Шлифование
Общие сведения
Шлифование – процесс обработки заготовок деталей машин резанием с помощью абразивных кругов.
Абразивные зерна расположены в шлифовальном круге беспорядочно и удерживаются связующим материалом. При вращательном движении круга в зоне его контакта с заготовкой часть зерен срезает материал в виде очень большого числа тонких стружек (до 107 стружек в минуту). Шлифовальные круги срезают стружки на очень больших скоростях – от 30 до 80 м/с. При этом глубина резания составляет t=0,005...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 сопровождается выделением большого количества тепловой энергии (значительная часть абразивных зерен в шлифовальном круге расположена так, что не режет заготовку, а пластически деформирует ее с выделением тепла за счет трения). Это приводит к образованию на поверхности детали дефектного слоя.
Поэтому, в зону обработки при шлифовании обильно подается смазочно-охлаждающая жидкость.
Обработанная поверхность представляет собой совокупность микроследов абразивных зерен и имеет малую шероховатость.
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=Vм/Va, где Va – объем изношенного круга в единицу времени; Vм – объем снятого материала заготовки в единицу времени. При обработке углеродистых сталей q= 50...80; быстрорежущих сталей q= 6...12; жаропрочных и тугоплавких сплавов q= 0,5...5.
Классификация
В зависимости от формы обрабатываемой поверхности шлифование делится на следующие виды:
Плоское шлифование
Применяется для шлифования плоских поверхностей, отсюда его название. Плоское шлифование может производиться периферией (рис. 1 а) или торцем круга (рис. 1 б).
Шлифование периферией круга менее производительно, чем шлифование торцем круга, но более точно.
При шлифовании торцем 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.
Главным движением резания VК (м/с) для всех технологических способов шлифовальной обработки является вращение круга. Прямолинейное поступательное движение подачи при плоском шлифовании совершает заготовка вместе со столом станка. Последовательность подач при плоском шлифовании – продольная Sпр (м/мин), затем поперечная Sп (мм/дв. ход), затем вертикальная Sв. Поперечная подача Sп необходима в тех случаях, когда ширина круга меньше ширины заготовки (см. рис. 1 а). Движение Sп происходит прерывисто (периодически) при крайних положениях заготовки в конце продольного хода. Периодически происходит и подача Sв на глубину резания. Это перемещение осуществляется также в крайних положениях заготовки, но в конце поперечного хода.
Небольшие детали шлифуют на высокопроизводительных шлифовальных станках непрерывного действия с круглым столом (рис. 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.
Рассмотрим схемы круглого шлифования.
При круглом наружном шлифовании (рис. 3) обрабатывается наружная цилиндрическая поверхность. Продольная подача Sпр происходит за счет возвратно-поступательного перемещения заготовки. Подача Sпр (мм/об. заг) равна осевому перемещению заготовки за один ее оборот. Вращение заготовки является круговой подачей Sкр (м/мин). Подача Sп (мм/дв. ход или мм/ход) на глубину резания для приведенной схемы обработки происходит при крайних положениях заготовки.
При круглом внутреннем шлифовании (рис. 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. 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 Sпл), что аналогично круговой подаче заготовки при обычном внутреннем шлифовании (положение круга, совершившего в планетарном движении пол-оборота, показано на рис. 5 штриховой линией).
Бесцентровое наружное шлифование (рис. 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 (см. рис. 6) 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.
Перед шлифованием ведущий круг устанавливают наклонно под углом 1 – 7 0 к оси вращения заготовки. Вектор скорости этого круга разлагается на составляющие и возникает продольная подача Sпр. Поэтому заготовка перемещается по ножу вдоль своей оси и может быть прошлифована на всю длину. Чем больше угол наклона ведущего круга, тем больше подача Sпр. 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). 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.
Порядок назначения режимов резания
Основные элементы режима резания при шлифовании – скорость резания VК, круговая подача заготовки при круглом шлифовании Sкр (продольная подача стола с заготовкой при плоском шлифовании Sпр) и глубина резания t. Для рационального ведения процесса шлифования необходимо выбирать их оптимальные значения.
1. Выбирают характеристики круга в зависимости от свойств обрабатываемого материала и технических требований. 2. Выбирают глубину резания t. На черновых проходах t=0,05...0,1 мм; на чистовых проходах t=0,005...0,02 мм; при обработке неметаллов t=0,4...0,8 мм. 3. Выбирают круговую подачу заготовки Sкр (скорость продольной подачи стола при плоском шлифовании Sпр) и корректируют ее по кинематическим данным станка. 4. Выбирают скорость резания VК в зависимости от прочности круга. Она равна окружной скорости точки на периферии шлифовального круга:
где n – частота вращения круга, об/мин; D – наружный диаметр шлифовального круга, мм. Обычно VК=30...50 м/с. При скоростном шлифовании VК>50 м/с. Оптимальные значения элементов режима резания выбирают по справочным данным.
Проверка элементов режима резания по мощности электродвигателя станка
1) Вычисляется тангенциальное усилие резания Pz. Это составляющая равнодействующей сил резания R, приложенной к шлифовальному кругу (рис. 8). Pz направлена по касательной к траектории движения периферийной точки круга.
Pz определяется по формуле:
Pz=Сp(Sкр)а (Sпр)b tc
Значения коэффициента Сp и показателей степени приводятся в справочниках.
2) По значению Pz определяется мощность электродвигателя привода шлифовального круга [кВт] с учетом КПД привода h: Nк= Pz Vк /(1000 h).
Техника безопасности при шлифовании
1. Круги должны быть отбалансированы. 2. Круги должны быть испытаны на прочность при окружной скорости 150 % от рабочей. 3. Круг на станке должен быть защищен стальным кожухом на случай разрушения. 4. Для защиты от разбрызгиваемой смазочно-охлаждающей жидкости устанавливают щитки. 5. Обязательно наличие пылеулавливающих вентиляционных устройств.
Технологические требования к конструкциям деталей, обрабатываемых шлифованием
К конструкциям деталей, обрабатываемых шлифованием, предъявляется ряд требований, обеспечивающих их технологичность. Технологичной является конструкция детали:
- у которой необрабатываемые и обрабатываемые поверхности детали, находящиеся в одной плоскости, разделены канавкой;
- предусмотрены центровые отверстия для ступенчатых валов и установочные фаски у пустотелых валов для их фиксации при обработке;
- предусмотрены технологические канавки для входа и выхода шлифовального круга;
- обрабатываемые поверхности должны располагаться в одной плоскости;
- все плоские обрабатываемые поверхности в конструкции должны располагаться параллельно или перпендикулярно базовой поверхности детали.
Шлифованием обрабатываются только жесткие детали, не деформирующиеся в процессе обработки. Способ не допускает обработки малых отверстий.