Вопрос Основные научные положения теории шлифования

Шлифование - процесс массового скоростного микрорезания поверхностных слоев твердых тел большим числом мельчайших шлифующих зерен, сцементированных в инструмент с помощью связки; процесс протекает на высоких скоростях: наиболее часто до 50 м/с и в отдельных случаях до 100 м/с. Процесс шлифования используют для придании изделиям высокой точности, а также для предварительной обработки заготовок - очистки отливок, поковок и др. Основной вид Ш – наружное круглое Ш с продольной подачей. В этом случае траектория резания зерном является винтовой гипоциклической кривой. Различают Ш абразивное (при зерне из электрокорунда, карбида кремния и др шлифующего материала), алмазное (зерно из алмаза), кубонитридоборное (зерно из кубического нитрида бора).

Ш как метод чистовой обработки обеспечивает: 1. Высокую производительность, 2. Высокую размерную точность, 3. Высокую геом точность формы деталей, 4. Выский класс чистоты обработанной поверхности. 5. Высокое качество поверхностного слоя и минимальное напряженное состояние материала обработанной детали, 6. Возможность обработки высокотвердых материалов.

Между отдельными процессами резания металлов принципиальной разницы не имеется, так как процесс стружкообразования на режущих элементах различных инструментов протекает по одинаковой схеме. Во всех случаях резание является последовательным сдвигом отдельных элементов – стружек с помощью клина, к которому приложена определенная сила резания. Это относится и к Ш. Но есть и отличия Ш от резания металлическим инструментом: 1. Беспорядочное расположение зерен на рабочей поверхности шлиф круга. 2. Прерывистая режущая кромка у шлиф круга. 3. Разновысотность зерен. 4. Определенная зависимость между толщиной и шириной среза. 5. Разнообразная геом форма зерен и наличие у них округленных вершин, обеспечивающих отрицательные передние углы резания отдельными зернами. 6. Особые свойства зерен: высокая твердость, термоустойчивость, острота, хрупкость, способность разрушаться по плоскостям спайности и др. 7. Высокие окружные скорости микрорезания и малые глубины резания каждым зерном. 8. Динамическое воздействие каждого зерна на поверхностный слой, способствующее повышению мгновенной температуры микрорезания.

При Ш пластичных материалов происходит сложное объемное пластическое деформирование его поверхностного слоя и при обработке хрупких материалов - главным образом хрупкое скалывание. Стружка снимается отдельным зерном за 10^-4 – 10^-5 с.

При Ш в зоне контакта круга с обраб материалом развиваются значительные температуры, во многом определяющие протекание процесса и качество поверхностного слоя обработанной детали. В зоне действия отдельных зерен могут развиваться высокие мгновенные температуры, приближающиеся к Т плавления материала. Источник теплоты – работы деформирования обраб материала и работа внешнего трения зерен и связки о поверхность материала. Силы трения возрастают при работе затупившимся кругом.

Значительная часть мех энергии работы Ш тратится на трение. Около 80% всей мех работы Ш переходит в теплоту, а остальная ее часть превращается в потенциальную энергию деформации крист решетки.

Исходя из того, что зерна являются многогранниками неправильной формы и имеют округленную вершину, установлены основные закономерности процесса микрорезания при работе любым абразивным инструментом. В результате округленности обеспечиваются отрицательные передние углы резания зернами, резко повышающие их динамическую прочность и сопротивляемость силам, действующим на них. У всякого шлифующего зерна следует различать: 1. Переднюю повехность ЕСВ, по которой сходит стружка, 2) заднюю поверхность ВС1Е1, обращенную к обраб поверхности. Повехность реального кристалла всегда имеет шероховатость, вызываемую его внутренним несовершенством или условиями его возникновения. Микровыступы М и субмикровыступы N зерен имеют значение самостоятельных царапающих элементов. Из-за наличия округленного режущего элемента в зоне тонких стружек создаются тем более тупые углы резания, чем меньше толщина снимаемого слоя. В результате фактический передний угол в некоторой точке х: . Фактический угол резания в точке х: , где a – толщина снимаемого слоя в токе х, – радиус округления режущего элемента.

При тупом угле резания необходимо приложить дополнительную силу, сжимающую деформируемый материал и вызывающую: 1. Повышения сопротивления сдвигу деформируемого слоя, 2. Увеличение силы внешнего трения м/у инструментом и обрабатываемым материалом.

В срезаемом слое развиваются значительные сжимающие напряжения, переходящие вблизи режущего элемента в растягивающие, если толщина снимаемого слоя значительна и угол резания невелик. Если радиус округления реж элемента больше толщины снимаемого слоя, то началу отделения стружки предшествует значительное скольжение между режущим инструментом и материалом. Увеличению толщины снимаемого слоя соответствует возрастание общей работы деформирования, производимой при остром угле резания, однако при тупом угле резания работа деф остается практически без изменений. При значительных толщинах снимаемых слоев условное напряжение резания мало зависит от толщины сним слоя. Ширина сним слоя не влияет на величину фактического угла резания, поэтому условное напряжение резания практически не зависит от ширины снимаемого слоя.