Прогнозирование возникновения шлифовочной закалки при шлифовании стали коленчатого вала износостойким нитридом бора

Шлифовочная закалка представляет собой операцию съёма материала шлифованием, при которой тепло, выделяющееся в зоне шлифования, используется для термической обработки поверхности заготовки на заданную глубину. На основе исходной модели Ягера была разработана тепловая модель этого процесса, с помощью которой были спрогнозированы временно-температурные профили в подповерхностном слое при сухом цилиндрическом шлифовании стали 42CrMo4 для коленчатых валов с использованием кругов из кубического нитрида бора (CBN). На основе сопоставления с экспериментальными значениями глубины упрочнения были рассчитаны коэффициенты распределения тепла, а для доли удельной энергии, поступающей в заготовку в виде тепла, в зависимости от удельной скорости съёма материала была выполнена полиномиальная аппроксимация. Использование этого полинома для задания теплового потока в тепловой модели позволило построить теоретическую диаграмму зависимости скорости поверхности заготовки от глубины резания, показывающую области, в которых шлифовочная закалка может быть достигнута на заданных глубинах. На диаграмме указаны нижние пределы, соответствующие достижению температуры мартенситного превращения на определённых заданных глубинах, и верхний предел, соответствующий началу плавления на поверхности контакта между шлифовальным кругом из CBN и заготовкой. Затем диаграмма была сопоставлена с экспериментальными результатами для частного случая глубины упрочнённого слоя 0,5 мм и более; было получено хорошее согласие. Прогнозы показывают, что для достижения шлифовочной закалки существует верхний предел скорости заготовки и что предельная скорость уменьшается с увеличением требуемой глубины упрочнения. Прогнозы также указывают на наличие оптимальной скорости перемещения заготовки около 10 мм/с для глубин упрочнения менее 1,5 мм и верхнего предела ниже 4 мм/с для глубин упрочнения около 2 мм.