ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ РЕЖИМОВ РЕЗАНИЯ ПРИ ШЛИФОВАНИИ

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Ознакомление с процессом шлифования и приобретение навыков определения основных элементов режимов резания при шлифовании

2. ЗАДАНИЕ НА ЛАБОРАТОРНУЮ РАБОТУ

2.1 Ознакомиться с сущностью процесса шлифования и характеристиками шлифовального круга.

2.2 Ознакомиться со схемой наружного круглого шлифования и с характеристиками шлифовальных станков.

2.3 Определить значение частоты вращения шлифовального круга n_к и скорость вращения детали V_u.

2.4 Определить силу P_z; мощность, необходимую для вращения круга N_K и мощность, необходимую для вращения детали N_u.

3. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Шлифование является одним из видов обработки металла резанием. Режущим инструментом при шлифовании служит шлифовальный круг, представляющий собой совокупность множества режущих зёрен, являющихся как бы элементарными резцами, закреплёнными в связывающем их материале. Процесс шлифования заключается в том, что обрабатываемая деталь вводится в соприкосновение со шлифовальным кругом, который при взаимном перемещении с деталью срезает с обрабатываемой поверхности элементарные стружки.

Вследствие того, что толщина снимаемой при шлифовании стружки весьма мала, точность обработки при шлифовании очень велика.

Шлифовальный круг состоит из мелких зёрен твёрдого материала, называемого абразивным, и связывающего эти зёрна вещества. Твёрдые мелкие зёрна, являющиеся шлифующим материалом, могут быть естественного происхождения и искусственные. В качестве естественных шлифующих материалов применяют алмаз, корунд, наждак и кремень.

Алмаз - самый твёрдый из известных материалов. Его твёрдость по минералогической шкале Мооса равна 10. Наиболее чистые кристаллы нашли применение в ювелирном деле. В промышленности используют только чёрные минералы. Применение алмаза ограничено в виду его малой распространённости в природе.

Корунд - безводный глинозём Аl₂О₃ по твёрдости (по шкале Мооса - 9) уступает только алмазу. Глинозём способен изоморфно кристаллизоваться с окислами хрома, железа, титана. Примеси в кристалле глинозёма придают ему различные оттенки. Бесцветный прозрачный корунд называют лейко-корундом, синий - сапфиром, красный - рубином, жёлтый - топазом.

В качестве абразивного материала используют кристаллы полупрозрачные, помутневшие (они не имеют другого применения).

Наждак - содержит около 65% окиси алюминия, его твёрдость составляет около 75% твёрдости алмаза.

Кремень (разновидность кварца) - представляет собой минеральное образование, состоящее из кристаллического и аморфного кремнезёма SiO₂. Его твёрдость по шкале Мооса - 7. В качестве примесей в кварцевых песках (кремнях) могут быть глинистые минералы, слюды и т.д.

Относительно малые запасы месторождений природных абразивов, обладающих высокой твёрдостью, обусловили развитие производства искусственных абразивных материалов: искусственных алмазов, электрокорунда, карбида кремния, карбида бора.

Искусственные алмазы - получают из графита, обработанного под большим давлением и при высокой температуре. В результате кристаллическая решётка графита превращается в кристаллическую решётку алмаза. Полученные искусственные алмазы обладают высокой твёрдостью и по механическим свойствам не уступают естественным алмазам.

Электрокорунд - кристаллический оксид алюминия, получаемый в результате плавки химически чистого оксида алюминия (глинозёма). При переходе из расплавленного состояния в твёрдое оксид алюминия кристаллизуется в α-корунд - вещество белого цвета. Твёрдость электрокорунда по шкале Мооса равна 9. Выпускаемый промышленностью электрокорунд в зависимости от содержания Аl₂О₃ подразделяют на три группы: электрокорунд белый (98,5-99,5% Аl₂О₃), электрокорунд нормальный (91-96% Аl₂О₃) и электрокорунд чёрный (65-75% Аl₂О₃).

Карбид кремния - химическое соединение кремния с углеродом, получаемое нагреванием смеси кварцевого песка с коксом в электрических печах прои температуре выше 2000°С. Химически чистый карбид кремния бесцветный, а технический в зависимости от количества примесей приобретает оттенки от светло-зелёного до чёрного. Твёрдость по шкале Мооса 9,2. Выпускают карбид кремния двух разновидностей: зелёный и чёрный. Чёрный карбид кремния отличается от зелёного большей хрупкостью и меньшей твёрдостью.

Карбид бора - химическое соединение бора с углеродом. Его твёрдость близка к твёрдости алмаза и по шкале Мооса равна 9,7.

Связующий материал соединяет абразивные зёрна между собой и придаёт шлифовальному кругу или бруску требуемую форму и механические свойства. Лучшими связками являются керамическая К, вулканитовая В и бакелитовая Б.

Керамическая связка - состоит из огнеупорной глины, полевого шпата, талька, мела, кварца и жидкого стекла.

До 90% кругов изготавливают на керамической связке. Они обладают большой прочностью и термохимической стойкостью, имеют высокую степень пористости; применяются при всех шлифовальных, хонинговальных и суперфинишных работах. Недостаток - хрупкость.

Вулканитовая связка - содержит каучук, до 30% серы и др. веществ. В процессе изготовления круги и бруски подвергаются вулканизации. Эти круги обладают высокой прочностью и эластичностью, но легко засаливаются, чувствительны к повышенным температурам, начиная со 150°С. Применяют при отрезных, прорезных и бесцентровошлифовальных работах.

Бакелитовая связка - представляет собой искусственную бакелитовую смолу. Круги прочны и эластичны, но чувствительны к щелочным растворам и термостойки до 300°С. Их применяют при чистовом и тонком шлифовании. Можно изготовлять круги толщиной до 0,5 мм, применяемые для прорезных работ.

Различают следующие виды шлифования: круглое наружное, круглое внутреннее, плоское и бесцентровое.

Рассмотрим процесс резания при шлифовании применительно к наружному круглому шлифованию. На рис. 7 представлена схема этого процесса. Обрабатываемая деталь А вращается по направлению, указанному стрелкой I; d₁ - диаметр детали до обработки; d₂ - диаметр детали после обработки, за один проход; следовательно, глубина резания t за один проход будет

, мм.

Шлифовальный круг К имеет вращательное движение по направлению стрелки II и поступательное движение, показанное стрелкой Ш. Поступательное движение круга является движением подачи. Величина подачи S за один оборот детали, диаметр круга D_K и ширина круга В показаны на рис. 7.

Главное рабочее движение здесь складывается из движения при вращении детали и круга.

Скорость вращения детали V_u определяется по формуле

, м/мин,

где d₁ - диаметр детали до обработки, мм;

n_u - частота вращения детали, об/мин.

Рис. 7. Схема процесса шлифования

Рис.8. Схема взаимодействия сил при шлифовании

Окружная скорость шлифовального круга определяется по формуле

, м/мин,

где D_K - диаметр круга, мм;

n_к - частота вращения крута, об/мин.

Разложим силу взаимодействия между шлифовальным кругом и обрабатываемой деталью на составляющие (рис.8) Р_х, P_y, P_z. Важнейшей из них является сила P_z, создающая крутящий момент. Сила Р_х должна преодолевать механизм подачи. Сила Р_у вместе с Р_z изгибает шлифуемую деталь.

Для определения P_z при шлифовании стали пользуются эмпирической формулой

, Н.

Мощность, необходимая для вращения круга, определяется по формуле

, Вт.

Мощность, необходимая для вращения детали, определяется по формуле

, Вт.

Мощность, необходимая для вращения детали весьма мала по сравнению с мощностью, расходуемой на вращение шлифовального круга.

Шлифовальные станки применяют в основном для снижения шероховатости поверхностей обрабатываемых деталей и получения точных размеров. Обычно на шлифование детали подают после предварительной черновой обработки и термических операций; шлифование может быть и единственным методом обработки. Основной инструмент станка - шлифовальный круг, который может иметь самую разнообразную форму.

Шлифовальные станки в зависимости от назначения делятся на несколько основных групп: круглошлифовальные центровые и бесцентровые; внутришлифовальные; плоскошлифовальные. В машиностроении применяются также специальные шлифовальные станки для обработки резьбы, зубьев колёс и т.д. Кроме того, для достижения низкой шероховатости поверхности применяют шлифовально-притирочные и шлифовально-отделочные станки, а для получения зеркальной поверхности - полировальные станки. К конструкции шлифовальных станков предъявляют повышенные требования в отношении жёсткости, виброустойчивости, и износостойкости и температурных деформаций.

4. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЁТА

4.1. Цель работы.

4.2. Задание на лабораторную работу.

4.3. Схему процесса шлифования.

4.4. Расчётные формулы и результаты расчётов согласно заданию.

5. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

5.1. В чём сущность процесса шлифования?

5.2. Какие естественные и искусственные абразивные материалы применяются при шлифовании?

5.3. Какие связующие материалы применяются при шлифовании?

5.4. В чём состоит схема наружного круглого шлифования?

5.5. Назначение и классификация шлифовальных станков?

6. ЗАДАНИЯ НА ЛАБОРАТОРНУЮ РАБОТУ

Таблица 1

Варианты заданий на лабораторную работу

Лабораторная работа 2–7

(Программа TP_Lab_2_28)