1 Анализ методов финишной обработки

МАТЕРИАЛОВ

1. Механическое полирование

Процесс механического полирования проводится после предварительной шлифовки поверхностей. Его основными разновидностями являются полирование кругами и ленчами с полирующими пастами; полирование в барабанных и вибрационных установках.

Полирование абразивными кругами и лентами проводят для крупных и средних деталей на одно- или двухшпиндельных станках [3]. Полировальные круги изготавливаются из войлока, бязи, брезента, сукна и других материалов, на рабочую поверхность которых наносят полировальные пасты. В состав полировальных паст входят абразив и связующее вещество. В качестве абразива применяют оксиды железа, хрома, алюминия, венскую известь, а в качестве связующего вещества - стеарин, парафин, олеиновую кислоту и др. Обычно пасты состоят из (60...70)% абразива и (30...40)% связующего вещества. В качестве абразивного материала при полировании стальных изделий применяют порошки из электрокорунда и оксида железа, а при полировании медных сплавов – из оксида железа.

В зоне полирования одновременно происходят следующие основные процессы: тонкое резание, пластическое деформирование поверхностного слоя, химические реакции – воздействие на металл химически активных веществ, находящихся в полировочной пасте. Качество и эксплуатационные свойства полированной поверхности зависят от того, какой из указанных процессов превалирует [4].

При выборе абразивного круга необходимо учитывать твердость обрабатываемого материала, площадь соприкосновения круга с деталью. Чем тверже обрабатываемый материал и больше площадь соприкосновения круга с деталью, тем мягче должен быть круг.

Полирование сталей эластичным кругом, покрытым пастами, производится при скорости круга (30...35) м/с и давлении на обрабатываемую поверхность (0,1...0,2) МПа, меди и ее сплавов - при скорости (25...30) м/с и давлении (0,08...0,03) МПа [3].

Процесс полирования осуществляется в несколько переходов. На предварительном переходе используют жирные пасты с более грубым абразивом, нанесенным на жесткие матерчатые круги, при повышенной частоте вращения. Чистовое полирование проводят мягкими кругами при небольшой частоте вращения и сухими пастами с тонкими абразивами. При полировании нержавеющих сталей необходимо снижать давление круга на деталь, во избежание окисления поверхности, внедрения пасты в металл, образования пятен и прижогов [5].

Полирование с применением паст позволяет достигнуть величины шероховатости поверхности Ra 0,05...0,012 [32]. Применение полировальных кругов и лент на отделочных операциях связано с использованием ручного труда. Обработка абразивными лентами в сравнении с полированием кругами имеет следующие преимущества [3]:

• поверхность соприкосновения ленты с деталью значительно больше, что способствует лучшему рассеянию теплоты;

• скорость движения ленты остается постоянной в течение всего времени обработки;

• отпадает необходимость в балансировке рабочего инструмента;

• более оперативная переналадка станка;

• более безопасны условия труда.

Значительно большей производительностью отличается полирование в барабанных установках (галтовка), в которые детали загружаются насыпью в большом количестве. Оно применяется в основном для деталей малых размеров. При таком способе полирования достигается снижение параметра шероховатости R_a с 1,0...0,5 до 0,25...0,125 [3].

Галтовку осуществляют в аппаратах барабанного и колокольного типа, в которые загружают абразивные материалы и детали. При вращении в результате трения деталей между собой, а также с абразивными и полирующими материалами происходит съем тонкого слоя металла. Галтовка подразделяется на сухую (абразивную) и мокрую (жидкостно­абразивную). При жидкостно-абразивной обработке детали обрабатываются абразивом и полирующими материалами в жидкой среде. В качестве абразива используют бой наждака, керамики, фарфора, корунда, кварцевый песок, в качестве полирующих материалов – стальные шарики, древесные опилки, обрезки кожи, фетра и другие мягкие материалы, а в качестве жидкой среды – (2, 3) % щелочной, мыльный либо кислотный растворы. Общий объем абразива в барабане должен в 3...8 раз превышать общий объем деталей Детали и абразив должны занимать более 60% объема барабана. Раствор должен быть на (30...50) мм выше уровня деталей в барабане.

Количество снимаемого металла определяется временем обработки и частотой вращения барабана. Частота вращения барабана выбирается в зависимости от размера и массы обрабатываемых деталей. Эффективность и качество обработки зависят от применяемых абразивных материалов и состава жидкой среды. Так, для полирования сталей в качестве абразива используется бой электрокорундовых кругов типа Т или ВТК с зернистостью частиц (5...10) мм, крупный кварцевый песок, шлифовальные порошки. Детали из латуни и других мягких металлов лучше обрабатывать обкатанным гранитом, фарфором, мрамором. При жидкостно-абразивном полировании лучше использовать (0,2...0,5) %-ный раствор хозяйственного мыла (72%).

Галтовка в барабанах и колоколах – достаточно длительный процесс, зависящий от исходного и требуемого размера микронеровностей. Так, для изменения параметра R_z стальных деталей от 8 до 0,63 следует затратить около 50 ч. Более прогрессивные виды галтовки – виброабразивная, галтовка деталей в барабанах с планетарным вращением и магнитно-жидкостно-абразивная обработка [6].

Виброабразивная обработка заключается в том, что деталям в абразивной среде, загруженным в контейнер вибрационной установки, сообщаются колебательные движения различной частоты (25...33) Гц и амплитуды (1,5...4) мм, в результате чего происходит механический либо химико-механический процесс съема мельчайших частиц металла и его окислов с обрабатываемой поверхности, а также сглаживание микронеровностей ввиду пластического деформирования частицами рабочей среды, наносящими по поверхности обрабатываемых деталей большое число микроударов.

По сравнению с галтовкой виброабразивная обработка имеет следующие преимущества:

• более рационально загружаются вибрационные контейнеры (до 85% объема);

• выше производительность;

• возможность одновременной обработки наружных и внутренних поверхностей деталей;

• возможность контроля и регулировки процесса обработки;

• вибрационные установки можно встраивать в механизированные и автоматизированные линии;

• возможность обработки тонкостенных и хрупких деталей без повреждений;

• возможность обработки как мелких, так и крупных деталей;

• стабильность качества обработки и высокая точность съема металла.

Помимо абразива при виброабразивной обработке используются химические активаторы. Основными составляющими активаторов являются кислоты и щелочи, к которым добавляются моющие и очищающие компоненты (Na₂CО₃, мыло), осветляющие (NaCI, CrO3), ингибирующие и пассивирующие (NaNО₂, триэтаноламин), суспензирующие (мыло, карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ)).

Как следует из анализа, механическая обработка – достаточно длительный и энергоемкий процесс, требующий сложного специального оборудования, большого разнообразия применяемых материалов и больших затрат энергии и ручного труда, что делает этот процесс дорогостоящим и экономически не выгодным.