Сила резания и мощность при шлифовании

При шлифовании любого рода поверхности необходимо применять особую силу резания. Абразивная составляющая шлифовального круга в процессе обработки детали или заготовки снимает стружку. И чем больший слой необходимо снять с поверхности, чем прочнее материал, тем большую силу резания следует применить к кругу.

Характеристика шлифования

Абразивные зерна помогают снимать слой за слоем с обрабатываемой поверхности заготовки. Расходный инструмент имеет хаотично расположенные абразивные зерна, которые удерживаются благодаря связующему веществу. Когда круг вращается, к нему подносят заготовку, и часть зерен диска срезает материал тонкой стружкой. Скорость вращаемого круга достигает обычно не менее 30 м/с. Поэтому срезание происходит мгновенно на высокой скорости режущего инструмента.

Материал, который был обработан, имеет микроскопические следы абразивных зерен и малую шероховатость. Частично абразивные зерна не режут, а выполняют функцию шлифования за счет трения о поверхность. К тому же зерна оказывают силовое воздействие на деталь, которая подвергается шлифованию. По сути, происходит деформирование материала, только поверхностное, искажается его кристаллическая решетка. Вследствие такой деформации поверхность заготовки становится прочной и ровной. Зачастую процесс работ сопровождается с подачей охлаждающих смазочных жидкостей, чтобы уменьшить тепловое воздействие на этапе шлифовки.

Подобный вид обработки применяют для чистовых и отделочных работ по металлическим деталям с высокой точностью. Самым популярным методом обработки закаленной стали является именно шлифование.

Режим и силы резания

Для формообразования какой-либо поверхности шлифованием необходимо вращательное движение шлифовального диска и относительное перемещение по одной из координатных осей (последнее можно заменить вращением вокруг оси).

К основным элементам режима резания относят глубину и подачу, а также скорость. Для правильного и качественного режима резания следует выбирать их оптимальные значения. Усилия, действующие при шлифовании, представлены на рисунке:

Окружная скорость точки на внешней части шлифкруга равна скорости резания, что указывается в м/с:

где Dк является наружным диаметром круга (в мм), а nк – это частота вращения рабочего инструмента (об/мин).

Подачу заготовки или инструмента можно выполнять как вокруг координатных осей, так и вдоль. Глубина резания определяется толщиной срезаемого слоя с заготовки за один проход.

Сила резания важна как при расчете элементов станка, так и для сооружения приспособлений для работы на них, и оценки точности обработки. Силу резания, обозначающуюся буквой Р, подразделяют на три составляющие – тангенциальную, радиальную и осевую.

Радиальную силу берут за основу для вычисления точности обработки, осевую – для проектирования механизмов подач специальных рабочих станков, тангенциальную  – для определения мощности электродвигателя шлифкруга.

Силы для обтачивания детали находят по справочным данным, учитывая конкретные условия шлифовки, или по формулам. По тангенциальной силе определяют мощность резания, крутящий момент на шпинделе станка, а также рассчитывают параметры механизма коробки скоростей станка и прочность резца.

По осевой силе (которая составляет от 0,1 до 0,25 от тангенциальной) рассчитывают механизмы подачи станка. Радиальная имеет показатель 0,25-0,5 от тангенциальной силы.

Удельная сила резания Р определяется по формуле: Р = Pz/f н/м2 (кГ/мм2). Здесь высчитывается частное от деления тангенциальной силы на площадь сечения стружки (f).

Мощность резания можно вычислить так:

Ne = (Pz*v)/(60*102)+Px*s/(1000*60*102).

В этой формуле Ne обозначают эффективную мощность резания в кВт, v является скоростью резания в м/мин, Рz и Рx – это осевая и тангенциальная сила резания в н (кГ). Показатель s – подача в мм/об.

Вычислить необходимую мощность электродвигателя станка можно следующим способом:

Nдв = Ne/(ηст* ηдв) кВт.

В этом случае ηдв является к. п. д. электродвигателя, а ηст – к. п. д. станка.

Проведенные расчеты позволят правильно определить необходимую силу резания, мощность шлифования и выбрать режим резания в каждом конкретном случае.