ТехИнфо

Технологическая   информация

Тепловые явления и охлаждение при шлифовании


Силы, которые возникают при шлифовании, производят работу срезания и деформирования стружек и преодолевают трение абразивных зерен по обрабатываемой поверхности. Около 80% внешней работы, затрачиваемой на шлифование, обычно переходит в теплоту. Часть образующейся теплоты уносится со стружкой, часть остается в обрабатываемой заготовке, а некоторая часть уходит в абразивный инструмент или излучается в окружающую среду.

С увеличением скорости съема металла пропорционально увеличивается количество выделяющейся теплоты, в том числе увеличивается доля теплоты, переходящей из зоны контакта в заготовку. Теплота, поглощаемая стружкой, нагревает ее до высокой температуры, стружка частично оплавляется, а частично сгорает за счет окисления углерода, содержащегося в металле, кислородом воздуха. Различные примеси, содержащиеся в металле, определяют интенсивность окисления, форму и цвет пучка искр. Например, при шлифовании углеродистых сталей пучок искр получается светло-желтого цвета со звездочками, количество которых увеличивается с повышением содержания углерода в стали. При шлифовании быстрорежущей стали образуется пучок искр темно-красного цвета с редкими звездочками на концах. По окраске искр в производственных условиях иногда контролируют марку шлифуемого металла.

При шлифовании различают следующие основные температуры:

  • среднюю установившуюся температуру поверхности заготовки, изменяющуюся в пределах от 20 до 400°С в зависимости от режима шлифования, размеров и материала детали и условий охлаждения;
  • мгновенную контактную температуру в зоне резания, изменяющуюся в пределах от 150 до 1200°C;
  • мгновенную температуру резания отдельными абразивными зернами, которая колеблется в пределах от 1000°С до температуры плавления шлифуемого металла.
  • Наличие высоких мгновенных температур в зоне резания приводит к изменению структуры поверхностного слоя шлифуемой заготовки, появлению тепловых деформаций детали, остаточных деформаций, шлифовочным прижогам и трещинам.

    Прижоги и трещины возникают в основном при шлифовании закаленных стальных деталей, имеющих высокую твердость и прочность, или появляются на деталях, изготовленных из металлов с низкой теплопроводностью (например, жаропрочные сплавы). Быстрорежущая сталь имеет меньшую теплопроводность по сравнению с углеродистыми сталями, поэтому при ее шлифовании чаще могут появляться трещины. Причина появления трещин заключается в том, что под влиянием выделяющейся при шлифовании теплоты в поверхностных слоях происходит разложение мартенсита, связанное с уменьшением объема. Структурные превращения протекают с различной скоростью по глубине поверхностного слоя, что приводит к возникновению внутренних напряжений и к появлению сетки шлифовочных трещин.

    Прижоги уменьшают твердость и износостойкость поверхностного слоя детали, т. е. ухудшают его качество. Появление прижогов и трещин наблюдается при завышенной подаче, при шлифовании слишком твердыми кругами при недостаточном охлаждении. Для устранения прижогов и трещин надо правильно подбирать характеристику круга, имея в виду, что уменьшение степени твердости, применение крупнозернистых кругов, увеличение номера структуры, снижение контактной площади рельефа на рабочей поверхности круга приводят к уменьшению теплоты, образующейся при шлифовании.

    При появлении прижогов и трещин иногда приходится уменьшать интенсивность съема металла снижением поперечной подачи. Полезно также увеличивать скорость детали. В этом случае, сохраняя скорость съема металла неизменной, можно снизить температуру на поверхности заготовки.

    Для того чтобы достичь высокой производительности шлифования при надлежащем качестве поверхностного слоя изделий, применяется охлаждение заготовки смазочно-охлаждающими жидкостями. Эти жидкости подаются в зону контакта шлифовального круга с заготовкой и оказывают существенное влияние на процесс шлифования за счет охлаждающего, смазочного, абсорбционного, смывающего и антикоррозионного действий.

    Охлаждающее действие жидкости заключается в отводе теплоты из зоны шлифования за счет теплопередачи и поглощения теплоты жидкостью при ее испарении. Наилучшей охлаждающей способностью обладает вода, имеющая достаточно высокие теплоемкость, теплопроводность и скорость испарения. Применение в водных растворах так называемых поверхностно-активных веществ (животные жиры, растительные масла, жирные и нефтяные кислоты, мыло и т. п.) приводит к образованию на абразивных зернах шлифовального круга и поверхности шлифуемого металла прочно удерживаемых тончайших пленок смазки. Эти пленки способствуют уменьшению трения при шлифовании, а также обеспечивают лучшую растекаемость жидкости по поверхности металла и способствуют улучшению условий теплоотвода. Поверхностно-активные вещества также проникают в микротрещины поверхностного слоя шлифуемой заготовки и образуют там тончайшие пленки, оказывающие расклинивающее воздействие. В результате такого воздействия облегчается пластическая деформа-мация срезаемого слоя металла. Смазочно-охлаждающие жидкости удаляют из зоны резания, а также с поверхности заготовки и шлифовального круга мелкую стружку и продукты износа абразивных зерен и связки.

    Применение воды может привести к появлению ржавчины детали и частей станка, т. е. к коррозии. Для устранения коррозии к воде добавляют мыло, углекислый натрий, кальцинированную соду, три-натрийфосфат, нитрит натрия, силикат натрия, которые образуют защитные пленки. При обычном шлифовании чаще всего пользуются мыльными и содовыми растворами, а при чистовом — низкоконцентрированными масляными эмульсиями. Иногда охлаждающие жидкости подают через отверстие шлифовального круга с помощью специальных устройств. Под действием центробежных сил жидкость проникает через поры в тело круга и далее на периферию круга непосредственно в зону контакта круга со шлифуемой заготовкой. При охлаждении через поры круга повышается стойкость кругов и повышается качество поверхностного слоя заготовки. Иногда применяют двойное охлаждение: обычная подача эмульсии в зону контакта круга с заготовкой и подача через поры круга масла в количестве 2—3 г/мин. При двойном охлаждении вследствие высокой охлаждающей способности эмульсии и хорошего смазывающего действия масла удается значительно уменьшить износ кругов, повысить качество шлифуемой поверхности.

    Содержание раздела:


    Особенности процесса абразивной обработки

    Виды шлифования

    Тепловые явления и охлаждение при шлифовании