Явления, происходящие при заточке инструмента шлифованием

Заточка и доводка обычно являются завершающими и основными этапами в подготовке режущего инструмента, когда окончательно формируются режущие кромки. Между тем при заточке шлифованием не просто и не во всех случаях можно получить лезвие требуемого качества. Необходимо, чтобы рабочие-заточники, а тем более инженерно-технический персонал заточных цехов выполняли работу с глубоким знанием дела.

Шлифование — одна из наиболее сложных разновидностей процесса резания металла. Это объясняется тем, что абразивные зерна шлифовального круга, сцементированные связкой, имеют самую разнообразную, случайную ориентировку. Произвольная геометрия абразивных зерен, высокие скорости резания при одновременном участии множества зерен, трение зерен и связки круга об обрабатываемую поверхность, а также пластическая деформация металла приводят к возникновению тепла. Около 80% работы, затрачиваемой на шлифование, переходит в теплоту.

Основное количество тепла, выделяющееся при шлифовании, распределяется главным образом между обрабатываемой поверхностью инструмента и шлифовальным кругом. Однако ввиду плохой теплопроводности круга основная доля тепла переходит в обрабатываемое изделие (инструмент), нагревая его.

При шлифовании различают следующую температуру:
1. Среднюю, установившуюся температуру поверхности шлифования инструмента, которая в зависимости от режима шлифования, размеров и материала инструмента и условий охлаждения может изменяться от 20 до 400° С.

2. Мгновенную контактную температуру в зоне резания, которая может быть значительной.

Наибольшие практические значения при изучении явлений, которые происходят в зоне режущей кромки в процессе заточки шлифованием, имеет мгновенная контактная температура. Мгновенная температура в контакте в результате тепловых импульсов, возникающих при прохождении зерен круга по металлу, характеризуется следующими особенностями:
а) нагрев происходит почти мгновенно, скорость нагрева образовавшихся рисок достигает, по данным А. И. Исаева и С. С. Силина [9], 200 000 град/с, а скорость нагрева на глубине 20—30 мкм от поверхности контакта составляет 5000—6000 град/с;
б) мгновенная температура нагрева в тонких слоях может достигать 870—1200° С;
в) основная часть возникающего тепла с очень высокой скоростью отводится в массу обрабатываемого металла; скорость охлаждения может достигать 2000 град/с и более. Несмотря на такие огромные скорости охлаждения, полное охлаждение поверхности риски и прилегающих к ней слоев металла не происходит.

Тепло, возникающее в контакте, несмотря на кратковременность тепловых импульсов, вызывает необратимые структурные изменения в металле, а также изменение микротвердости в поверхностном слое затачиваемого инструмента.

Глубина измененного поверхностного слоя всегда больше максимально возможного (теоретически) слоя, снимаемого одним зерном. Толщина измененного слоя при шлифовании термически обработанных сталей различными кругами может превышать толщину срезаемого слоя в десятки раз и составлять 30—200 мк (0,2 мм). Тепловое воздействие шлифования на поверхность металла в контакте может меняться в широких пределах. Оно зависит от соответствия характеристики шлифовального круга обрабатываемому материалу, а также в значительной мере от режимов шлифования (заточки).

При значительном нарушении оптимальных параметров шлифования в поверхностных слоях металла в результате нагрева происходит своеобразная термическая обработка. В зависимости от температуры, до которой успеет нагреться при заточке режущая часть инструмента, могут образоваться различные структуры, резко отличающиеся по твердости.

Если в процессе шлифования лезвие успеет нагреться до температуры, превышающей некоторую критическую температуру, произойдет вторичная закалка лезвия с образованием так называемой белой структуры (выявляют специальным протравлением полированной передней грани).