Добавлен: 29.10.2023
Просмотров: 130
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
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 пучку искр часто в производственных условиях контролируют марку шлифуемого металла.
При шлифовании различают следующие основные температуры:
1) среднюю установившуюся температуру поверхности детали (изменяется в пределах от 20 до 400° С в зависимости от режима шлифования, размеров и материала детали и условий охлаждения);
2) мгновенную контактную температуру в зоне резания (изменяется в пределах от 150 до 1200° С);
3) мгновенную температуру резания отдельными абразивными зернами (изменяется в пределах от 1000° С до температуры плавления шлифуемого металла).
Высокая температура при шлифовании (до 1000 – 1500° С) возникает в результате наличия у зерен разнообразной, неправильной геометрии режущей части (отрицательного переднего угла) и большой скорости резания. С увеличением износа зерен температура при шлифовании повышается, что может вызвать деформацию детали, прижог, структурные изменения и трещины на обработанной поверхности. Для снижения температуры при шлифовании сталей применяют обильное (10 – 60 л/мин) охлаждение. Смазочно-охлаждающие жидкости способствуют также удалению абразивной и металлической пыли из воздуха и очищению пор круга от продуктов отхода, повышают производительность и уменьшают шероховатость обработанной поверхности; снижается и размягчение связки круга, которое получается вследствие нагрева.
Высокие мгновенные температуры в зоне резания приводят к изменению структуры поверхностного слоя шлифуемой детали, появлению тепловых деформаций детали, остаточных деформаций, прижогов и трещин, возникающих в процессе шлифования.
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).
При шлифовании быстрорежущей стали опасность появления трещин значительно увеличивается, так как она имеет меньшую теплопроводность по сравнению с углеродистыми сталями.
Под влиянием выделяющегося при шлифовании тепла в поверхностных слоях происходит разложение мартенсита, приводящее к уменьшению его объема и, следовательно, трещинам. Скорость структурных превращений различна в зависимости от глубины 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.
Прижоги и трещины появляются при чрезмерно интенсивном съеме металла, 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, повышение шероховатости на рабочей поверхности круга приводят к уменьшению теплоты, образующейся при шлифовании.
При появлении прижогов и трещин иногда приходится уменьшать интенсивность съема металла за счет снижения поперечной подачи. Увеличение скорости детали, как правило, уменьшает опасность появления прижогов.
4. 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.
5. Поверхностные дефекты, возникающие при шлифовании
Описание. Темные полосы или царапины, нарушающие светлый блестящий внешний вид поверхности после шлифовки, расположенные поперек оси прутка. Кроме того, могут наблюдаться локальные прижоги, а также трещины от прижогов и цвета побежалости.
Причины возникновения. Вибрация штанги (прутка) в станках-автоматах при шлифовке. Неправильная работа станка.
Применение шлифовальных кругов с неподходящей зернистостью или с дефектами.
Недостаточное охлаждение при шлифовке.
Слишком сильный прижим кругов.
Предупреждение. Наладка работы станка и всего процесса шлифовки.
Применение надлежащих шлифовальных кругов и необходимого охлаждения, соответствующего данной марке стали.
Выбор оптимального усилия прижима шлифовальных кругов к обрабатываемой заготовке из данной стали с учетом состояния (твердости) заготовки после термической обработки.
Устранение. Отдельные дефекты могут быть устранены, как правило, при повторной шлифовке. Устранение сетки шлифовочных трещин затруднительно.
Примечание. Дефекты поверхности, возникающие по другим причинам и выявляемые при шлифовке, здесь не рассматриваются. Если следы обработки шлифовальными кругами имеют незначительную протяженность, частоту и глубину и несущественно изменяют внешний вид (блеск) проката, то их не считают дефектом. Если дефект имеет значительную протяженность, необходима дополнительная обработка. При невозможности дополнительной обработки сорт металла снижают. Это относится в первую очередь к металлу со шлифовочными трещинами. К образованию шлифовочных трещин особенно склонны высокоуглеродистые и легированные стали, прежде всего в твердом (подкаленном) состоянии. Наличие шлифовочных трещин определяет повышенную склонность к усталостному разрушению.
Металл после шлифовки необходимо тщательно оберегать от механических повреждений во время внутризаводских и внешних (к потребителю) перевозок.
Список использованных источников
1. Основы технологии машиностроения: Учебник для вузов /В.М. Кован, В.С. Корсаков и др.; Под ред. Корсакова. -изд. 3-е, доп. И перераб. -М.: "Машиностроение", 1977; 336 с.с ил.
2. Технология машиностроения: В 2 т. Т. 1. Основы технологии машиностроения: Учебник для вузов /В.М. Бурцев, А.С. Васильев, А.М. Дальский и др.; Под редакцией А.М. Дальского. - 2-е изд., стереотип. -М.:Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001; 564 с., ил.
3. Атлас дефектов стали. Пер. с нем. М. "Металлургия", 1979.