Качество поверхностного слоя после шлифования.

Качество поверхности деталей так же, как и эксплуатационные показатели, формируются в течение всего цикла обработки. При этом некоторые показатели качества поверхностей детали являются наследственными, т.е, они переходят от одной операции к другой, иногда без изменения своей величины, а иногда с изменениями в сторону уменьшения или увеличения. К таким показателям качества относятся микротвердость, микроструктура, внутренние напряжения и шероховатость поверхности. К ним также можно отнести и дефекты шлифования - прожоги и микротрещины. Состояние металла колец подшипников также определяет их прочность и долговечность работы.

При шлифовании в поверхностном слое одновременно возникают упругие и пластические деформации, что приводит к изменению состояния поверхностного слоя, происходит отрыв и диспергирование частиц материала, сопровождаемые сложными тепловыми процессами, что приводит к изменению поверхностного слоя и величины остаточных напряжений. Поэтому основной припуск необходимо снять на черновом шлифовании, а для снятия дефектного слоя применять чистовое шлифование, выхаживание и доводку, которые улучшают структуру металла и остаточные напряжения, созданные предшествующим процессом обработки, после чего создаются напряжения сжатия.

Задача повышения износостойкости деталей подшипников непосредственно связана с технологией их изготовления, а физическое состояние поверхностных слоев деталей подшипников качения оказывает существенное влияние на их долговечность.

Во время шлифования нагревается все изделие, а в зоне контакта шлифуемого изделия с абразивным кругом температура достигает высоких значений. Проведенный рентгенографический анализ поверхностных слоев после шлифования на высоких режимах обработки показал, наличие увеличенного содержания остаточного аустенита, образованного в процессе вторичной закалки, прошедшей при шлифовании, которая получается при температуре выше температуры аустенитного превращения 880 °С.

При шлифовании отпущенной стали 40Х на поверхности шлифуемой детали образуется тонкий слой с резко измененной структурой, который имеет две зоны структурного состояния, зоне вторичной закалки, появляющаяся в виде повышенной травимости со структурой высокотемпературного отпуска. Структура внешнего слоя состоит из аустенита трения (белого участка) несколько отпущенного мартесинита и карбидов.

Под этим дефектным слоем расположена зона отпуска (более темного цвета), постепенно переходящая в основную структуру мелкоигольчатого мартенсита и карбидов. В зоне отпуска карбиды располагаются неравномерно, отдельными скоплениями.

При шлифовании карбидные частички в поверхностном слое с измененной структурой, как правило, полностью растворяются.

Структурные изменения приводят к возникновению внутренних напряжений, так как они связаны с изменением объема металла.

 Если внутренние напряжения превысили величину временного сопротивления металла на разрыв, то возникают микротрещины, в слое появляются дислокации.

Для устранения возможности возникновения дефектных слоев металла у обрабатываемых деталей, необходимо уменьшить тепловой эффект при шлифовании, за счет подбора режимов резания, характеристик шлифовальных кругов и соответствующих качественных СОЖ.

Пластическая деформация поверхностного слоя металла, возникающая в процессе шлифования, вызывает повышение микротвердости, т.е. упрочнение металла, создавая остаточные напряжения в его микрообъемах, что приводит к искажению атомной решетки металла. Степень упрочнения пропорциональна величине пластической деформации металла.

В процессе шлифования возникают технологические остаточные напряжения, которые оказывают влияние на точность обработки, статическую и динамическую прочность детали.

Появление остаточных напряжений связано с условиями изготовления детали. Они должны проектироваться так, чтобы возникающие в поверхностном слое остаточные напряжения гарантировали надежность работы деталей в заданных условиях эксплуатации.

В зависимости от условий обработки деталей резанием доминирующим может быть или механический фактор, и тогда на поверхности возникают напряжения первого рода сжатия, или тепловой фактор, тогда возникают напряжения растяжения.

Образование остаточных напряжений сопровождается искажением кристаллической решетки, структурными или фазовыми изменениями.

Остаточные сжимающие напряжения в поверхностном слое способствуют долговечности деталей, а растягивающие напряжения, наоборот, ускоряют разрушение.

Исследования напряженного состояния поверхностного слоя деталей дает возможность установить взаимосвязь между технологическими параметрами процесса шлифования и характером распределения остаточных напряжений.

Проведенный анализ методов шлифования показал, что уменьшить тепловой эффект при пшифовании с повышенными подачами можно за счет увеличения скорости вращения детали с соответствующей скоростью абразивного круга и с достаточным количеством СОЖ в зоне резания. С повышением скорости вращения шлифуемой детали уменьшается продолжительность соприкосновения обрабатываемой детали с кругом, следовательно, снижается степень теплового воздействия. Так как уменьшаются силы трения между вершинами режущих кромок круга с металлом, что способствует улучшению качества обрабатываемых деталей.