Виды шлифования, режим резания

Наиболее распространено круглое внешнее шлифо­вание в центрах.

Шлифование с продольной подачей (рис. 407,а). Шлифовальный круг вращается с окружной скоростью Vk (м/с), которая является скоростью резания и опреде­ляется по формуле

_v_. nD_Kn_K ^к 60-1000 '

где £>_к — диаметр круга, мм; п_к — число оборотов круга в минуту.

Скорость вращения (м/мин) заготовок определяется из формулы nD₃n₃

Со - ' •

³ 1000

гдеD₃— диаметр обрабатываемой заготовки, мм; п₃ — число оборотов заготовки в минуту, об/мин.

Вращение заготовки является круговой подачей. Круг или заготовка совершает возвратно-поступатель­ное продольное перемещение вдоль оси — продольную подачу (Snp), которая измеряется в миллиметрах на один оборот заготовки или в долях ширины круга {В).

в Л . 1 «   . S         ----- — «в-

 

c-

■~>np

II tt

в

5 V_K

у-:'.~\~Sn v₃

ft

i>f-L g

© £

Ы Sn

йЩЫ

Рис. 407. Схешы шлифования поверхностей заготовок на шлифовальных станках

Перемещение круга в направлении, перпендикуляр­ном его оси, является поперечной подачей, имеет пре­рывистый характер и происходит в конце.одного или нескольких ходов продольной подачи.

Шлифование с поперечной подачей или врезное шли­фование (рис. 407,6). Такое шлифование применяют для обработки заготовок относительно небольшой дли­ны, фасонных.с заправкой круга по заданному профи­лю. В отличие от предыдущего метода продольной по­дачи нет, а поперечная подача непрерывная.

Глубинное шлифование (рис. 407,в). Шлифоваль­ный круг устанавливают сразу на полную глубину шлифования. Обрабатывают за один или два продоль­ных хода круга (стола). Глубина шлифования до 0,1—- 0,4 мм. Продольная подача мала: 5пр=1-=-5 мм/об.

Круг заправляют на конус, что облегчает процесс резаиия. Глубинное шлифование используют для обра­ботки коротких и жестких заготовок.

Бесцентровое шлифование (см. рис. 407,г). Это шлифование используют в массовом и крупносерийном производстве. Заготовку не крепят в центрах, а про­пускают между двумя кругами, опирая ее на упор.

Шлифующий круг совершает работу резания — сня­тие стружки, а ведущий сообщает заготовке вращение и продольное поступательное перемещение, для чего он повернут под углом а к оси заготовки. Чтобы сохра­нить способность ведущего круга вращать и переме­щать заготовку, ему придают форму гиперболоида вращения.

Круглое внутреннее шлифование. При обычном вну­треннем круглом шлифовании (см. рис. 407,5) все дви­жения заготовки и круга такие же, как и при наруж­ном шлифовании с продольной подачей. Диаметр круга выбирают в зависимости от диаметра Д> шлифуемого отверстия: D_K= (0,8-^-0,9)D₀.

При шлифовании отверстий в крупных тяжелых заго­товках применяют внутреннее планетарное шлифование (см. рис, 407, е). В этом случае заготовка неподвижна, а круг вращается относительно своей оси и оси шлифуе­мого отверстия (планетарное движение), а также со­вершает продольную и поперечную подачу.

Плоское шлифование осуществляется на станках с прямоугольным столом периферией плоского круга прямого профиля (см. рис. 407, ж) или торцом чашеч- иого круга (см. рис. 407, з), а также на станках с круг­лым столом, работающих по принципу карусельных станков, периферией круга (см. рис. 407, гг) или торцом круга (см. рис. 407,к).

Скоростное шлифование при скоростях круга 50— 100 м/с позволяет улучшить чистоту обработанной по­верхности, а при неизменной чистоте поверхности повы­шает производительность обработки.

Так, если увеличить скорость круга v_Kв два раза по сравнению с обычным шлифованием, т. е. до 60 м/с, то при сохранении той же чистоты обработанной по­верхности можно увеличить окружную скорость заго­товкиv₃в четыре раза и соответственно уменьшить тех­нологическое время обработки.

Для скоростного шлифования применяют специаль­ные круги с повышенным сопротивлением разрыву от действия центробежных сил, как правило, высокопори­стые круги, имеющие небольшую массу.

АЛМАЗНОЕ ШЛИФОВАНИЕ

Особенностью шлифования являются значительные контактные напряжения до 10 000 кгс/мм² и. температу­ры до 1000° С, которые возникают из-за неблагоприят­ной формы абразивных зерен (большие углы резания) и весьма неблагоприятного соотношения между толщи­ной среза на одно зерно и радиусом закругления режу­щего лезвия. В результате значительная часть зерен не режет, а проскальзывает. Этому способствует также и хаотическое расположение зерен в массе круга, они не заполняют всей поверхности круга и не лежат в одной плоскости.

Высокие напряжения и температуры возникают лишь в очень тонких поверхностных слоях обрабатывае­мой заготовки и резко уменьшаются в направлении, йОрмальном к шлифуемой поверхности. В поверхност­ном слое обрабатываемой детали происходят структур­ные превращения, появляются значительные временные и остаточные напряжения. Шлифование, как прави­ло, — окончательная чистовая операция и дефекты в поверхностном слое готовых изделий оказывают суще­ственное влияние на их эксплуатационные свойства.

Пороки шлифования можно существенно снизить, применяя алмазное шлифование.

Алмазное шлифование получило широкое распрост­ранение в связи с появлением синтетических алмазов. Алмаз обладает твердостью в 2,5 раза больше, чем твердость карбида бора и карбида кремния, а радиус закругления режущего лезвия в шесть раз меньше. Ал­маз отличается также малым коэффициентом линейного расширения и высокой теплопроводностью.

Алмазное зерно способно срезать тончайшие струж­ки с минимальной нагрузкой на зерно.

Механизм резания при шлифовании алмазным кру­гом характеризуется суммарным взаимодействием ал­мазного зерна и связки с обрабатываемым мате­риалом.

Связка алмазных кругов. Круги на бакелитовой связке обеспечивают высокую чистоту обработанной поверхности заготовки за счет полирующего действий самой связки, а также уменьшения сил резания й тем­пературы. Эластичность связки позволяет зерну не­сколько вдавливаться в массу круга, что снижает износ его и улучшает чистоту поверхности.

Металлическая связка, делается, как правило, на меднооловянной основе, обладает высокой прочностью и износостойкостью. Круги на этой связке отличаются долговечностью, хорошо сохраняют свою геометриче­скую форму. Применяют их главным образом для опе­раций предварительного шлифования, съема больших припусков, а также фасонного шлифования.

Металлическая связка прочно удерживает алмазные зерна, поэтому обеспечивает меньший расход алмазов. Однако силы и температура резания увеличива­ются. Наблюдается склонность к засаливанию и адгезии, что ухудшает чистоту обработанной поверх­ности.

■ Концентрация характеризует объемное содержание алмазов в алмазоносном слое. За 100%-иую концентра­цию принимают содержание 4,39 карата алмазов в 1 см³ алмазоносного слоя, или 0,878 мг на 1 мм³. Раз­личают круги 25, 50, 100, 150, 200%-ной концент­рации.

Алмазное шлифование используют чаще всего при шлифовании (заточке) твердосплавных инструментов и при отделочных операциях. В последние годы наряду с синтетическим алмазом нашел применение кубиче­ский нитрид бора (эльбор). При прочих равных свойст­вах эльбор восполняет существенный недостаток алма­за, его относительно низкую теплостойкость. У алмаза оиа составляет приблизительно 800° С, а у эльбора до 1400° С.

ШЛИФОВАЛЬНЫЕ СТАНКИ

Шлифовальные станки общего назначения разделя­ются на круглошлифовальные (центровые и бесцентро­вые), внутришлифовальные, плоскошлифовальные, резь- бошлифовальные, зубошлифовальные, заточные и др.

 

Круглошлифовальный станок модели 3155 (рис. 408). Предназначен для шлифования в центрах цилиндриче­ских, конических, фасонных и плоских торцовых поверх­ностей заготовок.

Максимальные размеры обрабатываемых заготовок: диаметр 200 мм, длина 750 мм. Узлы станка: передняя бабка /, задняя бабка //, шлифовальная бабка III, ста­нина IV, гидропривод стола с панелью V, стол с пово­ротной плитой VI.

Органы управления станком: маховичок ручного пе­ремещения шлифовальной бабки 1, рукоятки управле­ния гидроприводом 2, маховичок ручного продольного перемещения стола 3, кнопочная станция 4..

Движение продольной подачи осуществляется от гидропривода со скоростью от 0,1 до 10 м/мин. По­перечная подача шлифовальной бабки происходит так­же от гидропривода в пределах от 0,01 до 0,03 мм иа один или несколько ходов стола.

Главное вращательное движение шлифовального круга осуществляется от электродвигателя через клино-«

Рис. 409. Плоскошлифовальный станок модели ЗБ722

 

ремеиную передачу. Круг имеет постоянное число обо­ротов 1000 об/мин.

• Вращение обрабатываемой заготовки происходит от другого электродвигателя через ременные передачи на шпиндель, который имеет числа оборотов от 75 до 300 об/мин.

Плоскошлифовальный станок модели ЗБ722 (рис. 409). По направляющим станины / станка с по­мощью гидропривода возвратно-поступательно переме­щается стол 2 с магнитной плитой 3, на которой уста­навливают обрабатываемую заготовку. На боковой по­верхности стола установлены упоры 4, которые через рычаг 5 реверсируют движение стола. Скорость движе-

50—481

ния стола регулируется в пределах от 2 до 40 м/мин.

На станине установлена колонна 6, по вертикаль­ным направляющим которой перемещается каретка со шлифовальной бабкой 7, на шпинделе которой уста­новлен шлифовальный круг 8. Вертикальное перемеще­ние каретки со шлифовальной бабкой для установки глубины резания может быть ручным или автомати­ческим.

Поперечную подачу имеет шлифовальная бабка, которая переме­щается вручную или ме­ханически со скоростью от 0,5 до 30 мм за каж­дый ход стола.

Вращение шлифо­вального шпинделя осу­ществляется электродви­гателем.

Плоскошлифовальный станок с круглым столом, работающий торцом ча­шечного круга, показан на рис. 410.

На направляющих станины / перемещаются салаз­ки 2 с круглым вращающимся столом 3. На станине установлена колонна 5, по направляющим которой пе­ремещается в вертикальной плоскости, шпиндельная бабка 4. На шпинделе крепят чашечный, чаще всего сборный, шлифовальный круг. Вертикальная подача осуществляется от специального привода с храповым устройством. Станок имеет устройство для быстрого перемещения шпиндельной бабки.

Глава 10

ОТДЕЛОЧНАЯ ОБРАБОТКА ПОВЕРХНОСТЕЙ ЗАГОТОВОК

н

•Чг

□ fl

]

ЕЕ

- «си

m

	№

Vfip-

Рис. 410. Принципиальная схема плос­кошлифовального стайка с круглым столом

При изготовлении деталей современных машин, ра­ботающих с большими скоростями и значительными на­грузками, к качеству обработки их поверхностей, точно­сти формы и размеров предъявляют высокие требова­
ния, которые нельзя удовлетворить методами обработки, описанными выше.

Общим для отделочных операций является тща­тельная предварительная обработка заготовок перед отделкой, так как отделкой можно обеспечить высокое качество поверхности только при малых сечениях сре­за, когда сила и температура резания невелики.

Наибольшее распространение получили следующие методы отделочной обработки заготовок: тонкое обта­чивание; растачивание и фрезерование; тонкое шлифо­вание; хонингование; суперфиниширование; притирка (доводка); шлифование и полирование абразивной лентой.

ТОНКОЕ ТОЧЕНИЕ

Особенностью процесса являются большие скорости резания и малые сечения срезаемого слоя. Наилучшим материалом режущей части резцов для тонкого точения и растачивания заготовок из цветных металлов и спла­вов, неметаллических материалов в условиях серийного и массового производства являются алмазы, обладаю­щие высокой размерной стойкостью. Применение их особенно выгодно там, где обрабатывают заготовки из материалов, имеющих повышенные абразивные свой­ства (фибра, резина, изоляционные материалы). Хруп­кость и склонность к диффузии ограничивают примене­ние алмазов при обработке заготовок из стали и чу­гуна.

Для отделочной обработки заготовок из черных ме­таллов применяют резцы, оснащенные твердым спла­вом. В последнее время для тонкого точения и раста­чивания сталей высокой твердости применяют резцы, оснащенные кубическим нитридом бора.

Для тонкого точения и растачивания применяют станки, обладающие высокой жесткостью и точностью.

Для достижения высокого качества поверхности и точности размеров большое значение имеет тщатель­ность доводки режущих поверхностей инструмента. При растачивании глубоких отверстий или при повышен­ных требованиях к их точности обработку проводят за два прохода. При тонком точении высота шероховато­стей находится в пределах 8—9-го классов чистоты. Структура поверхностного слоя значительно лучше, чем при шлифовании. Точность обработки лежит в преде­лах 2-го и даже 1-го классов точности.

SO*

ТОНКОЕ ШЛИФОВАНИЕ

Его назначение — обработка наружных и внутрен­них цилиндрических поверхностей при высоких требо­ваниях к точности размеров и формы с одновременным требованием высокой чистоты поверхностей. Тонкое Шлифование обеспечивает точность размеров по 3-му классу точности, а шероховатость поверхности — в пре­делах 10-го класса чистоты.

Высокая точность достигается за счет срезания очень тонких стружек (~5 мкм) мягкими, высокопори­стыми кругами зернистостью 25—12 на керамической связке при высокой жесткости и точности механизмов поперечной подачи шлифовальных станков. Обрабаты­вают валы диаметром от 7 до 150 мм при длине до 200—300 мм, отверстия диаметром 6—100 мм. Припуск на шлифование составляет 5—10 мкм.

Часто последние проходы выполняют методом выха­живания, т. е. без подачи шлифовального круга на глубину резания. Таким образом компенсируются по­грешности механизма подачи и упругие деформации.

Можно повысить точность и снизить шероховатость обработанной поверхности, если вместо шлифования периферией круга применять тонкое шлифование тор­цом круга. В этом случае ось шлифовального круга рас­полагают несколько выше оси обрабатываемой заготов­ки и перпендикулярно к ней.

ХОНИНГОВАНИЕ

Метод отделочной обработки поверхностей загото­вок абразивными брусками, совершающими сложное движение по отношению к обрабатываемой поверх­ности.

Хонингование применяют чаще всего при обработке сквозных цилиндрических отверстий; при этом исправ­ляют в определенных пределах погрешности формы обрабатываемого отверстия в заготовке.

Инструмент—хонинговальная головка (рис. 411, а) — представляет собой жесткий корпус, в пазах которого параллельно его оси размещены абразивные бруски 1, закрепленные в колодках 2, которые удерживаются в корпусе браслетными пружинами 4. Бруски могут пере­мещаться в радиальном направлении с помощью кону­сов 3 для регулирования размера (диаметра) инстру­мента..

Количество брусков в хонинговальной головке выби­рают в зависимости от диаметра отверстия кратным числу три. Для обработки глубоких отверстий примени* ют многорядное расположение брусков.

Рис. 411. Схема обработки цилиндрического отверстия хонингова- нием

 

Для предварительного хонингования используют бруски зернистостью 6—4, для окончательного М28— М14. При обработке стали применяют бруски из белого электрокорунда, при обработке чугуна — из карбида кремния. Бруски с зернами синтетического алмаза позволяют существенно повысить качество обрабатыва­емой поверхности.

Очень перспективно применение эластичных алмаз­ных брусков, которые состоят из двух слоев: алмазонос­ного— эластичного (резина Pi)и металлического ос­нования.

Особенность процесса заключается в автоматиче­ском поддержании глубины внедрения алмазных зерен в обрабатываемую поверхность заготовки. Эластичный подслой обеспечивает полнее прилегание поверхностей брусков к обрабатываемой поверхности. Поэтому вся рабочая поверхность брусков участвует в работе с са­мого начала. Сокращаются период приработки и про­должительность обработки. Высота шероховатостей снижается до 13-го класса чистоты, повышается точ­ность формы и размеров обрабатываемого отверстия.

При обработке хонинговальной головке, шарнирно соединенной со шпинделем станка, сообщаются два движения; вращательное со скоростьюv₀и возвратно- поступательиое (вдоль оси заготовки) со скоростьюv_a.

Траектория абразивного зерна относительно обраба­тываемой поверхности представляет собой винтовую линию, правую при движении хонинговальной головки вверх и левую при движении вниз. В результате на об­работанной поверхности появляется сетка винтовых рисок (см. рис. 411,6), что повышает эксплуатационные свойства обработанной поверхности. Для уменьшения высоты шероховатостей скоростиv₀и выбирают та­кими, чтобы после каждого двойного хода брусок по­падал в новое положение. Расстояние между последо­вательными положениями бруска называют перекры­тием.

Для обработки отверстия по всей длине заготовки необходимо, чтобы бруски имели некоторый перебег, т. е. выходили из обрабатываемого отверстия на вели­чину 15—20 мм за каждый торец заготовки.

Хонингование проводят с обильным охлаждением керосином или смесью керосина с веретенным маслом.

Для получения более высокой точности и снижения высоты шероховатостей обработанной поверхности хо­нингование ведут в несколько переходов, применяя все более мелкозернистые бруски.

Если припуск под окончательную обработку умень­шить до 0,05—0,012 мм, то можно получить высоту ше­роховатости, соответствующую 12-му и даже 13-му классу чистоты.

Хонингование проводят на специальных вертикаль- но-хонинговальных станках при обработке отверстий глубиной до 12 м. Для хонингования глубоких отвер­стий глубиной до 5 м (приd<C85 мм) используют гори- зонтально-хонингов альные станки.

СУПЕРФИНИШИРОВАНИЕ

Суперфиниширование — тонкая отделочная обработ­ка заготовок мелкозернистыми абразивными брусками, совершающими сложное движение относительно обра­батываемой поверхности. Чаще всего его используют для обработки наружных цилиндрических поверхностей.

Особенностью процесса суперфиниширования явля­ется незначительное давление бруска на обрабатывае­мую поверхность (0,5—3 кгс/см²).

Бруски прижимаются к обрабатываемой поверхно­сти заготовки пружинами, поэтому суперфиниширова­
ние не обеспечивает исправления формы отверстия пос­ле предшествующей операции.

Как показано на рис. 412, о, рабочие движения складываются из вращения заготовкиv_a,колебатель­ных осциллирующих движений брусков Д5пр малой амплитуды (3—5 мм) и продольного перемещения головки с брусками вдоль обрабатываемой заготов­ки 5_пр.

Рис. 412. Схема обработки наружной цилиндрической поверхности суперфи­нишированием

А-А

\

,=&я Tu pllf

При суперфинишировании смазывающе-охлаждаю- щая жидкость не только смывает продукты износа, но и образует масляную пленку, оказывающую существенное влияние на интенсивность съема металла.

Процесс резания происходит с постепенным сниже­нием съема металла и сводится практически к удале­нию шероховатостей, образованных на обработанной поверхности от предшествующей операции. В начале обработки, когда бруски опираются на выступы неров­ностей, давления будут большими. Масляная пленка прорывается, и абразивные зерна интенсивно срезают микронеровности. По мере срезания выступов шерохо­ватостей площадь контакта брусков с поверхностью обрабатываемой заготовки увеличивается, давление уменьшается и масляная пленка препятствует срезанию металла. Интенсивность съема металла постепенно уменьшается и затем прекращается, когда давление недостаточно, чтобы прорвать масляную пленку. Такой механизм процесса резания позволяет довести высоту шероховатости до 14-го класса чистоты.

На рис. 412,6 показан характер обрабатываемой поверхности в начале и конце процесса. Суперфиниши­рование проводят на специальных станках или с по­мощью приспособлений на универсальных токарных, расточных, карусельных и других станках.

ПРИТИРКА

Притирку применяют для окончательной отделочной обработки цилиндрических, конических, плоских, шаро­вых и других поверхностей, а также резьб и зубьев Зубчатых колес. Эта обработка обеспечивает чистоту поверхности, соответствующую 12—13-му классам чис­тоты, и точность в пределах 2-го и даже 1-го классов точности.

Притирку проводят абразивными зернами с по­мощью инструмента — притира — двумя способами: связанным абразивом, предварительно шаржирован­ным в притир, и свободным абразивом, который в виде смеси с жидкостью (суспензии) подается в рабочую зону или наносится на притир в виде пасты.

В процессе притирки происходит совместное химико- механическое воздействие на обрабатываемую поверх­ность заготовки: срезание тонких стружек и удаление окисных и адсорбированных пленок, образующихся на обрабатываемой поверхности в результате взаимодей­ствия ее с химически активными веществами. Жидкости служат также для подвода и равномерного распределе­ния абразивных зерен на поверхности притира, смазы­вают и охлаждают притир и обрабатываемую заготов­ку, удаляют отходы.

Большое влияние на интенсивность притирки оказы­вает вязкость жидкости. Чаще всего используют масло, керосин, вазелин. В качестве абразивных материалов используют электрокорунд, карбид кремния, карбид бора, окись хрома, синтетические алмазы.

Притиры для доводки заготовок из закаленной ста­ли изготавливают из серого перлитного чугуна, для цветных металлов и сплавов — из оптического стекла. Притир должен быть изготовлен очень точно, так как в большинстве случаев он копирует форму обрабаты­ваемой поверхности.

Процесс доводки может быть ручной и механичес­кий. Ручной процесс применяют в мелкосерийном про­изводстве или когда сложная форма заготовки затруд­няет механическую притирку. Механическая притирка на специальных доводочных станках повышает произ­водительность процесса и обеспечивает получение более высокого качества поверхности.

Основная особенность доводочных станков — слож­ные относительные рабочие движения притира и заго­товки, при которых абразивное зерно с каждым ходом притира относительно заготовки проходит по новой траектории.