Шлифование. 
Технология конструкционных материалов

Шлифование — процесс обработки заготовок деталей машин резанием с помощью абразивных кругов [1,2, 4, 5, 6, 9, 10, 21].

Шлифовальные круги срезают стружки на очень больших скоростях — от 30 до 80 м/с. При этом глубина резания составляет Г = (0,005ч-0,05) мм. Процесс резания каждым зерном осуществляется почти мгновенно.

Все большее применение находит силовое шлифование для обработки труднообрабатываемых резанием материалов. При силовом или врезном шлифовании глубина резания может достигать 10—12 мм.

Шлифование применяют для чистовой и отделочной обработки деталей с высокой точностью. Для заготовок из закаленных сталей шлифование является одним из наиболее распространенных методов формообразования.

Эффективность шлифования оценивают по коэффициенту удельной производительности: q = V_M / V_a, где V_a — объем изношенного круга в единицу времени; У_ы — объем снятого материала заготовки в единицу времени.

При обработке углеродистых сталей q = 50н-80; быстрорежущих сталей q = 6-ь 12; жаропрочных и тугоплавких сплавов q = 0,5ь5.

Различают несколько видов шлифования.

1. Плоское шлифование. Применяется для шлифования плоских поверхностей, отсюда его название. Плоское шлифование может производиться периферией (рис. 7.1, а) или торцом круга (рис. 7.2, б).

Шлифование периферией круга менее производительно, чем шлифование торцом круга, но более точно.

При шлифовании торцом круга одновременно в работе участвует большее число абразивных зерен, чем при шлифовании периферией круга. Но шлифование периферией круга с использованием прямоугольных столов позволяет выполнить большее число разнообразных видов работ.

Рис. 7.2. Схемы обработки заготовок плоским шлифованием:

а — периферией круга; б — торцом круга Главным движением резания V_K (м/с) для всех технологических способов шлифовальной обработки является вращение круга. Прямолинейное поступательное движение подачи при плоском шлифовании совершает заготовка вместе со столом станка.

Небольшие детали шлифуют на высокопроизводительных шлифовальных станках непрерывного действия с круглым столом.

2. Круглое шлифование. Применяется для шлифования цилиндрических и конических поверхностей вращения, отсюда его название. Круглое шлифование делится на следующие подвиды: наружное, внутреннее, внутреннее планетарное, бесцентровое наружное и бесцентровое внутреннее.

Рис. 7.3. Схема круглого наружного шлифования

При круглом наружном шлифовании (рис. 7.3) обрабатывается наружная цилиндрическая поверхность. Продольная подача S_np происходит за счет возвратно-поступательного перемещения заготовки. Подача S_np (мм/об. заг) равна осевому перемещению заготовки за один ее оборот. Вращение заготовки является круговой подачей S_Kp (м/мин).

Подача S_n (мм/дв. ход или мм/ход) на глубину резания для приведенной схемы обработки происходит при крайних положениях заготовки.

При круглом внутреннем шлифовании (рис. 7.4) характер движений инструмента и заготовки и последовательность подач те же, что и при круглом наружном шлифовании, только обрабатывается внутренняя цилиндрическая поверхность.

Внутреннее планетарное шлифование (рис. 7.5) применяют при обработке заготовок больших размеров и массы, которые шлифовать описанными выше способами нерационально. Заготовку закрепляют на столе станка неподвижно. Шлифовальный круг вращается не только вокруг своей оси, но также вокруг оси отверстия заготовки (планетарная подача S^), что аналогично круговой подаче заготовки при обычном внутреннем шлифовании (положение круга, совершившего в планетарном движении пол-оборота, показано штриховой линией).

Рис. 7.4. Схема круглого внутреннего шлифования

Рис. 7.5. Схема внутреннего планетарного шлифования

Бесцентровое наружное шлифование (рис. 7.6) наружных цилиндрических поверхностей производится в незакрепленном состоянии обрабатываемых заготовок, и для них не требуется центровых отверстий. Поэтому данный способ шлифования характеризуется высокой производительностью. Заготовку 3 устанавливают на нож 2 между двумя кругами — рабочим 1 и ведущим 4. Эти круги вращаются в одном направлении, но с разными скоростями. Трение между ведущим кругом и заготовкой больше, чем между ней и рабочим кругом.

Вследствие этого заготовка увлекается во вращение со скоростью, близкой к окружной скорости ведущего круга.

Рис. 7.6. Схема бесцентрового наружного шлифования

Перед шлифованием ведущий круг устанавливают наклонно под углом 1—7° к оси вращения заготовки. Вектор скорости этого круга разлагается на составляющие и возникает продольная подача S_np. Поэтому заготовка перемещается по ножу вдоль своей оси и может быть прошлифована на всю длину. Чем больше угол наклона ведущего круга, тем больше подача S_np. Процесс легко автоматизировать, установив наклонный лоток, по которому заготовки будут сползать на нож, проходить процесс шлифования и падать в тару.

Аналогичный принцип работы используют при бесцентровом внутреннем шлифовании для обработки цилиндрических и конических отверстий в заготовках, имеющих наружную цилиндрическую поверхность (рис. 7.7). Заготовку 1 устанавливают по наружной поверхности между тремя вращающимися элементами: опорным роликом 2, прижимным роликом 3 и ведущим барабаном 4. Шлифующий круг 5 располагают в отверстии консольно, он движется возвратно-поступательно вдоль оси отверстия.

Рис. 7.7. Схема бесцентрового внутреннего шлифования

Основные элементы режима резания при шлифовании — скорость резания V_K, круговая подача заготовки при круглом шлифовании S_Kp (продольная подача стола с заготовкой при плоском шлифовании S_np) и глубина резания t.

Порядок их выбора: назначают глубину резания t. На черновых проходах f = 0,05ч-0,1 мм; на чистовых проходах Г = 0,0054−0,02 мм; при обработке неметаллов t = 0,44−0,8 мм; выбирают круговую подачу заготовки S_Kp (скорость продольной подачи стола при плоском шлифовании S_np) и корректируют ее по кинематическим данным станка; выбирают скорость резания V_K в зависимости от прочности круга, которая равна окружной скорости точки на периферии шлифовального круга:

где п — частота вращения круга, об/мин; D — наружный диаметр шлифовального круга, мм. Обычно V_K= 304−50 м/с. При скоростном шлифовании V_K > 50 м/с.

Оптимальные значения элементов режима резания выбирают по справочным данным.