Процессы и инструмент абразивной обработки

Шлифованием называют метод обработки резанием, при котором припуск удаляется множеством абразивных зерен имеющих случайную форму и размеры. В основе механизма резания при шлифовании лежит метод царапанья. Зерна в целом объединены в особый инструмент называемый шлифовальным кругом. Взаимное распределение зерен в шлифовальном круге также носит случайный характер. Шлифование является окончательным видом обработки и в значительной степени определяет эксплуатационные характеристики деталей.

Шлифование позволяет получать точность размеров (поверхности) до 6 квалитета и шероховатость Ra=0.08 мкм.

Основные схемы шлифования

Схема плоского шлифования приведена на рисунке 147.

. На рисунке 148 приведена схема круглого наружного шлифования.

Рисунок 147 Рисунок 148

Схема круглого внутреннего шлифования представлена на рисунке 149. На рисунке 150 изображена схема торцевого шлифования.

Рисунок 149 Рисунок 150

Принципиальные кинематические схемы шлифования.

С труктура шлифовальных кругов

Шлифовальный круг состоит из абразивных зерен, обладающих высокой твердостью и теплостойкостью, связки (керамической, металлической, органической и других), а также пор, которые играют роль впадин для размещения стружки. С большим приближением шлифовальный круг можно рассматривать как фрезу с большим количеством зубьев. Поэтому параметры срезаемого слоя при шлифовании определяются также как и при фрезеровании.

Углы резания при шлифовании колеблются в очень широких пределах g от -75 до 75 градусов, а a до 12 градусов. Соотношение объемов зерен и пор называют структурой круга. Выделяются следующие виды структур:

- Плотная структура применяется для тонкого отделочного шлифования.

- Средние структуры для получистового и чистового шлифования.

- Открытые структуры — для чернового и обдирочного шлифования. В открытых структурах стружка выбрасывается центробежными силами.

- Высоко открытые структуры используются для обработки мягких материалов.

Зернистость абразивного материала

Зернистость — одна из основных характеристик абразивного материала (абразивных зерен). После дробления зерен до требуемой величины (максимальный размер зерна менее 2 мм) их сортируют по размерам (просеивают через сито или обрабатывают центрифугированием). По ГОСТу различают следующие размеры абразивных зерен:

- Шлифозерно (2000…100 микрон);

- Шлифопорошок (125…40 микрон);

- Микропорошок (50…10 микрон);

- Тонкий порошок (10…3 микрон).

Зерну, которое задерживается на сите, присваивается номер зернистости соответствующий размеру ячейки сита в микронах. Например, зернам, прошедшим ячейку 250*250 микрон, но задержавшимся на сите 200*200 микрон присваивают номер 20. Совокупность зерен от 250…200 микрон называется основной фракцией. В любом абразивном инструменте основная фракция составляет от 40...60%. Чем больше размер зерна (выше зернистость), тем больше прочность абразивного круга и хуже шероховатость обработанной поверхности. Наиболее часто используют круги с размером зерна от 400...160 микрон.

Для алмазного и эльборного инструмента зернистость маркируется (обозначается) дробью. Например, , где числитель — размер верхнего сита, а знаменатель — размер нижнего.

Зернистость следует увеличивать в следующих случаях:

- При увеличении припуска на обработку;

- При снижении требований к точности и шероховатости обрабатываемой поверхности;

- При уменьшении твердости и увеличении вязкости обрабатываемого материала;

- При замене керамической связки на органическую связку.

Форма шлифовальных кругов

Наиболее широкое и разнообразное применение имеют круги прямого профиля ПП. Они используются для круглого наружного, внутреннего бесцентрового и плоского шлифо-вания. В тех случаях, когда зажимные фланцы могут помешать подводке круга к зоне шлифования, для их размещения предусматриваются вы-точки с одной (ПВ) или двух (ПВД) сторон. Конические выточки у кругов ПВК, ПВДК с одного или двух торцов служат для того, чтобы уменьшить площадь соприкосновения боковой поверх-ности круга с заготовкой при шлифовании буртиков и фланцев на круглошлифовальном станке, что уменьшает тепловыделение и улучшает отвод стружки. Круги формы Д, называемые дисками, предназначены для различных отрезных и прорезных работ и шлифования глубоких пазов. Они имеют при довольно значительных диаметрах весьма малую толщину. Круги-кольца 1К применяют для плоского шлифования торцом круга деталей, имеющих небольшую площадь контакта с кругом. Они крепятся к планшайбе станка с помощью цементирующих веществ. В этом случае, когда желательно более прочное крепление, применяют круги 2К. Крепление тонких кругов-колец ненадежно. С целью более прочного крепления в этом случае применяют круги ЧЦ и ЧК, чашки цилиндрические и конические, закрепляемые на шпинделе с помощью зажимных фланцев. Кругами ЧЦ и ЧК пользуются для заточки инструментов. Круги формы ЧК употребляют также для, плоского шлифования труднодоступных мест, например ласточкиных хвостов направляющих станин и т. п. В случаях еще более резкого ограничения свободного пространства в зоне шлифования применяют круги тарельчатой формы 1T; 2Т; ЗТ на кругах формы ПП для аналогичных операций предусматривают конический профиль (формы 2П, ЗП, 4П).

Н аряду с рассмотренными исполь-зуются круги специального назначения, предназначенные для обработки опреде-ленных деталей и имеющие соответс-твующую им форму. Шлифовальные круги малых размеров называют головками.

Они применяются для внутреннего шлифования, снятия заусенцев и зачистки фасонных поверхностей, где не могут быть применены шлифовальные круги. Для крепления головки имеют несквозное отверстие, куда вставляется шпилька, закрепляемая посредством отвердевающего клеящего вещества.

Крепление кругов на станках, за исключением кольцевых К, состоит в том, что круг своим отверстием надевается с зазором на цилиндрическую посадочную часть и зажимается между фланцами или другими деталями с помощью гаек или винтов. Между кругом и фланцами помещают прокладку из эластичного материала для более равномерного распределения давления по поверхности соприкосновения. Различные конструктивные варианты крепления кругов п оказаны ниже.

Твердость абразивных инструментов

Твердость абразивных инструментов характеризуется соотношением связки и абразивного инструмента, а также вырыванием зерен под действием внешних сил.

Абразивные инструменты по твердости делят на 8 степеней, начиная от весьма мягких (ВМ) до чрезвычайно твердых (ЧТ).

Некоторые примеры маркировки:

СМ — средней мягкости,

СТ — средней твердости,

ВТ — высокой твердости и другие.

Чем выше твердость абразивного круга, тем медленнее он изнашивается. Износ режущих зерен состоит в округлении режущих кромок в процессе работы, что увеличивает трения, силы и температуру.

Если твердость круга выбрать слишком маленькой, то зерна быстро изнашиваются и круг не может реализовать свои режущие свойства. При правильно выбранной твердости круга, круг работает в режиме самозатачивания - возрастающие силы резания и трения на затупившихся зернах, вырывают их с поверхности круга, тем самым, открывая острые кромки других зерен.

Явление засаливания шлифовальных кругов.

Микростружка, срезанная отдельным зерном, может размещаться только в объеме поры. Если обрабатываемый материал является очень вязким, то поры на поверхности круга быстро заполнятся стружкой, то есть круг засаливается и теряет способность резать, поскольку обрабатываемый материал контактирует не с абразивным материалом, а с металлом в порах.

Правка кругов (восстановление режущих способностей) осуществляется с помощью алмазного карандаша или других инструментов с целью снятия изношенной и засаленной поверхности круга.

Износ абразивных кругов

Износ кругов происходит вследствие образования на вершинах зерен площадок износа с углом α=0. А также из-за вырывания зерен из связки под действием сил резания. Структура абразивных кругов характеризуется соотношением объемов между объемным содержанием зерен и связки, и обозначается номерами от 0…12.

Обозначения абразивных кругов

Алмазные круги состоят из корпуса и алмазоносного слоя, закрепленного на нем. Корпус круга изготовляют из стали 45 или Ст.З, алюминиевого сплава АК6, алюмобакелитового пресс-порошка и керамики. Алмазоносный слой состоит из алмазов, связки и наполнителя. Толщина алмазоносного слоя у большинства кругов находится в пределах 1,5—3,0 мм, В некоторых случаях у больших инструментов толщина алмазоносного слоя повышается до 5 мм и более. Ширина алмазоносного слоя зависит от условий работы круга и может колебаться в значительных пределах. Для изготовления алмазно-абразивного инструмента применяются в основном органическая, металли-ческая и керамическая связка.

Кроме шлифования к абразивной обработке относятся:

- Хонингование;

- Суперфиниширование;

- Доводка.

На рисунке ниже слева изображена принципиальная схема хонингования. Хонингование применяется для обработки внутренних цилиндрических поверхностей с высокими требованиями к качеству поверхности (припуск на хонингование составляет 0.1…0.01 мм).

Н а правом рисунке изображена принципиальная схема доводки. Доводка обеспечивает еще лучшее качество поверхности и большую точность по сравнению с предыдущими методами. Здесь используется сводные не связанные абразивы в виде паст и суспензий. Они попадают в зазор между обрабатываемой поверхностью и инструментом, который называется притиром. Физический смысл доводки — избирательное срезание вершин микро выступов. Припуск 10…20 мкм.

Абразивные бруски прижимаются к обрабатываемой поверхности либо с постоянной силой при помощи пружин или гидравлики, либо получают принудительную радиальную подачу. Количество брусков в зависимости от диаметра обрабатываемой поверхности колеблется от 1 до 12. В процессе хонингования в резании участвуют в 100—1000 раз больше абразивных зерен, чем при шлифовании, благодаря чему обеспечивается высокая производительность процесса. Скорость же резания и усилия при хонинговании выбираются гораздо меньшими, чем при шлифовании. Благодаря этому наблюдается низкая температура в зоне резания, что совместно со сложным движением брусков относительно заготовки обеспечивает высокую точность и качество обработанной поверхности. В качестве абразива для брусков применяют зеленый карбид кремния для чугуна и белый электрокорунд для стали на керамической, бакелитовой однокомпонентной ОС и других связках.

Хонингование прерывистых поверхностей, типа шлицевых отверстий, проводится наклонными хон-брусками. Угол наклона брусков колеблется в пределах от 15 до 45° и выбирается таким образом, чтобы обеспечить постоянное перекрытие прерывистого участка поверхности детали. Одним из методов финишной обработки наружных поверхностей является суперфиниширование

Х арактерной особенностью этого процесса обработки является быстрое колебательное движение бруска, прижимаемого с определенным давлением к обрабатываемой поверхности. Заготовка при обработке совершает вращение вокруг своей оси. Если длина детали велика, то схема обработки включает также движение подачи брусков вдоль оси детали. Такая кинематическая схема обработки приводит к сложной траектории движения бруска по поверхности детали, что обеспечивает работу различных граней абразивных зерен, способствует самозатачиванию брусков, удалению из зоны резания отходов обработки. Суперфиниширование производится брусками из электрокорунда белого и карбида кремния зеленого на керамической связке, зернистостью от 3 до М14, твердостью M1—СМ2.