. Понятие об образовании нароста при механической обработке металлов. Влияние нароста на процесс резания. Упрочнение при обработке металлов резанием.

При обработке пластичных металлов резанием на передней поверхности лезвия инструмента образуется металл, который называется наростом. Это сильно деформированный металл высокой твердости, структура которого отличается от структур обрабатываемого металла и стружки. Образование нароста объясняется тем, что геометрическая форма инструмента не идеальна для обтекания ее металлом. При некоторых условиях обработки силы трения между передней поверхностью лезвия инструмента и частицами срезанного слоя металла становиться больше сил внутреннего сцепления, и при определенных температурных условиях металл прочно оседает на передней поверхности лезвия инструмента. В процессе обработки резанием размеры и форма нароста непрерывно меняются в результате действия сил трения между отходящей стружкой и внешней поверхностью нароста. Частицы нароста постоянно уносятся стружкой, увлекаются обработанной поверхностью заготовки, иногда нарост целиком срывается с передней поверхности лезвия инструмента и тут же образуется. Нарост находится под действием силы трения Т, сил сжатия Р1 и Р2 и силы растяжения Q. С изменением размеров нароста меняется соотношение действующих сил. Если Р1+Р2+ Q>Т, происходит разрушение и срыв нароста. Частота срывов нароста зависит от скорости резания и достигает нескольких сотен в секунду.

Нарост существенно влияет на процесс резания и качество обработанной поверхности

Заготовки, так как при его наличии изменяются условия стружкообразования. Положительное влияние нароста состоит в том, что при наличии его меняется форма передней поверхности лезвия инструмента, это приводит к увеличению главного переднего угла, а следовательно, к уменьшению силы резания. Вследствие высокой твердости нарост способен резать металл, нарост удаляет центр давления стружки от главной режущей кромки => уменьшается износ режущего инструмента по передней поверхности лезвия. Нарост улучшает теплоотвод от режущего инструмента.

Отрицательное влияние нароста: он увеличивает шероховатость обработанной поверхности. Частицы нароста, внедрившиеся в обработанную поверхность, при работе детали с сопрягаемой деталью вызывают повышенный износ пары. Вследствие изменения наростом геометрических параметров режущего инструмента меняются размеры обрабатываемой поверхности в поперечных диаметральных сечениях по длине заготовки, и обработанная поверхность получается волнистой.

Результатом упругого и пластического деформирования материала обрабатываемой заготовки является упрочнение (наклеп) поверхностного слоя. Упрочнение металла обработанной поверхности заготовки проявляется в повышении ее поверхностной твердости. Твердость металла обработанной поверхности после обработки резанием может увеличиться в 2 раза. Значение твердости может колебаться, так как значение пластической деформации и глубина ее зависят от физико- механических свойств металла обрабатываемой заготовки, геометрии режущего инструмента и режима резания.

40 Абразивная обработка (шлифование) – процесс обработки заготовок резаньем с помощью абразивных кругов. Абразивные зерна расположены в круге беспорядочно и удерживаются связующим материалом. При вращательном движении круга в зоне его контакта с заготовкой часть зерен срезает материал в виде очень большого числа тонких стружек. Обработанная поверхность представляет собой совокупность микроследов абразивных зерен и имеет малую шероховатость. Абразивные зерна могут оказывать на заготовку существенное силовое воздействие. Происходит поверхностная пластическая деформация материала, вследствие чего поверхность материала упрочняется. Тепловое и силовое воздействие приводит к структурным превращениям, изменениям физ.-хим. свойств поверхностных слоев материала. Шлифование применяют для чистовой и отделочной обработки деталей с высокой точностью.

Абразивные инструменты различают по геометрической форме и размерам, роду и сорту абразивного материала, зернистости или размерам абразивных зерен, связке или виду связующего вещества, твердости, структуре или строению круга. Зерна абразивных инструментов представляют собой искусственные или природные минералы и кристаллы. Абразивные материалы отличаются высокой твердостью. При изготовлении инструмента зерна скрепляются друг с другом с помощью цементирующего вещества – связки.

Наиболее широко применяют инструменты, изготовленные на керамической, бакелитовой или вулканитовой связке. Применяют алмазные круги. Круги маркируют для правильного выбора инструмента. Главное движение резанья является вращение круга.

Все абразивные вещества делятся на естественные (кремень, наждак, корунд, гранат, алмаз и др.) и искусственные (электрокорунд, карбид кремния, боразон, эльбор, синтетические алмазы, сапфиры и т.п.). Искусственный абразивный инструмент изготавливается из абразивов и связки (матрицы). Свойства естественных материалов нестабильны, а запасы их ограничены, основное применение в промышленности получили искусственные материалы

Зерна абразивных материалов являются режущими элементами абразивных инструментов, основным видом которых являются шлифовальные круги, форма и размер которых определяет ГОСТ 2424-60, предусматривающий 22 профиля с диаметрами от 3 до 1100 мм. Применяющиеся формы: плоские прямые (ПП), плоские с выточкой (ПВ), чашечные цилиндрические (ЧЦ) и конические (ЧК), кольца (1К), тарельчатые (2Т) и т.д..

Все абразивные инструменты имеют свою маркировку. В маркировке абразивного инструмента указывается природа абразивного материала, размер его зерен (зернистость) и зерновой состав (содержание основной фракции), твердость инструмента, природа и свойства связки, класс точности и класс неуравновешенности круга.

Так, например, маркировка абразивного круга может быть:

где

25А – шлифовальный материал-электрокорунд белый,

16 — зернистость (160-200 мкм.),

П — зерновой состав (содержание основной фракции 55%),

СМ2 – твердость круга,

8 — номер структуры,

К8 — связка керамическая,

Б — класс точности,

3 — класс неуравновешенности круга.

Кроме этого на абразивном круге указывается обозначение его формы, размеры и максимальная окружная скорость (скорость резания) в метрах в секунду.

В качестве шлифовальных материалов применяются:

-на основе кристаллической окиси алюминия Al2O3- нормальный электрокорунд (марки 13А, 14А и 15А), электрокорунд белый (23А, 24А,25А), хромистый электрокорунд (33А и 34А), монокорунд (43А, 44А);

-на основе карбида кремния SiC- карбид кремния черный (53С, 54С, 55С) и карбид кремния зеленый (63С, 64С);

-природный алмаз (А1, А2, А3, А5, А8);

-синтетический алмаз (АС2, АС4, АС6, АС15, АС20).

В зависимости от размера зерен шлифовальные материалы делятся на четыре группы: шлифзерно (2000-160 мкм), шлифпорошки (125-40 мкм), микрошлифпорошки (63-14 мкм) и тонкие микропорошки (10-3 мкм). В номере зернистости размер зерен основной фракции указывается в сотых долях миллиметра.

Содержание основной фракции обозначается буквенными индексами: В (высокое), П (пониженное), Н (низкое) и Д (допустимое).

Твердость абразивного инструмента зависит от прочности связки и характеризует способность связки удерживать зерна шлифовального материала. Установлены семь степеней твердости инструментов: весьма мягкие (ВМ1, ВМ2), мягкие (М1, М2, М3), среднемягкие (СМ1, СМ2), средние (С1, С2), среднетвердые (СТ1, СТ2, СТ3), твердые (Т1, Т2), весьма твердые (ВТ) и чрезвычайно твердые (ЧТ).

Н омер структуры круга показывает объемное содержание шлифовального материала. С увеличением номера от 1 до 16 содержание шлифовального материала уменьшается, а объем пор увеличивается.

Связки абразивных инструментов могут быть: керамические (К1-К10), бакелитовые (Б, Б1-Б4), вулканитовые (В, В1-В5), металлические (М1, МК, МВ1), глифталевые (Г) и другие.

Шлифовальные круги изготавливаются трех классов точности (АА, А и Б) и четырех классов неуравновешенности (1, 2, 3 и 4).

При шлифовании вращательное главное движение резания всегда придается режущему инструменту — шлифовальному кругу. Скорость его является скоростью резания, измеряемой, в отличие от всех других видов обработки резанием, в метрах в секунду. По форме обрабатываемой поверхности шлифование может быть плоским или круглым.

Схема резания и расположения абразивных зерен, пор и связки в абразивном инструменте при шлифовании.

Шлифование - это процесс резания материалов с помощью абразивного материала,

режущими элементами, которого являются абразивные зерна. Шлифование применяется как для черновой, так и для чистовой и отделочной обработки.

При шлифовании главным движением является вращение режущего инструмента с очень большой скоростью. Чаще всего в качестве шлифовального инструмента пользуются шлифовальные круги. Абразивные зерна расположены в круге беспорядочно и удерживаются связующим материалом. Каждое абразивное зерно работает как зуб фрезы, снимая стружку.

Процесс резания при шлифовании имеет значительное отличие по сравнению с работай лезвийного инструмента. При вращательном движении круга, в зоне его контакта с заготовкой часть зерен срезает материал в виде очень большого числа тонких стружек до 100 000 000 в минуту. Шлифовальные круги срезают стружки на очень больших скоростях от 30 м/c и выше порядка 125 м/c. Процесс резания каждым зерном осуществляется почти мгновенно. Обработанная поверхность представляет собой совокупность микроследов абразивных зерен и имеет малую шероховатость. Часть зерен ориентирована так, что не может резать обрабатываемую поверхность. Такие зерна производят работу трения по поверхности резания. Абразивные зерна могут также оказывать на заготовку существенное силовое воздействие. Происходит поверхностное пластическое деформирование материала, искажение его кристаллической решетки. Деформирующая сила вызывает сдвиг одного слоя атомов относительно другого. Вследствие упругопластического деформирования материала обработанная поверхность упрочняется. Но этот эффект оказывается менее ощутимым, чем при обработке металлическим инструментом.

Шлифование применяют в основном для заготовок из закаленных сталей. С развитием малоотходных технологий доля обработки металлическим инструментом будет уменьшаться, а абразивным увеличиваться.