>>> Перейти на мобильный размер сайта >>>

Учебное пособие

Шлифовальные работы

12.2. Рабочая поверхность абразивного инструмента

Стандартная маркировка шлифовальных кругов и других абразивных инструментов отражает только некоторые характерные особенности, но не является достаточно полной. Например, зернистость характеризует только верхний предел размера зерен основной фракции и зерновой состав совокупности абразивных зерен, но не отражает форму зерен, содержание зерен различных размеров и фактические размеры зерен.

Исключительно важное значение имеют структура и геометрия рабочей поверхности, ибо они определяют эффективность и эксплуатационные свойства абразивных инструментов.

Рельеф рабочей поверхности абразивного инструмента может характеризоваться разными величинами: числами режущих элементов (или кромок) абразивных зерен, приходящихся на единицу площади поверхности инструмента; средневероятным расстоянием между режущими кромками; разновысотностью режущих кромок, характеризующей их расположение по высоте рельефа; величиной контактной площади рельефа рабочей поверхности.

Процесс снятия стружки при абразивной обработке существенно зависит от числа контактирующих зерен, размера площадок контакта, т. е. от общей площади контактной поверхности и среднего расстояния между зернами. На рис. 12.2 схематически показано расположение зерен на рабочей поверхности инструмента.

Рис. 12.2. Рельеф режущей поверхности абразивного инструмента: l — базовая длина вдоль профиля рельефа; F₁, F₂, ..., F_n — площади сечения рельефа плоскостью на уровне р; b, b₁, Ь₂, b₃, b₄ — длина отрезков профиля на уровне р

Если от нулевой плоскости отсчета хоу углубиться в тело инструмента на глубину р, то получим представление о сечении определенного участка рабочей поверхности. Реально это сечение можно получить путем изготовления шлифа (рис. 12.3).

Рис. 12.3. Микрофотография шлифа шлифовального круга на заданном уровне сечения 50 мкм: 1 — абразивные зерна, 2 — связка, 3 — поры

Рассматривая шлиф под микроскопом или по его фотографии, можно определить площади, занимаемые зернами (t_ра), связкой (t_рс) и порами (t_рп), и выразить их в процентах или относительных величинах: t_ра + t_рc + t_рп = 1 (или 100%).

Если изготовить несколько шлифов, последовательно удаляясь в тело инструмента, то можно построить кривые изменения этих коэффициентов по высоте рельефа. Для примера такие графики показаны на рис. 12.4 для круга 24А25С1К5. Площадь, занимаемая связкой, изменяется незначительно — от 7 до 9%. Площадь, занимаемая абразивными зернами, существенно увеличивается с 15 до 58%. Площадь, приходящаяся на поверхностные поры, пропорционально уменьшается (кривая t_рп). Изучение шлифов дает наглядное представление о строениии режущей поверхности. Использовать метод шлифов для контроля качества инструментов затруднительно из-за большой трудоемкости их изготовления и малого размера их площади. Поэтому для количественной оценки геометрии рельефа рабочей поверхности был разработан метод снятия профилограмм рабочей поверхности шлифовальных кругов алмазной иглой с записью профиля на бумажную ленту с помощью самопишущих устройств или осциллографов.

Рис. 12.4. Изменение относительной плошади. занимаемой на шлифе разными фазами по высоте профиля

На рис. 12.5 показаны профилограммы с рабочей поверхности кругов разной зернистости на керамической связке. При рассмотрении этих профилограмм видно, что профили имеют нерегулярный, случайный характер. Форма, размеры и относительное расположение выступов зерен на рабочей поверхности изменяются в широких пределах. При меньшей зернистости в верхних слоях находится значительно большее количество зерен, а расстояние между ними меньше по сравнению с кругами больших номеров зернистости.

Рис. 12.5. Профилограммы режущих поверхностей электрокорундовых шлифовальных кругов на керамической связке твердостью СМ2, зернистостями 12 (а), 16 (6), 25 (в), 40 (г)

Для получения количественных характеристик разделим профиль рельефа профилограмм горизонтальными линиями. На каждой секущей линии часть отрезков попадает внутрь контура, а другая часть расположена вне контура кривой. Если просуммировать длину отрезков, попадающих внутрь контура профиля (b₁ + b₂ + b₃ + ... + b_n) и разделить полученную сумму на общую длину трассы измерения l, то получим выражение l_p = (b₁ + b₂ + Ь₃ + ... + b_n) /l = Σb_l/l, определяющее контактную площадь, в относительных величинах. Если это выражение умножить на 100, то получим значения контактной площади в процентах.

На рис. 12.6 приведены кривые, показывающие изменение контактной М2/13 СМ1 СМ2 С1С2 СТ1СТ2 СТЗ площади по высоте рельефа рабочей поверхности для шлифовальных кругов разной зернистости. Чем больше крупность зерен, тем меньшую контактную площадь имеют шлифовальные круги на всех уровнях.

Рис. 12.6. Изменение относительной опорной длины профиля от уровня сечения рельефа режущей поверхности шлифовальных кругов зернистостями 12 (а), 16 (б), 25 (в), 40 (г)

Чтобы проследить влияние характеристики кругов на величину контактной площади, достаточно знать изменение ее для одного какого-либо фиксированного уровня (например, для уровня в 10 мкм). На рис. 12.7 приведены зависимости, показывающие изменение контактной площади рабочей поверхности на уровне 10 мкм для кругов разных номеров зернистости и степеней твердости.

Рис. 12.7. Влияние зернистости (a) и степени твердости (б) на изменение коэффициента контактной площади на уровне профиля 10 мкм для кругов из злектрокорунла на керамической связке

Располагая подобными зависимостями, можно обоснованно выбирать характеристику кругов и других абразивных инструментов для конкретных условий обработки или вносить коррективы, если выбранный инструмент не обеспечивает требуемых производительности, шероховатости и точности обработки.