The considerable advantages of highly-porous abrasive discs are clearly demonstrated in the machining of high-alloyed steels and alloys parts, in particular when quality control requires no cracks or grinding burns. The highly porous structure of the abrasive tools increases specific intensity of material removal and prolongs the discs’ service life while maintaining the high level of cutting performance. Highly-porous abrasive discs are self-sharpening, technological and create less heat emission in the cutting zone compared to usual discs.
Ларшин В. П., д-р техн. наук, профессор,
Одесский национальный политехнический университет (ОНПУ)
Лищенко Н. В., канд. техн. наук, доцент,
Одесская национальная академия пищевых технологий (ОНАПТ)
Рябченко С. В., к.т.н., ст.н.с.,
Институт сверхтвердых материалов им. В. Н. Бакуля НАН Украины
Нежебовский В. В., к.т.н., ПАО «ХМЗ «Свет шахтера»
Середа Г. В., к.т.н., ДП «БЕСТ-БИЗНЕС»
Высокопористые абразивные круги имеют существенные преимущества по сравнению с инструментами нормальной пористости при обработке деталей из высоколегированных сталей и сплавов в тех случаях, когда лимитирующими факторами являются высокие требования к отсутствию шлифовочных прижогов и трещин. Такими деталями являются, например, лопатки турбин, зубчатые колеса, червячные фрезы, ходовые винты и т. п. Высокопористые шлифовальные круги обладают хорошей самозатачиваемостью, технологичны с точки зрения профилирования и правки, позволяют шлифовать детали с меньшим выделением тепла в зоне резания по сравнению с обычными кругами [Попов С.А., Ананьин Р.В. Шлифование высокопористыми кругами. М.: Машиностроение, 1980. 79 с.].
При назначении характеристик абразивных кругов для шлифования технологи часто сталкиваются с проблемой сравнения соответствующих характеристик разных производителей абразивного инструмента. И хотя характеристики абразивного инструмента имеют соответствующие стандарты, все же у каждого производителя — свои особенности в обозначениях этого инструмента [Рябченко С. В., Середа Г. В. Абразивные круги для шлифования зубчатых колес // Оборудование и инструмент для профессионалов: международный информационно-технический журнал. Харьков: ИИД «ЦентрИнформ», 2011. № 6 (142). С. 54-56] .
Структура кругов обозначается цифрами и не имеет существенного отличия у различных производителей. Очень плотная структура — 1 и 2, плотная — 3 и 4, средняя — 5 и 6, открытая — 7 и 8, очень открытая — 9 и 10, пористая — от 11 и выше. Для структур от 1 до 10 обозначение связано с технологией изготовления, структуры от 11 и выше зависят от применения порообразователей. Термин «структура абразивного инструмента» имеет специфическое значение. В отличие от общепринятого одноименного понятия оно не означает собственно внутреннего строения изделия. По ГОСТ 21445–84 «Материалы и инструменты абразивные. Термины и определения» под указанной структурой понимают соотношение объемов шлифовального материала, связки и пор в абразивном инструменте. По предложению В. К. Старкова [Старков В. К. Шлифование высокопористыми кругами. М.: Машиностроение, 2007. 688 с.] понятие «структура» по аналогии с такими понятными и измеряемыми характеристиками, как зернистость, твердость и пористость, может быть заменено синонимами «структурность» в качестве количественной меры объемного содержания абразивного зерна в инструменте.
При использовании обычного абразивного инструмента непосредственное участие в резании принимает очень малая доля абразивных зерен (не более 5–10% номинального числа зерен, расположенных на рабочей поверхности). Расстояние между активными режущими элементами зерен в 10–20 раз больше, чем расстояние между соседними абразивными зернами в теле абразивного инструмента. В процессе работы расстояние между активными режущими элементами зерен уменьшается за счет их износа, и это приводит к снижению удельной интенсивности съема материала, т. е. к потере режущих свойств инструмента. Образовать высокопористое строение при производстве абразивного инструмента можно различными способами: химическим газообразованием, пенообразованием, выгорающими добавками, литьем и др. Круги из электрокорунда со структурой 11–15‑го номеров имеют поры округлой формы диаметром 0,1–3,5 мм.
К прочности высокопористых шлифовальных кругов предъявляют очень высокие требования, выполнение которых гарантирует их безопасную эксплуатацию. Плотность высокопористых шлифовальных кругов на керамической связке твердостью СМ1 обычно находится в пределах 1,5–2,0 г/см³, у нормальных кругов той же твердости — 2,0–2,2 г/см³. Поэтому максимальные напряжения у высокопористых шлифовальных кругов будут соответственно меньше. При скорости круга 50 м/с максимальные напряжения составляют: для высокопористого круга — 4,25 МПа, для нормального круга 4,65 Мпа. Наибольшее влияние на предел прочности высокопористых шлифовальных кругов оказывает степень твердости, регулируемая объемным содержанием связки при заданной структуре.
В работе [Рябченко С. В. , Середа Г. В. Абразивные круги для шлифования зубчатых колес // Оборудование и инструмент для профессионалов: международный информационно-технический журнал. Харьков: ИИД «ЦентрИнформ», 2011. № 6 (142). С. 54-56] приведен пример успешного использования высокопористых абразивных кругов из белого электрокорунда фирмы «BEST-BUSINESS a.s.» (Чехия) при шлифовании зубчатых колес редукторов авиационных двигателей на станках «Gleason-Pfauter». Используются конические круги диаметром 350, 300, 200 и 60 мм, зернистостью кругов F60, структурой 12.
Для более широкого распространения процесса профильного зубошлифования высокопористыми кругами новых характеристик нами были проведены испытания этих кругов при шлифовании зубчатых колес на ПАО «ХМЗ «Свет шахтера» (г. Харьков). Испытывались следующие абразивные круги производства фирмы «BEST-BUSINESS a.s. »:
400 × 32 × 127 WG946 Hs12 VS — монокорунд (рис. 1, а);
400 × 32 × 127 3SG46Hs 12 VS — золь-гелевый корунд (рис. 1, б);
400 × 32 × 127 A9946Hs 12 VS — электрокорунд (рис. 1, в).
Сравнение эксплуатационных характеристик этих кругов производили путем сравнения с соответствующими характеристиками круга 400 × 40 × 127 25АF46L6V (обычный белый электрокорунд производства Волжского абразивного завода — ВАЗ). Шлифование зубчатых колес производили на зубошлифовальном станке с ЧПУ мод. HÖFLER RAPID 1250 (рис. 2).
Ниже в сравнительном варианте приведены результаты испытаний высокопористого шлифовального круга из золь-гелевого корунда (3SG46Hs12Vs) и обычного шлифовального круга из белого корунда (25АF46L6V). При испытаниях фиксировали мощность зубошлифования (путем записи отсчетов мощности на индикаторе монитора системы ЧПУ станка) и все другие (приведены ниже) замеры параметров точности обработанных зубчатых колес.
Сравнительные испытания двух указанных кругов проводили при шлифовании двух зубчатых колес (далее ЗК № 1 и ЗК № 2 для кругов 25АF46L6V и 3SG46Hs12Vsсоответственно) одного и того же типоразмера. Данные зубчатого колеса: код по чертежу В1318В 41.002; наружный диаметр da = 33,4 мм; число зубьев 29; модуль m = 7; угол наклона зубьев β = –18°; смещение х = 0,545; ширина венца В = 60 мм.
Припуск на обработку z = 0,510 мм. Число этапов обработки — 3 (черновой, получистовой, чистовой).
Припуск на 1 этап (черновой) — z1 = 0,24 мм. Число рабочих ходов i = 16. Глубина резания (по нормали к профилю) t = 0,015 мм. Радиальная подача (вертикальная глубина шлифования) Sрад = 0,032 мм. Осевая подача (скорость детали) на первый рабочий ход Vi=1 = 500 мм/мин, на последующие рабочие хода Vi =2…16 = 5000 мм/мин.
Припуск на 2 этап — z2= 0,24 мм. Другие параметры: i =16; t = 0,015 мм; Sрад = 0,032 мм; Vi =1…16= 5000 мм/мин.
Припуск на 3 этап — z3 = 0,03 мм, i = 4.
Глубины резания (по нормали к профилю и вертикальные) на первый и второй рабочие хода ti =1,2 = 0,010 мм; Sрад i=1,2 = 0,022 мм. Осевая подача на первый и второй рабочие хода Vi = 1,2 = 2000 мм/мин.
Для третьего и четвертого рабочих ходов: ti =3,4= 0,005 мм; Sрад i=3,4= 0,011 мм; Vi=3 = 2000 мм/мин; Vi=4 = 1500 мм/мин.
Результаты измерений параметров процесса и точности обработки приведены в табл. 1 и табл. 2.
Выводы
1. Средняя мощность шлифования на втором и третьем этапах обработки зубчатого колеса более, чем в 3 раза (см. табл. 1) ниже у золь-гелевого круга 3SG46Hs12VSпо сравнению с обычным кругом 25АF46L6V (ВАЗ).
2. По результатам окончательного контроля погрешности профиля и линии зуба преимущество в целом после шлифования у золь-гелевого круга. Например, накопленная погрешность шага Fp по левой и правой сторонам впадин и радиальное биение Fr ниже не менее, чем на 20% после шлифования золь-гелевым кругом по сравнению с обычным кругом производства ВАЗ (см. табл. 2).
3. Шлифовальные круги из золь-гелевого корунда 3SG46Hs12VS можно рекомендовать для обработки зубчатых колес, так как они обеспечивают уменьшение мощности зубошлифования и лучшие показатели по точности обработки.
