Анализ влияния твердости абразивных кругов на длину шлифования и их взаимосвязь с твердостью обрабатываемого материала

Магура Б.О., Гончар И.Н. (НЛТУ Украины, г. Львов, Украина)

The analysis of the influence of the abrasive circles hardness on the grinding length and correlation betweeen tool hardess and grinded material hardness is given in the article. The choice of investigation range of abrasive circles hardness is substantiated.

Под твердостью абразивного инструмента понимают сопротивляемость связки вырыванию абразивных зерен с поверхности инструмента под действием внешних сил. Таким образом, твердость абразивного инструмента определяется силами взаимосвязи между абразивными зернами и связкой. Чем тверже круг, тем большая сила нужна, чтобы вырвать зерно из связки.

Производственный опыт и многочисленные экспериментальные исследования по шлифованию металлов абразивными кругами показывают, что твердость абразивного инструмента влияет на основные показатели процесса шлифования, в том числе на удельную производительность шлифования, износ, стойкость инструмента, качество шлифованной поверхности, силовые параметры. С изменением твердости круга изменяется характер работы абразивных зерен и инструмента в целом.

Твердость абразивных инструментов определяется соотношением компонентов в круге и их структурой. Твердость абразивных инструментов в металлообработке одинакова при одном и том же содержании в них твердого материала, то есть зерна и связующего материала. Для шлифования древесины и древесных материалов используются круги с нормированной структурой, для которых равнозначность влияния объемов зерна и связующего материала не подтвердилась. Твердость таких инструментов зависит от количества связки и пористости и является функцией от номера структуры.

Твердость круга существенно влияет на характер его работы. Круги разной твердости [1, 2] в зависимости от скорости резания при постоянной скорости подачи могут работать в режимах износа, самозатачивания и засаливания (затупления). Поэтому в своих работах [1, 2] основное внимание уделяли определению критического коэффициента режима шлифования ¾ коэффициента, что представляет собой отношение скорости резания к скорости подачи, при которых происходит переход режима работы кругов от самозатачивания к засаливанию.

Для кругов разной твердости с уменьшением последней, критическая точка шлифования смещается вправо. При этом для определенного значения твердости, получаем наибольшее значение длины шлифования. Величину твердости для которой, при определенных условиях, получают наибольшую длину шлифования за период стойкости инструмента, будем считать оптимальной.

Следует отметить, что непосредственное и косвенное (через износ) влияние твердости кругов на шероховатость является противоречивым. Чем больше твердость, тем большим является число зерен на единицу площади круга, следовательно, уменьшается толщина стружки, и, соответственно, шероховатость. В то же время, с увеличением твердости, возрастают площадки износа (поскольку зерна лучше удерживаются в связке), что предопределяет рост шероховатости. Поэтому, существует определенная оптимальная твердость круга для обеспечения минимальной шероховатости.

Если определенные условия обработки (коэффициент шлифования, зернистость, глубину шлифования) считать постоянными, то можно заметить, что величина оптимальной твердости зависит от вида и характеристик обрабатываемого материала [1,4]. Для выполнения сравнительной характеристики построим таблицу 1, что содержит основные физико-механические показатели обрабатываемых материалов и величину оптимальной твердости (колонка 6) абразивных кругов (абразив ¾ стекло) при приблизительно одинаковых условиях обработки (режимов обработки и зернистости).

Таблица 1 – Физико-механические показатели обрабатываемых материалов

Вид обрабатываемого материала		Плотность r, г/см ³	Касательные напряжения при скалывании t_ск, МПа	Твердость материала Н, МПа	Модуль упругости Е, МПа	Твердость круга Нк, МПа
Термо-реактивные пластмассы	Текстолит	1,35	27...30	340...360	(5...10) ×10³	118
	Гетинакс	1,40	17...18	290...310	(5...20) ×10³	88
	ДСП-В	1,33	14,5...15,5	250..270	(10...30)×10³	78
Древесина и древесные материалы	ДСП	0,55…0,75	2...6	20…40	(1...2) ×10³	200... 250
	Бук	0,67	11...14	43,5	12,4×10³	57... 68
	Сосна	0,50	7,3...7,5	24	12,2×10³	110... 120
	Береза	0,63	9...11	37	15,1×10³	70...80
	Граб	0,80	15...19	77	(15…17)×10³	50

Как видно из таблицы, чем выше показатели прочности и твердости обрабатываемого материала, тем меньше величина оптимальной твердости, то есть наблюдается обратнопропорциональная связь между величиной оптимальной твердости кругов и твердостью обрабатываемого материала.

Величина оптимальной твердости определяется также составом кругов, в частности видом абразивного материала, так одно значение будет оптимальным при использовании стекла, другое ¾ карбида кремния. Как показали результаты исследований при шлифовании березы кругами из стекла (оптимальная твердость кругов ) [1], полученная максимальная длина шлифования составила 15 тыс.м.п., а при использовании в качестве абразива карбида кремния (оптимальная твердость кругов ) [3] ¾ 34 тыс.м.п.

Поскольку при изготовлении фанеры ее поверхностные слои несколько спрессовываются, поэтому допустимые напряжения на скалывание возрастут сравнительно больше чем величина твердости. А следовательно показатель шлифования А, который определяется отношением твердости древесины к допустимым напряжениям скалывания , может быть несколько ниже чем при обработке древесины березы, соответственно диапазон исследования твердости кругов для шлифования фанеры определим в границах .

Литература

1.	Яцюк А.И. Новый способ механической обработки древесины. - Львов: Высшая школа, 1975. - 256с.
2.	Заяц И.М. Обработка древесины и древесных материалов абразивами.—Львов: Атлас, 2001. — 219с.
3.	Бугаенко Я.П. Разработка рецептуры абразивного инструмента и оптимизация режимов шлифования паркетных изделий из древесины. Автореф.дис. канд. техн.наук: ЛЛТИ. - Львов, 1984.- 20с.
4.	Любимов А.В. Шлифование пластмасс новым абразивным инструментом. – Львов: Высшая школа, 1979. - 156с.

ДСП-В