и его стабильность. 75

4.4. Влияние характеристики круга и режима шлифования

на его обобщенные выходные параметры. 78

4.5. Взаимосвязь режима обработки и характеристики высокопористых кругов с выходными параметрами шлифования. 80

4.6. Выводы. 101

ГЛАВА 5. ИЗГОТОВЛЕНИЕ И ИСПЫТАНИЯ ОПЫТНЫХ ОБРАЗЦОВ ВЫСОКОПОРИСТОГО АБРАЗИВНОГО ИНСТРУМЕНТА ЗАКРЫТОЙ СТРУКТУРЫ.

5.2. Результаты испытаний высокопористых кругов при

5.1. Опытные образцы инструмента.

102

сухом шлифовании. 5.3. Выводы.

103 107

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.

109

ЛИТЕРАТУРА.

111

ПРИЛОЖЕНИЕ:

акты тестирования и испытания высокопористых шлифовальных кругов.

119

ВВЕДЕНИЕ.

Среди процессов абразивной обработки шлифование является наиболее эффективным и высокопроизводительным методом финишной обработки деталей машин и приборов. В настоящее время новые методы скоростного (до 200 м/с) и глубинного (глубина обработки до 10 мм) шлифования успешно конкурирует с процессами лезвийной обработки. Например, при обработке замков лопаток газотурбинных двигателей глубинное шлифование абразивными кругами до 5 и более раз экономичней, чем процессы фрезерования или протягивания твердосплавным инструментом.

Характерной особенностью процессов шлифования является высокая температура в контакте шлифовального круга с обрабатываемой деталью, величина которой может достигать температуры ее плавления. Форсирование режимов шлифования приводит к тепловой напряженности зоны резания и, как следствие, к термическим дефектам на поверхности детали: прижегам, трещинам, сколам и т.д.

Наиболее действенным способом снижения температуры при шлифовании остается обильное охлаждение зоны резания, в том числе с подачей охлаждения через шлифовальный крут. Применение смазочно-охлаждающих средств становится препятствием для развития и более широкого применения процессов шлифования. С одной стороны, смазочно-охлаждающая жидкость, смешиваясь с продуктами износа шлифовального круга и стружкой, создает в больших количествах отходы, которые не поддаются утилизации. С другой стороны, в ряде производств электронной, электротехнической и других видов продукции применение смазочно-охлаждающих жидкостей запрещено из-за возможного загрязнения обрабатываемых поверхностей и их стыков.

Источником теплообразования при шлифовании служат пластическая деформация удаляемого материала с детали (10-20%) и работа трения абразивных зерен об обрабатываемую поверхность (80-90%).Поэтому главным направлением снижения температуры при шлифовании при отсутствии искусственного охлаждения зоны резания становится создание инструмента с минимальным количеством режущих зерен на рабочей поверхности с максимальной эффективностью их использования. Таким инструментом при шлифовании являются высокопористые абразивные круги, у которых содержание зерен в объеме снижается с 50 до 30%, а на рабочей поверхности их количество уменьшается до 1,5 раз. Меньшее количество абразивных зерен в сочетании с порами между ними создает предпосылки не только снижения их работы трения об обрабатываемую поверхность, но и более эффективное участие в удалении материала.

Однако, для известных высокопористых абразивных кругов характерна их пониженная износостойкость, обусловленная слабой связью удержания зерен связкой инструмента, и соответственно их

низкая разрывная прочность , которая ограничивает их применение на скоростях резания до 50м/с.

Теоретически пористость абразивного инструмента определяется объемным содержанием абразивного зерна в формующейся массе. В известных технологиях производства высокопористых кругов на керамической связке с открытой структурой при спекании абразивной массы идут одновременно процессы формирования объемного каркаса из абразивных зерен и связки и пористого пространства за счет сгорания органических или неорганических добавок (фруктовых косточек, нафталина и др.) и выхода их продуктов сгорания в атмосферу. Отсутствие синхронности в этих процессах в сочетании со стохастическим характером формирования пористости приводит к чрезмерной усадке после спекания и соответственно к уменьшению фактической объемной пористости, существенному разбросу твердости по объему инструмента, его дисбалансу и др.

Очевидно, что создание инструмента, сочетающего в себе высокую пористость (до 16...20 и более структур), с высокими значениями твердости (выше СМ) и разрывной прочности откроет новые перспективы интенсификации процессов абразивной обработки. Сложность такой задачи заключается в создании жесткого каркаса из абразивных зерен с их объемным содержанием в круге не более 20...30% с большим содержанием - до 15...18% в объеме керамической связки, спекание которой приведет к разрушению каркаса и инструмента в целом.

Устранить недостатки известных высокопористых кругов удалось в результате разработки и оптимизации эксплуатационных характеристик принципиально нового класса абразивного инструмента -высокопористого, с так называемой, закрытой структурой. Абразивная масса нового инструмента формируется на основе одного или комбинации нескольких невыгорающих порообразователей, различных по химсоставу, размерам и свойствам. Возможность управления составом абразивной массы в широком диапазоне существенно расширяет и технологические возможности высокопористого инструмента.

Использование высокопористого абразивного инструмента для реализации процессов сухого шлифования, то-есть без применения смазочно-охлаждающих сред, перспективным направлением развития технологии машиностроения. А разработка высокопористых шлифовальных кругов с оптимальными характеристиками для этих целей, которая является темой данной диссертационной работы, становится актуальной научно-технической проблемой.

На защиту выносятся следующие основные положения и результаты диссертационной работы:

- анализ и обоснование применения нового типа невыгорающего порообразователя для изготовления высокопористых шлифовальных кругов;

- разработка рецептурных составов высокопористых шлифовальных кругов, в том числе с новым порообразователем,для сухого шлифования,

- влияние рецептурного состава высокопористых кругов (содержания зерна, связки и порообразователя) на выходные параметры сухого шлифования;

- лабораторные и производственные испытания нового инструмента при сухом шлифовании.

Данная работа выполнялась по плану международного научно-технического проекта "Разработка высокопористого абразивного инструмента повышенной производительности и экологически чистой технологии его изготовления" и Федеральной программы ФРГ "Сухое шлифование" с участием Технического университета Хемниц-Цвикау и других немецких фирм и институтов.

Автор выражает глубокую признательность и благодарность своему научному руководителю д.т.н., профессору В.К. Старкову, сотрудникам и аспирантам МГТУ "СТАНКИН" Тюрину С.А., Варнавскому В.В., Макарову О.В., Феоктистову А.Б. и Ефремову С.И., а также сотрудникам Технического университета Хемниц-Цвикау докт.-инж. С.Гербаху, инженеру С.Кунцу и Р.Винклеру за помощь, оказанную при подготовке диссертационной работы.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ

ИССЛЕДОВАНИЯ.

1Л.Теплообразование при шлифовании и методы его управления.

Вопросы теплообразования при шлифовании , включая теорию расчета температур и ее влияние на формирование поверхностного слоя обработанной детали, посвящено большое количество исследований. Основополагающую роль в создании термодинамики процесса шлифования имеют работы отечественных ученых Д.Г.Евсеева, С.Н.Корчака, Б.И.Костецкого, Е.Н.Маслова, В.И.Островского, А.В.Подзея, С.Г.Редько, А.Н.Резникова, С.С.Силина и др.

Износостойкость абразивного инструмента и качество обработанных деталей во многом определяются возникающей в зоне резания температурой и распределением тепла в системе "деталь-круг-стружка-охлаждающая среда". Зная распределение тепловых потоков, величину и характер температурных полей в шлифовальном круге, обрабатываемой детали и стружке, можно /16, 22, 52, 59, 68, 101/:

правильно формулировать основы теории износа абразивного инструмента;

оценивать характер взаимодействия режущего зерна с обрабатываемом материалом;

предвидеть характер разрушения абразивных зерен и абразивного инструмента в целом;

выбирать оптимальную характеристику абразивного инструмента для конкретных условий обработки;

оценивать влияние охлаждения на ход процесса шлифования и отыскивать пути к наиболее эффективному его использованию; регулировать процесс шлифования для получения минимального теплового воздействия на поверхностный слой обрабатываемой детали и режущего инструмента.

Термический процесс в поверхностном слое детали при шлифовании характеризуется высокой скоростью и температурой нагрева, кратковременностью выдержки при такой температуре и высокой скоростью охлаждения (особенно при работе с охлаждением) /22,52/.

По мнению E.H. Маслова /52/, при шлифовании вся механическая мощность микрорезания преобразуется в тепловую, так как лишь незначительная часть мощности (десятые доли процента) переходят в скрытую энергию изменений кристаллической решетки обрабатываемого материала.

Полученная тепловая энергия распределяется между деталью, шлифовальным кругом, стружкой и охлаждающей средой:

^^ = Qa + QKP + Qc + Qo + Qn (1.1)

где Од — теплота, переходящая в обрабатываемую деталь при шлифовании, 0кр — теплота переходящая в шлифовальный круг, С2с -теплота, переходящая в стружку, <30 — теплота, уносимая охлаждающей средой (жидкостью), <3И — теплота, отдаваемая излучением.

При шлифовании наибольшее количество теплоты— до 80% переходит в обрабатываемую деталь и наименьшее ее количество теряется в результате излучения /52/. Высокие температуры шлифования могут вызвать дефекты в поверхностном слое шлифуемой детали — прижеги, трещины и др.,снижающие качество обрабатываемой детали, в связи с чем температурный фактор приобретает значение одного из основных факторов процесса шлифования /15,22,52,61,64,70,90,101/.

По мнению проф. Евсеев Д.Г. /22/, возникающие в процессе шлифования температурные и силовые поля обуславливают величину, знак и характер распределения по глубине поверхностного слоя обработанной детали остаточных напряжений первого рода. Процесс шлифования всегда определенным образом изменяет состояние поверхностного слоя и, в зависимости от условий процесса обработки, обуславливает различные виды структурных превращений, напряженного состояния и т.д. Характер этих изменений указывает на превалирующую роль тепловых процессов в формировании эксплуатационных свойств поверхностного слоя детали при шлифовании. Роль фактора пластической деформации или силового фактора при шлифовании, по мнению Д.Г. Евсеева, проявляется слабо и не всегда явно.

Недостатки, присущие процессу шлифования и обусловленные особенностями теплообразования, сужают возможности использования его в качестве окончательной обработки для наиболее ответственных деталей машин, работающих в сложных условиях эксплуатации.

При шлифовании различают температуру /52/:

1) Мгновенную, развивающуюся непосредственно в зоне микрорезания шлифующим зерном и, являющейся высокой и кратковременной.

Мгновенная температура экспериментально еще не измерена, однако с известным приближением ее можно косвенно установить, например, по структурным превращениям в тончайших, граничных слоях шлифуемой детали. При шлифовании абразивными кругами прочных материалов (закаленных сталей и др.) с высокими режимами резания величина мгновенной температуры может достигнуть температуры плавления обрабатываемого материала.

2) Контактная температура, которая устанавливается в зоне контакта круга с деталью и является средней по высоте круга, значительно меньше мгновенной в связи с интенсивным теплоотводом из зоны шлифования внутрь детали.

Интенсивный теплоотвод является результатом:

- разницей между температурой высоконагретого граничного слоя и низкой температурой основной массы обрабатываемой детали;

- большего объема массы детали и незначительного объема граничного слоя, получившего высокую степень нагрева.

В связи с этим, при данном количестве теплоты, образующейся в процессе шлифования, более интенсивный теплоотвод будет при увеличении размеров шлифуемых деталей, зоны контакта шлифовального круга с обрабатываемой деталью, теплопроводности связки круга и шлифующих зерен, теплоемкости смазочно-охлаждающей жидкости и т.д.

3) Средняя установившаяся температура, которая устанавливается на поверхности шлифуемой детали.

Исследования /7, 10, 16, 22, 25, 52, 59, 68/ показывают что, как возникновение, так и распределение теплоты в процессе шлифования зависят от всех условий обработки: характеристики шлифовального круга, элемента режима резания, механических и теплофизических свойств материала детали, свойств смазочно-охлаждающей жидкости и т.д.

С увеличением нагрузки на режущее звено в зоне его работы выделяется большое количество теплоты в единицу времени и это обеспечивает рост температуры. Нагрузка на зерно возрастает при увеличении окружной скорости детали и подач (поперечной и продольной) /52/.

Шлифование с полным правом можно назвать самым высокоскоростным процессом резания, и это его качество, естественно влияет на характер , предопределяет особенности тепловых процессов /22/.

Главной особенностью теплового процесса при шлифовании, по мнению Евсеева Д. Г. /22/, является весьма малое время действия теплового источника большой мощности. Так время действия единичного абразивного зерна на обрабатываемую поверхность составляет 10~5-10"6 с, время контакта каждой поверхности обрабатываемой детали с шлифовальным кругом измеряется тысячными долями секунды.

Учитывая, что за такой короткий промежуток времени происходит нагрев до нескольких сот, а иногда и более тысячи градусов, скорости нагрева достигают величин 105 - 108 град/с. Затем за счет теплопроводности металла изделия, происходит отвод тепла вглубь со скоростями примерно такого же порядка, как и скорости нагрева.

Основными параметрами теплового процесса являются интенсивность теплового потока, скорость и время действия теплового источника, которые в свою очередь определяют скорости нагрева и охлаждения.

Отдельные параметры режима шлифования, например, скорость резания, оказывают сложное влияние на тепловые явления при шлифовании /52/. При увеличении скорости резания толщина

срезаемого слоя снижается, но растет число тепловых импульсов при однов