Оценка степени затупления инструмента при круглом наружном шлифовании

В процессе механической обработки любой инструмент изнашивается. Износ рабочей поверхности круга при шлифовании является сложным физикохимическим и механическим процессом, протекание которого зависит от условий обработки: характеристики круга, свойств обрабатываемого материала, режима резания и др. Затупление круга наступает в результате обламывания невыгодно расположенных шлифующих зерен, последовательного их расщепления и образования площадок износа, когда зерна теряют свои режущие свойства.

Одним из основных требований к абразивным инструментам на жесткой основе является максимальная степень уравновешенности, равномерная плотность и твердость во всем объеме. Технологические процессы изготовления таких инструментов строятся так, чтобы обеспечить равномерное перемешивание абразивного материала, связки, наполнителей и др. компонентов для получения заданной структуры и твердости с равномерной плотностью и однородными свойствами.

Учитывая то, что абразивные зерна должны быть равномерно распределены по всему режущему слою с одинаковым фактическим расстоянием между соседними зернами (), был рассмотрен вопрос о расположении абразивных зерен в объеме шлифовального круга.

Зерна представлены в виде материальных точек, расположенных по вершинам различных по форме правильных многогранников, с помощью которых целиком можно заполнить пространство. Решетки, образованные на базе различных типов многогранников, дают разную степень равномерности заполнения режущего слоя абразивными зернами. Рассмотрены варианты расположения абразивных зерен в пространственной решетке, образованной :

1) кубами – прямоугольная кубическая решетка (рис. 1);

2) прямыми правильными трехгранными призмами с длиной всех ребер и с основанием в виде равностороннего треугольника с длиной стороны (рис. 2);

3) наклонными трехгранными призмами, которые образованы комбинацией из октаэдров (правильных восьмигранников) и тетраэдров (правильных четырехгранников), все ребра равны (рис. 3).

Идеальным по равномерности расположения зерен в объеме шлифовального круга могло бы стать расположение их в решетке, образованной на базе тетраэдров. Однако, одними этими правильными четырехгранниками, все грани которых являются равносторонними треугольниками, заполнить пространство полностью без пустот невозможно.

Таким образом, анализ всех возможных вариантов расположения зерен в объеме шлифовального круга показал, что наиболее равномерным и компактным, следовательно, и наиболее близким к реальным абразивным кругам, является размещение зерен в пространственной решетке, образованной на базе комбинации из правильных четырехгранников (тетраэдров) и восьмигранников (октаэдров).

Очевидно, что для данной схемы параметр пространственной решетки , среднее фактическое расстояние между соседними узловыми точками, зависит от зернистости (N) и структуры (C) кругов. Учитывая величину зерновой фазы в шлифовальных инструментах – Фа=2(31 – С) и выражение объема, приходящегося на одно зерно для данной структуры, приведенное выше, определен объем, занимаемый непосредственно одним зерном, а отсюда – количество абразивных зерен в единице объема шлифовального круга:

Важнейшей задачей в теории шлифования является выявление закономерностей распределения режущих зерен на рабочей поверхности абразивных кругов и определение количества абразивных зерен,

участвующих в отделении стружки в каждый данный момент процесса шлифования. При этом необходимо учесть, что исходная рабочая поверхность круга, полученная после правки, в процессе шлифования подвергается износу и соответственно степени износа, меняет свои параметры.

Определим возможное количество узловых точек на рабочей поверхности круга при различных положениях решетки (рис. 3).

Рассмотрены три варианта взаимного углового располо­жения рабочей поверхности абразивного круга и принятой нами пространственной решетки.

После графического (рис. 4) обобщения приведенных данных и соответ­ствующей математической обработки получены уравнения, определяющие связь параметров пространственной решетки с относительным количеством центров зерен (а, %), соответ­ствующим различным взаимным угловым положениям рабочей поверхности круга и пространственной решетки.

Среднее расстояние между центрами зерен, расположенными непосредственно на рабочей поверхности абразивного инструмента:

Однако, чтобы окончательно решить вопрос о количестве и расположении абразивных зерен на рабочей поверхности инструмента необходимо учитывать влияние различных методов правки.

Провели исследование для проверки влияния правки двумя различными методами – точением алмазным карандашом и обкаткой шарошкой с чугунными дисками на изменение параметров рабочей поверхности шлифовального круга с характеристикой 25А40ПСМ15К8. После правки тем или другим методами и после шлифования с различной степенью затупления рабочей поверхности круга последний снимался со станка и прокатывался по стеклу с подкладкой из копировальной бумаги. На рабочей поверхности круга оставались хорошо видимые отпечатки на вершинах вступающих абразивных зерен.

После установки круга на биологическом стереоскопическом микроскопе МБС2 с увеличением в 10 … 20 раз проводилась фотосъемка фотоаппаратом «ЗЕНИТЕ» со специальным переходником. По полученным фотоснимкам с нанесенной на них миллиметровой сеткой определялись следующие параметры рабочей поверхности круга:

Результаты исследований приведены в таблице 1.

Обобщая все приведенные данные, можно принять, что после правки сразу после начала шлифования с рабочей поверхности круга под действием сил резания удаляются все затупленные зерна и непосредственно в отделении стружек участвуют лишь острые или слегка притупленные зерна.

Общая сводка зависимостей параметров рабочей поверхности абразивных инструментов от износа при шлифовании приведена в таблице 2.

Можно сделать вывод, что переход от применявшихся до сих пор стохастических моделей абразивных кругов, базирующихся на достаточно спорной гипотезе распределения режущих зерен относительно связки, к новым квазитерминированным моделям, полностью себя оправдал благодаря переводу получаемых моделей из разряда случайных, неопределенных гипотез в разряд упорядоченных законов физики и термомеханики.