Абразивная обработка (шлифование)

Абразивная обработка — процесс обработки заготовок резанием абразивным инструментом: кругами, брусками, абразивным инструментом на гибкой основе, свободным абразивом. Абразивная обработка позволяет производить чистовую обработку заготовок из различных материалов, имеющих различную твердость (для заготовок из закаленных сталей это основной способ обработки).

Абразивная обработка — высокопроизводительный процесс: скорость резания лежит в пределах 30—100 м/с.

Абразивный инструмент, в отличие от другого многозубого лезвийного инструмента, имеет множество режущих лезвий, расположенных хаотично. Обработанная поверхность представляет собой совокупность микроследов воздействия абразивных зерен.

Единичное зерно шлифовального круга может:

• • располагаться на некотором расстоянии от обрабатываемой поверхности;
• • скользить по обработанной поверхности (скользящие зерна создают дополнительное трение);
• • проникать в обработанную поверхность на небольшую глубину и только пластически деформировать материал заготовки (iдеформирующие зерна создают дополнительное сопротивление резанию на упругую и пластическую деформацию поверхностного слоя);
• • проникать в обработанную поверхность на глубину достаточную для снятия стружки (режущие зерна).

Скользящие и деформирующие зерна обеспечивают дополнительный нагрев поверхности резания, что может привести к структурным превращениям зерен обработанной поверхности (прижоги).

В зависимости от качества обработанной поверхности различают: шлифование и отделочную обработку. Шлифование позволяет получить обработанную поверхность размерной точностью по 5—7-му квалитету и шероховатостью Rz 0,3—2,4 мкм.

В процессе шлифования режущие свойства круга изменяются. Абразивные зерна затупляются, частично раскалываются, выкрашиваются, поры между зернами забиваются отходами шлифования. Поверхность круга теряет свою первоначальную форму. Возрастают сила и температура резания. Точность обработки снижается, увеличивается вероятность ирижогов. Однако при выламывании затупившихся зерен, на поверхности круга обнажаются новые, незатупившиеся, зерна, т. е. круг частично самозатачивается. В этом смысле очень важна роль связки (вещества, закрепляющие зерна). При слабом закреплении зерен они быстрее выламываются, круг лучше самозатачивается, что удобно при черновом шлифовании, но рабочая поверхность круга быстро теряет свою форму. При прочном закреплении зерен круг быстро теряет свои режущие свойства, но рабочая поверхность хорошо сохраняется, что удобно при чистовом шлифовании.

Для восстановления геометрии круга и его режущих свойств проводят правку круга: алмазным или абразивным инструментом снимают часть рабочей поверхности круга. Толщина удаляемого слоя обычно не превышает 0,01—0,03 мм.

Различают геометрическую и физическую стойкость шлифовального круга. Геометрическая стойкость — время (количество обработанных заготовок) непрерывной работы, после которой необходима правка с целью восстановления геометрических параметров рабочей поверхности. Геометрическую стойкость обычно назначают для чистового шлифования, для шлифования фасонных или конических поверхностей.

Физическая стойкость шлифовального круга — время (количество обработанных заготовок) непрерывной работы, после которой необходима правка с целью восстановления режущих свойств рабочей поверхности. Физическую стойкость обычно назначают для чернового шлифования.

При шлифовании главное движение ?>_р придают абразивному инструменту — шлифовальному кругу. Скорость главного движения (К_к), м/с, определяется по формуле.

где ?>_к — диаметр шлифовального круга, мм; п_к— частота вращения шлифовального круга, об/мин.

Для обеспечения цилиндричности обработанной поверхности при круглом шлифовании заготовке придают движение круговой подачи, скорость которого (УД, м/мин, определяется по формуле.

где ?>, — диаметр обрабатываемой поверхности, мм; п_Л — частота вращения заготовки, об/мин.

В зависимости от вида обрабатываемой поверхности различают шлифование:

• • круглое наружное и внутреннее;
• • фасонное;
• • плоское.

В зависимости от направления движения подачи, придаваемой шлифовальному кругу, шлифование подразделяют на три основные схемы:

• • с продольной подачей (1>_8прод);
• • с поперечной подачей (D_SII0[[);
• • с тангенциальной подачей (Ц._т).

В зависимости от способа базирования заготовки различают:

• • шлифование в центрах или в патроне;
• • бесцентровое шлифование;
• • планетарное шлифование.

Круглым наружным шлифованием (рис. 4.39) обрабатывают наружную цилиндрическую поверхность валов, колец и втулок.

При шлифовании в центрах (рис. 4.39, а, б) обрабатывают шейки заготовок 2 ступенчатых и гладких круглых стержней.

(валов). При необходимости одновременного шлифования шейки вала и торца ось вращения круга устанавливают под углом к оси вращения заготовки (рис. 4.39, в).

Рис. 4.39. Схемы круглого наружного шлифования:

а — в центрах, продольное; б — в центрах, поперечное; в — одновременное шейки и торца; г — бесцентровое; 1 — шлифующий круг; 2 — заготовка;

3 — нож; 4 — ведущий круг; D_p — главное движение резания; /)_д — движение формообразования (вращение детали); Л_в — движение (вращение) ведущего круга; D_s — движение подачи; D_sпрод — движение продольной подачи;

D_snon — движение поперечной подачи При наружном бесцентровом шлифовании (рис. 4.39, г) заготовку 2 опирают на нож 3. Заготовка базируется по обработанной поверхности, что существенно повышает точность обработки. Заготовка получает вращение от ведущего круга 4, скорость которого в 60—100 раз меньше скорости движения шлифующего круга 1.

При вращении заготовки от ведущего круга 4 ее скорость (круговая подача) определяется по формуле.

где У_л — скорость движения заготовки, м/мин; D_{B K} — диаметр ведущего круга, мм; п_кк — частота вращения ведущего круга, мин^-1; ц — коэффициент, учитывающий проскальзывание ведущего круга и заготовки; а — угол наклона оси ведущего круга или ножа (направляющей линейки) к оси заготовки, обычно, а = 2^-6°.

Скорость продольного перемещения заготовки, мм/мин, вычисляют как.

При круглом внутреннем шлифовании (рис. 4.40) обрабатывают внутренние цилиндрические сквозные и глухие поверхности валов, колец, втулок, корпусных деталей. При шлифовании в патроне движение круговой подачи осуществляется за счет вращения заготовки со скоростью, м/мин,.

где Z>, — диаметр обрабатываемого отверстия, мм; п. — частота вращения заготовки, мин^-1.

Рис. 4.40. Схемы круглого внутреннего шлифования:

а — в патроне, продольное; б — в патроне, поперечное; в — бесцентровое; г — планетарное; 1 — шлифующий круг; 2 — заготовка; Z)_p — главное движение резания; ?)_д — движение вращения детали (движение формообразования);

Ат |юд^— движение продольной подачи; А поп^- движение поперечной подачи; D_SKpyr — движение круговой подачи шлифующего круга (движение формообразования) При внутреннем бесцентровом шлифовании заготовку устанавливают на двух вращающихся роликах и неподвижной опоре. Круговая подача осуществляется за счет вращения заготовки со скоростью, м/мин,.

где D_BK — диаметр ведущего круга, мм; п_вк — частота вращения ведущего круга, мин^-1; г| — коэффициент, учитывающий проскальзывание ведущего круга и заготовки.

При внутреннем планетарном шлифовании заготовка неподвижна. Для осуществления движения круговой подачи шпинделю шлифовальной бабки придают дополнительное вращение вокруг оси обрабатываемого отверстия.

Плоским шлифованием (рис. 4.41) обрабатывают наружные плоские поверхности заготовок. Шлифование выполняется периферией или торцом круга.

Рис. 4.41. Схемы плоского шлифования:

а периферией круга; б торцом круга; 1 — шлифующий круг;

2 — заготовка; D_p — главное движение резания; /)_хпрод и D_snou — движение продольной и поперечной подачи соответственно (движения формообразования); D_SB — движение вертикальной подачи При шлифовании торцом круга колебания инструментального шпинделя меньше влияют на рельеф обработанной поверхности. Поэтому шлифование торцом обеспечивает большую точность и меньшую шероховатость обработанной поверхности.

При плоском шлифовании главное движение придается режущему инструменту — шлифовальному кругу. Движения подачи придаются заготовке и кругу. Заготовку устанавливают на магнитный стол станка или в приспособлениях, закрепляемых на магнитном столе.

Абразивные материалы (абразив) — измельченные синтетические или естественные обогащенные зерна, твердость которых превышает твердость обрабатываемого материала.

В машиностроении применяются следующие абразивные материалы.

Электрокорунд — искусственно синтезированный синтетический корунд (88—99% А1₂0₃, остальное — примеси). В группу электрокорундов включают следующие разновидности электрокорундов:

• • нормальный электрокорунд применяют для изготовления абразивного инструмента на органической и керамической связках, в том числе прецизионного класса. Содержание А1₂0₃ — 91—96%. Цвет — оттенки коричневого. Марки: 13А; 14А; 15А; 16А;
• • белый электрокорунд используют в производстве абразивного инструмента для закаленных сталей. Содержание А1₂0₃ — 96—99%. Цвет — белый. Марки: 22А; 23А; 24А; 25А;
• • хромистый электрокорунд применяют для изготовления абразивного инструмента, который используется для чистовой обработки закаленных сталей. Содержание А1₂0₃ — 91—98%. Цвет — от розового до насыщенного рубинового. Марки: 32А; ЗЗА; 34А;
• • титанистый электрокорунд используют для изготовления абразивного инструмента на керамической связке, применяемого при черновом шлифовании закаленных сталей. Содержание А1₂0₃—91—98%. Цвет — оттенки голубого. Марка — 37А;
• • циркониевый электрокорунд применяют в производстве абразивного инструмента для обдирочного шлифования и шлифования с высокими скоростями. Содержание А1₂0₃ — 60—75%. Цвет — серо-розовый. Марка — 38А.

Карбид кремния (карборунд) — химическое соединение кремния с углеродом (SiС). Цвет — от темно-зеленого до черного. Марки 53С, 54С, 55С (содержание SiC — 96—98%) используются для изготовления абразивного инструмента, применяемого для шлифования твердых сплавов, чугуна, цветных металлов, стекла, пластмасс; марки 63С, 64С, 65С (содержание SiC — 97—99%) — для тонкого шлифования металлорежущего инструмента, твердых сплавов, керамики, правки шлифовальных кругов.

Сверхтвердые материалы — алмаз (марки: А1— А8, АС2— АС32) и кубический нитрид бора (эльбор, кубонит) применяются в производстве абразивного инструмента для чистовой и финишной обработки заготовок из различных конструкционных материалов.

Контрольные вопросы

• 1. Что такое жидкотекучесть литейного сплава?
• 2. В каких способах литья применяют термически твердеющие формовочные смеси?
• 3. Почему литье в кокиль не используется в мелкосерийном производстве?
• 4. При производстве каких заготовок целесообразно применять ковку?
• 5. В чем состоит отличие открытых штампов от закрытых?
• 6. Какие движения резания вы знаете?
• 7. Что такое подача на зуб?
• 8. Какие поверхности обрабатываются точением?
• 9. Что такое фрезерование?
• 10. Какими способами можно обработать коническое отверстие?
• 11. Как обточить конической валик с углом конуса не более 8° и длиной более 300 мм?