3.8 Абразивная обработка.

Шлифование - метод обработки материалов при помощи абразивных инструментов, режущими элементами которых являются твердые зерна абразивных материалов. Шлифование во многих случаях является окончательной обработкой детали, выполняемой после операций точения, фрезерования, строгания, а также термической, т.к. обеспечивает высокое качество поверхности (шероховатость в пределах R_а = 6,3 – 0,2 мкм и точ­ность размеров по 11- 6 квалитетам). Кроме того, шлифование используется для обработки труднообрабатываемых материалов: керамики, ситаллов, твёрдых сплавов и т.д..

Надежности работы деталей машин во многом зависит от качества обработки поверхностей. Для получения более высокого качества поверхности - шерохо­ватость R_а = 3,2 – 0,012 мкм (0,008 мкм предельно достижимая) и точность обработки 5 - 7 квалитеты применяют отделоч­ные методы обработки, к которым относятся притирка, хонингование, суперфиниш и полирование.

Абразивную обработку можно рассматривать как фрезерование, абразивный инструмент как фрезу с большим числом зубьев, где зубья абразивные зёрна. Зёрна имеют два-три и более режущих лезвий. Радиус округления режущих кромок абразивных зерен близок к нулю, поэтому в совокупности абразивные зерна на поверхности круга способны срезать тончайшие слои с обрабатываемой заготовки (несколько микрометров), в отличие от лезвийного инструмента, радиус при вершине «клина» которых составляет от не­скольких десятков до нескольких сотен микрометров. Резание осуществляется только вершинами зерен, наиболее выступающими над связкой. Из числа контактирующих вершин зерен срезают стружку только те зерна, которые имеют наиболее благоприятную форму и достаточную глубину внедрения. Остальные контактирующие зерна выполняют работу трения и упругопластической деформации, нагревая металл, и поэтому режущие зерна царапают материал, разупрочненный нагревом при воздействии впереди расположенных зерен.

Для отделочных методов обработки харак­терны малые силы резания, небольшие толщины срезаемых слоев материала, незначительное тепловыделение. Хонингование и суперфиниширование - процесс двухстадийный: вначале удаляются неровности от предшествующей об­работки, а затем неровности, образованные на первой стадии. По мере уменьшения шероховатости съем металла уменьша­ется, между деталью и бруском образуется промежуточный слой из мельчайших частиц продуктов износа и абразивных зерен. Процесс обработки постепенно трансформируется в пластическое оттеснение и выглаживание оставшихся микронеровностей и постепенно прекращается.

Для всех способов шлифования главным движением резания ν_к (м/с) является вращение круга.

рис.34

При плоском шлифовании (рис. 34 а) возвратно-поступательное перемещение заготовки является продольной подачей S_пр (м/мин). Для обработки поверхности на всю ширину в заготовка или круг должны перемещаться с поперечной подачей S_п (мм/дв.ход). Это движение происходит прерывисто (периодически) при крайних поло­жениях заготовки в конце продольного хода. Периодически проис­ходит и подача S_в на глубину резания. Это перемещение осуществляется также в крайних положениях заготовки, но в конце попе­речного хода.

При круглом шлифовании (рис. 34 б) продольная подача проис­ходит за счет возвратно-поступательного перемещения заготовки. Подача S_пр (мм/об. заг) соответствует осевому перемещению заготовки за один ее оборот. Вращение заготовки является круговой подачей S_кр (м/мин). Подача S_п (мм/дв.ход или мм/ход) на глубину резания происходит при крайних положениях заготовки.

Движения при внутреннем шлифовании показаны на рис. 34 в.

Приведённые выше схемы шлифования нашли наиболее широкое применение.

Абразивные инструменты изготавливают главным образом из искусственных абразивных материалов. Более 70% аб­разивного инструмента изготовляется из электрокорунда. Основная составляющая электрокорунда - кристалличес­кий оксид алюминия А1₂О₃. В зависимости от содержания А1₂О₃ и примесей электрокорунд имеет различные цвет, структуру и свойства. Применяется для обработки как твёрдых так и мягких сталей, других вязких материалов.

Карбид кремния SiC имеет более высокую твердость, чем электрокорунд. Недостаток - высокая хруп­кость и малая прочность. Применяют при обработке хрупких материалов - чугунов, бронзы, титановых и тугоплавких сплавов, заточке твердосплавных инструментов.

Карбид бора В₄С имеет высокую твердость и большую хрупкость. Применяется в виде ворошков.

Синтетические алмазы (АС) используют для обработки твёрдосплавного инструмента, изделий из керамики, стекла, для хонингования деталей из сталей и чугунов

Кубический нитрид бора (КНБ) - эльбор.

Зернистость абразивов. Абразивные зерна по своей величине делятся на четыре группы: шлифзерна, шлифпорошки, микропорошки; тонкие микропорошки (перечислены в порядке уменьшения размера зерна).

Связка предназначена для скрепления зёрен абразива. Из неорганических связок наиболее распространена керами­ческая связка: из нее изготовляется около 60% всего абразивного инструмента. В ее состав входят огнеупорная глина, полевой шпат, тальк и др. Инструменты, изготовленные на керамической связке, теплостойки, прочны, обладают химичес­кой стойкостью и не боятся влаги. Их недостаток - хрупкость.

Органические связки. Инструмент из бакелитовой связки прочен, эластичен и допускает большие окружные скорости. Однако его химическая и тепловая стойкости невысокие. Круги на глифталевой связке имеют повышенную упругость и применя­ются на чистовых операциях. Вулканитовая связка обладает высокой прочностью и эластичностью. Применяется для из­готовления тонких отрезных кругов.

Металлические связки, состоящие из металлической основы (порошки меди, олова, алюминия) нашли применение в алмазных и эльборовых кругах.

Под тве­рдостью абразивного инструмента понимают свойство связки оказывать сопротивление проникновению в него другого тела. От твёрдости зависит сопротивляемость связки вырыванию абразивных зёрен. Чем больше связки и меньше пор в структуре тем выше твёрдость инструмента. Правильному выбору связки придается весьма большое значение. Если связка слабо удерживает зерна, то они будут удаляться с круга раньше, чем затупятся. Произойдет «осыпание» круга. При чрезмерно прочном удержании зерна сильно затупляются. В том и другом случаях качество шлифуемой по­верхности снижается.

Структура абразивного инструмента определяет соотношение объемов абразивного материала, связки и пор в абразивном инструменте. Высокая пористость придает инструменту лучшие условия охлаждения зерен и отвода стружки.

Для восстановления режущих свойств абразивные инструменты подвергают правке. Чаще всего правку производят алмазом удаляя слой шли­фовального круга при обильном охлаждении. Алмаз, укрепленный в специальной державке, перемещается вручную или автоматически относительно вращающегося круга.

Если в процессе шлифования по ряду причин масса круга распределена нерав­номерно относительно оси вращения, возникает вибрация частей станка, на обра­ботанной поверхности появляется характерная волнистость Шлифование на станке становится опасным, так как круг начинает работать с ударами и может разорваться. Круги должны быть отбалансированы. Процесс балансировки предусматривает устранение неуравновешенности массы круга относительно оси шпинделя станка (устраняется перемещением специальных грузиков).

Чаще всего в ремонтных мастерских предприятиях ис­пользуют следующие типы шлифовальных станков: уни­версальные круглошлифовальные, внутришлифовальные с вращающейся заготовкой, плоскошлифовальные и за­точные станки.

Круглошлифовальные станки получили наибольшее распространение (рис. 35 а). Они предназначены для шлифования наружных цилиндрических и конических поверхностей заготовок, имеющих форму тел вращения.

рис.35

На станине 1 круглошлифовального станка располагается стол 2, который с помощью гидропривода 6 совершает возвратно-поступательные перемещения относительно шлифовального круга. Передняя 3 и шлифовальная 4 бабки универсального станка могут поворачиваться во­круг вертикальной оси. В передней бабке располагается коробка скоростей, с помощью которой заготовке сооб­щается круговая подача. Шлифовальная бабка может пе­ремещаться по своим направляющим для обеспечения поперечной подачи, необходимой для установления глу­бины резания. На столе установлена задняя бабка 5 служащая для закрепления заготовки.

Плоскошлифовальный станок (рис. 35 б) предназначен для об­работки плоскостей и фасонных поверхностей, состоит из станины 4, прямоугольного стола 3, продоль­ная подача которого осуществляется гидроприводом 5. По вертикальным направляющим стойки 2 передвигает­ся шлифовальная бабка 1. Кроме того, сама стойка име­ет возможность перемещаться по направляющим стани­ны. Этим обеспечивается поперечная подача шлифоваль­ного круга. Заготовки на станках закрепляют с помощью магнитных плит или в зажимных приспособлениях.

Внутришлифовальные станки предназначены для обработки внутренних цилин­дрических, конических и других поверхностей, по конструкции аналогичные круглошлифовальным, но не имеют задней бабки.

Притирка, хонингование и суперфиниширование являются окончательной обработкой поверхностей после шлифования или тонкого растачивания.

Притиркой (доводкой) достигаются наивысшая точность и наименьшая шероховатость поверхности.

Процесс осуществляется с помощью притиров соответствующей геометрической формы. На притир наносят притирочную пасту или мелкий абразивный порошок со связующей жидкостью. Мате­риал притиров должен быть, как правило, мягче обрабатываемого материала (серый чугун, бронза…). Паста или порошок внедряются в поверхность притира и удерживаются ею. Поэтому притир можно рассматривать как очень точный абразивный инстру­мент.

Схема притирки наружной цилиндрической поверхности при­ведена на рис. 36 а.

а б в

рис.36

Притир 1 представляет собой втулку с про­резями, которые необходимы для полного его прилегания под дей­ствием сил Р к обрабатываемой заготовке 2 по мере ее обработки. Притиру сообщают возвратно-поступательное движение v₂ и одновременно возвратно-вращательное движение v₁. Возможно также равномерное вращательное движение заготовок 2 с наложением движения v₂.

Хонингование применяют для получения поверхностей высокой точности и малой шероховатости, а также для создания спе­цифического микропрофиля обработанной поверхности в виде сетки. Такой профиль необходим для удержания смазочного материала при работе машины (например, двигателя внутреннего сгорания) на поверхности ее деталей, Хонингование чаще применяют для отделки отвер­стий диаметром 2 - 1000 мм (стенки цилиндров, гильз дви­гателей внутреннего сгорания и т. п.) и длиной до 30 м. Обработка производится мелкозернистыми абразивными брусками, закрепленными в хонинговальной головке - хоне.

При хонинговании внутренних поверхностей (рис. 36 б) хону сообщается три движения: вращение D_r, движение подачи вдоль оси D_s, радиальное движение подачи брусков (раздвигаются). Процесс резания сопровождается большим расходом СОЖ.

Суперфиниширование (рис. 36 в) точность размеров повышает незначительно, но обеспечивает минимальную шероховатость поверхности. По­грешности предыдущих обработок не устраняются. В ре­зультате суперфиниширования изменяется форма микро­выступов, они округляются, поверхность приобретает сет­чатый рельеф. Тем самым создаются благоприятные условия для контакта трущихся поверхностей. Абразивные бруски устанавливаются в специальной головке. Брускам кроме движения продольной подачи S_пр задают специальные колебательные движения с ампли­тудой 1,5.„6,0 мм и частотой 400...1200 колебаний в ми­нуту. При этом они поджимаются к обрабатываемой поверхности с малыми усилиями. Обрабатываемая деталь совершает вращательное движение S_кр. Обработка происходит с применением СОЖ.

Одним из самых распространенных методов уменьшения шероховатости обработанной поверхности является полирование. Этим методом шероховатость уменьшают до минимума, придавая полируемым поверх­ностям зеркальный блеск. Полированию подвергают ответ­ственные части деталей, как правило, имеющие криволинейные поверхности (дорожки колец подшипников…); оно применяется также для декоративных целей. Полирование может производиться эластичными (войлочными, фетровыми и др.) кругами, абразивными лентами, абразивно-жидкостной суспензией. При полировании эластичными кругами па них наносят полировальные пасты или абразивные зёрна со связкой.