4 Особенности шлифования
Шлифование выполняют быстровращающимися кругами, выполненными из абразивных материалов. Именно вращение шлифовального круга является главным движением. Скорость резания от 25 до 32 м/с, при скоростном шлифовании может достигать 60 м/с.
Различают следующие виды шлифования: круглое, внутреннее, бесцентровое, плоское. Для выполнения этих видов шлифования производят следующие шлифовальные станки: кругло-шлифовальные, внутришлифовальные, универсально-шлифовальные (объединяющие возможности первых двух), бесцентрово-шлифовальные, плоскошлифовальные и их разновидность продольно-шлифовальные.
На кругло-шлифовальных станках выполняют обработку наружных и торцовых поверхностей тел вращения. Эти станки могут иметь параллельными оси шпинделей изделия и шлифовального круга. В этом случае торец заготовки шлифуют торцом круга. Во избежание прожогов торец круга нужно поднутрить таким образом, чтобы с торцом заготовки контактировал узкий поясок круга. В другом исполнении станков оси круга и заготовки не параллельны. Это, так называемые, станки с «косым кругом». Такое исполнение создает условие для шлифования как наружных поверхностей, так и торцов заготовки периферией круга. Вращение заготовки – основное движение подачи. Кроме этого круг смещается вдоль заготовки (кроме врезного шлифования, когда это движение отсутствует) и врезается на глубину.
Внутришлифовальные станки служат для обработки отверстий и торцов также на телах вращения. Движения подачи аналогичны движениям на кругло-шлифовальных станках.
На универсально-шлифовальных станках можно обрабатывать все поверхности тел вращения, так как эти станки имеют два шлифовальных шпинделя: один для наружных, другой для внутренних и торцовых работ.
На бесцентрово-шлифовальных станках обрабатывают наружные поверхности двумя кругами, из которых один является рабочим, а второй – ведущим. Ведущий круг придает заготовке, свободно лежащей между кругами, круговое движение подачи.
Существует два способа бесцентрового шлифования.
При первом способе оси кругов лежат в одной плоскости. Ведущий круг, приближаясь к рабочему, реализует радиальную подачу врезания. Если оси кругов параллельны, то шлифуемая поверхность становится цилиндрической. Если оси не параллельны, то поверхность коническая. Этот способ применяют при обработке сравнительно коротких деталей, длина которых не превышает ширины шлифовальных кругов.
При втором способе оси лежат в непараллельных плоскостях, между осями образуется перекос. Такое расположение осей приводит к тому, что заготовка вовлекается в поступательное движение между кругами. Диаметр обрабатываемого изделия равен наименьшему расстоянию между кругами. Способ используют при обработке прутков значительной длины.
Плоское шлифование напоминает строгание, в котором резец заменен шлифовальным кругом. Стол с заготовкой совершает продольное возвратно-поступательное движение, которое является основной подачей. Кроме этого имеются еще две подачи: одна в поперечном направлении, перпендикулярном продольному, и другая подача врезания на глубину.
При всех видах традиционного шлифования (круглом, внутреннем, плоском) во избежание прожогов нельзя особенно медленно осуществлять основную подачу. Практика показывает, что величина основной подачи должна лежать в диапазоне 15 – 35 м/мин. Это довольно быстрое перемещение. Подача в поперечном направлении может быть тоже довольно большой. Ее величину связывают с поворотом заготовки на один оборот (при круглом, внутреннем и бесцентровом шлифовании). Поперечное смещение шлифовального круга должно составить некоторую долю от ширины круга. Величина врезания мала и составляет несколько микрометров, не более 30.
Кроме описанного традиционного шлифования в последние годы находит все большее применение глубинное шлифование. Понять разницу между традиционным и глубинным можно на примере плоского шлифования. Традиционное выполняют с малой глубиной и большой скоростью продольной подачи, способ напоминает строгание. Глубинное шлифование выполняют с большой глубиной на малой скорости продольной подачи, способ напоминает фрезерование цилиндрической фрезой.
Глубинное шлифование приводит к росту производительности, поэтому правомерен вопрос: нельзя ли вообще отказаться от традиционного и перейти к глубинному шлифованию? Изучим более внимательно особенности выполнения глубинного шлифования.
Прежде всего, необходимы высокопористые шлифовальные круги. Плотность кругов настолько мала, что без труда можно продуть насквозь довольно широкий круг. Образуется очень много шлама из продуктов правки кругов и шлифования, в связи с чем требуется интенсивная очистка СОЖ. Главный привод должен обладать большей мощностью, чем при традиционном шлифовании. Становится ясным, что для реализации глубинного шлифования необходимы специальные шлифовальные круги и станки, обладающие характеристиками, отсутствующими у традиционных станков.
ГОСТ 2424-83 определяет типы и основные размеры шлифовальных кругов: Тип 1 – прямого профиля
Тип 2 – кольцевые
Тип 3 – с коническим профилем
Тип 4 – с двухсторонним коническим профилем
Тип 5 – с выточкой
Тип 6 – чашечные цилиндрические
Тип 7 – с двусторонней выточкой
Тип 11 – чашечные конические
Тип 12 и 14 – тарельчатые
Тип 23 – с конической выточкой
Тип 26 – с двухсторонней конической выточкой
ГОСТ 21963-82 определяет размеры отрезных кругов.
В качестве абразивных материалов в кругах используют (приведены материал и его обозначение):
– нормальный электрокорунд 15А;
– белый электрокорунд 23А, 24А, 25А;
– хромотитанистый электрокорунд 93А, 94А;
– кремниево-магниевый электрокорунд 91А, 92А;
– монокорунд 43А, 44А, 45А;
– зеленый карбид кремния 63С, 64С;
– черный карбид кремния 53С, 54С, 55С;
В виде порошков используют абразивный материал карбид бора.
Круги имеют 3 класса точности: Б, А, АА, которые отражают размеры, форму и взаимное расположение поверхностей.
ГОСТ 3960 определяет 4 класса неуравновешенности кругов (1, 2, 3, 4), которая измеряется в граммах на наружном диаметре круга.
Зернистость кругов определяется по ГОСТ 3647-80 размерами зерна в мкм:
шлифзерно – 2000 –160
шлифпорошки – 125 – 40
микропорошки – 63 – 14
тонкие микропорошки 10 – 3
Твердость в порядке повышения твердости:
М1, М2, М3, СМ1, СМ2, СМ3, С1. С2, С3, Т1, Т2, Т3.
Связки бывают керамические К, бакелитовые Б, вулканитовые В.
Плотность связки определяет одну из 12 структур круга: 1, 2,…….12. Круги с высоким номером плотности (более 8) называются высокопористыми.
Приведем обозначение круга по ГОСТ2424-83 прямого профиля типа 1 с наружным диаметром 500 мм, шириной 50 мм, диаметром отверстия 305 мм; материал зерна – белый электрокорунд 24А; зернистостью шлифпорошков 100 мкм; средне-мягкие по твердости; седьмой структуры; с керамической связкой; допустимой скоростью 35м/с; класса точности А; первого класса неуравновешенности:
1 500х50х305 24А 10-П
СМ2 7 К 35
А 1 ГОСТ2424-83
Круги являются режущим инструментом, обладающим невысокой стойкостью. Спустя некоторое время после начала работы происходит затупление зерна и засаливание круга. Под последним термином понимают насыщение связки срезанными частицами. Режущая способность круга снижается, возрастает мощность, затрачиваемая на резание, и тепловыделение. Необходима правка круга, при которой затупившиеся зерна выкрашиваются, а засаленная связка удаляется. Обычно при правке снимают слой круга более 0,1 мм.. Известны следующие способы правки.
Правка шарошкой. Этот инструмент представляет собой набор тонких пластинок в виде зубчатых колесиков, сидящих на оси.
Правка твердосплавным роликом. Ролик также сидит на оси, но ось вращается в точных подшипниках.
Правка стальным накатником. Такая правка обычно используется для профилирования фасонных кругов. Накатники представляют собой фигурные ролики, изготовленные из закаленной легированной стали. Наружную поверхность прорезают наклонными продольными канавками с целью интенсификации процесса выкрашивания. Накатники сидят на оси и приводятся во вращение при радиальном соприкосновении со шлифовальным кругом.
Правка алмазным карандашом. Карандаш – цилиндрический стержень с мелкими алмазными зернышками, вкрапленными слоями в твердый сплав. Чаще используют зерна искусственных алмазов.
Правка алмазом в оправе. Этот инструмент представляет собой заостренный стальной стержень, в вершине которого расположено зачеканенное зерно естественного алмаза довольно крупного размера, от 0.25 карат и более. Внешне алмаз в оправе больше похож на карандаш, чем собственно алмазный карандаш, из-за чего иногда возникают ошибки при оснащении алмазным инструментом рабочего места. Алмаз в оправе – инструмент более высокого уровня не только в связи с использованием более качественного сырья. Он работает одной вершиной (всего в кристалле их шесть), что позволяет при правке выполнять копировальные работы, придавая шлифовальным кругам необходимый профиль. При зубо- и резьбошлифовании никогда не используют алмазные карандаши, отдавая предпочтение алмазам в оправе или алмазным шлифовальным роликам.
Сама процедура правки алмазным карандашом и алмазным роликом внешне напоминает точение, при котором роль заготовки выполняет круг, а роль резца алмазный инструмент. Но правку выполняют в обе стороны, на первых рабочих ходах дают наибольшую глубину до 0,1 мм.
Правка алмазным роликом. И алмазный ролик, и шлифовальный круг имеют в режиме правки принудительное вращение, но правящий ролик вращается значительно быстрее. Ролик является режущим инструментом, а круг – обрабатываемой заготовкой. Кроме вращения ролик периодически подается на круг в радиальном направлении. Ролики могут иметь фигурный профиль, и ширину, превышающую ширину круга. В этом случае для правки достаточно радиальной подачи. Но могут использоваться и узкие алмазные ролики, рабочая грань которых перемещается по программе, образуя фигурный профиль круга.
Алмазные зерна роликов размещены в твердосплавной связке, толщина алмазонесущего слоя составляет несколько миллиметров. Принято считать, что за 10 тысяч правок диаметр алмазного ролика в результате износа уменьшается на 0,01 мм. Но, чаще всего, износ роликов происходит равномерно, и их точность сохраняется очень длительное время.
Имеется два режима правки: 1) обычный, направленный на выкрашивание затупившихся зерен и удаление засаленного слоя и 2) режим финишной правки. При первом режиме восстанавливается режущая способность круга, шероховатость обработанной поверхности связана с его зернистостью. Чем больше зернистость, тем хуже шероховатость. При втором режиме режущая способность круга снижается, но можно достичь самой лучшей шероховатости независимо от зернистости круга.
Первый режим выполняют при большой глубине и большой подаче алмазного инструмента, лучше всего алмаза в оправе. При втором режиме алмаз перемещается по поверхности шлифовального круга с малой глубиной и очень малой подачей, не более 0,005 мм за один оборот круга. Алмаз при таком режиме не выкрашивает, а перерезает зерна, делая круг идеально гладким. Отшлифованная поверхность может стать зеркальной, что свидетельствует о шероховатости в сотые доли миллиметра по Ra.
При выполнении финишного шлифования не следует забывать о чистоте СОЖ и необходимости отсутствия вибраций.
Еще важно понимать, что правка круга – это его механическая обработка, и все законы возникновения погрешностей на нее распространяются. Необходимо, чтобы устройство правки обладало высокой жесткостью. При малой жесткости исходная погрешность круга будет сохраняться и передаваться в виде погрешности формы шлифуемой поверхности.
Шлифование может выполняться периферией и торцом круга. Шлифование периферией круга более производительно, и ему всегда следует отдавать предпочтение. При шлифовании все противоположно фрезерованию, при котором торцовое и более производительно, и более надежно.