3.1.2. Шлифование

Шлифование применяется в качестве чистового метода обработки. Это вид обработки деталей с помощью абразивного инструмента, режущим элементом которого являются зерна абразивных материалов. При этом достигаются высокие точность и чистота обрабатываемых поверхностей.

Шлифование может быть предварительным, чистовым и тонким. При предварительном шлифовании можно обеспечить шероховатость поверхности Ra = 1,25 – 2,5 мкм и точность 7-8 квалитета, при чистовом – шероховатость Ra = 0,32-0,63 мкм и точность 6-7 квалитета и при тонком шлифовании шероховатость Ra = 0,16-0,32 мкм и точность 6 квалитета.

При обработке на шлифовальных станках режущим инструментом являются шлифовальные абразивные круги. Шлифовальные абразивные круги состоят из мелких зерен абразивных материалов, сцементированных между собой связующим веществом - связкой. Твердость абразивных материалов значительно выше твердости закаленной стали.

Шлифовальные круги изготовляют из следующих искусственных абразивных материалов: нормального и белого электрокорунда, черного и зеленого карбида кремния. Электрокорунд - это кристаллическая окись алюминия (Аl₂О₃), получаемая плавкой в электрических печах бокситовой руды. Белый электрокорунд содержит несколько больше окиси алюминия; его режущая способность выше, чем нормального электрокорунда. Карбид кремния - химическое соединение кремния и углерода, получаемое путем сплавления в электрических печах кварцевого песка с угольным порошком. Зеленый кар­бид кремния имеет большую твердость и вообще является более качест­венным абразивом по сравнению с черным карбидом кремния. Для заточки твердосплавного инструмента применяют в основном зеленый карбид кремния.

Указанные абразивы в настоящее время получили преимущественное распространение в машиностроении.

Для стандартизованных шлифовальных кругов применяют три вида связки: керамическую, бакелитовую и вулканитовую. Наибольшее распространение в машиностроении получила керамическая связка, которую приготовляют из огнеупорной глины, полевого шпата и кварца.

Достоинства керамической связки - огне- и водостойкость, большая производительность.

Бакелитовая (органическая) связка - синтетическая смола. Круги на бакелитовой связке прочны и упруги, но плохо переносят воздействие охлаждающей жидкости.

Другой вид органической связи - вулканитовая связка, состоящая из каучука (резины) и серы. Круги на вулканитовой связке прочны и водостойки, позволяют работать с большой скоростью вращения, но сравнительно быстро засаливаются.

Важнейшим параметром, определяющим режущие свойства шлифовального круга, является его зернистость (обозначаемая номером), т. е. размеры зерен (иначе «крупность» зерен) абразивных материалов, из которых состоит круг. Размеры зерен определяются размерами сторон ячеек контрольных сит, применяемых для анализа зернистых абразивных материалов. Так, например, номер зернистости «16» означает, что абразивные зерна этой зернистости проходят через сито с ячейками размером стороны 200 мкм и не проходят через сито с ячейками размером стороны 160 мкм.

Твердость шлифовального круга характеризуется силой, которую нужно приложить к зерну, чтобы вырвать его из связки. Чем больше эта сила, тем тверже круг. Слишком мягкие круги быстро изнашиваются, если же круг излишне тверд, то он быстро забивается снимаемой стружкой и вследствие этого сильно нагревает обрабатываемую заготовку. Поэтому для шлифования твердой стали применяют мягкие круги, так как затупившиеся зерна их легко вырываются из связки, обнажая нижележащие зерна с острыми кромками - круг как бы самозатачивается. Наоборот, при шлифовании мягкой стали применяют твердые круги, так как стойкость их больше. Для шлифования меди и латуни применяют мягкие крупнозернистые круги, так как мелкозернистые круги быстро «засаливаются».

По форме абразивные круги бывают плоскими (рис. 3.5, а), чашечными коническими (рис. 3.5, б), цилиндрическими (рис. 3.5, в), тарель­чатыми (рис. 3.5, г) и дисковыми (рис. 3.5, д). Для шлифования резьб применяют специальные профильные круги.

Рис. 3.5. Основные виды абразивных кругов

Данные для выбора шлифо­вального круга в зависимости от обрабатываемого материала и способа шлифования приведены в табл. 3.1.

Шлифовальные круги под­вергают правке для восстанов­ления режущей способности, потерянной в результате засаливания и затупления, для исправления геометрической формы изно­шенного круга и обеспечения правильного расположения рабочей поверхности круга относительно оси его вращения после установки на шлифовальном станке.

Под правкой круга понимается процесс удаления с его поверхности слоя изношенных абразивных зерен. Правку абразивных кругов производят техническими алмазами: алмазно-металлическими каран­дашами или кристаллами алмаза, запаянными в стальные оправки. Применяют также заменители алмазов: твердосплавные диски, специ­альные абразивные диски, металлические диски и звездочки.

Шлифовальные станки подразделяют на станки для круглого (цент­ровые и бесцентровые для наружного и внутреннего шлифования) и плоского шлифования, станки для доводочно-притирочных работ.

В табл. 3.1 приведены указания по выбору кругов как для наружного, так и для внутреннего и плоского шлифования.

Последние в свою очередь подразделяют на три группы в зависимости от применяемых абразивных материалов: работающие шлифовальным кругом, порошком и полировочными пастами.

К станкам для наружного круглого шлифования относятся также фасонно-шлифовальные, заточные станки для режущего инструмента, специальные станки для шлифования шеек распределительных и ко­ленчатых валов, желобошлифовальные для колец шарикоподшипников и др.

При круглом наружном шлифовании поверхностей применяют разнообразные методы обработки. Наиболее распространенными явля­ются: шлифование методом продольной (рис. 3.6, а), поперечной (рис. 3.6, б) и глубинной подачи, т. е. при совмещении большой попе­речной и малой продольной подач (рис. 3.6, в). Круг правится на конус или ступенями. Наружное круглое шлифование с продольной подачей применяют для обработки заготовок значитель­ной длины; с поперечной подачей обрабатывают небольшие детали, где ширина круга перекрывает длину обрабатываемой поверхности; с глубинной подачей обрабатывают короткие, но жесткие детали.

Рис. 3.6. Методы шлифования круглых наружных

поверхностей

В табл. 3.1 даны обозначения абразивного материала по ГОСТам, которые встречаются достаточно часто. В настоящее время обозначения изменены: Э- элетрокорунд нормальный – выпускают марок – 12А, 13А, 14А, 15А, 16А; ЭБ - электрокорунд белый – выпускают марок – 22А, 23А, 24А, 25А; КЧ- карбид кремний черный – выпускают марок 53С, 54С; 55С; КЗ – карбид кремний зеленый – выпускают марок 63С, 64С.

На круглошлифовальных станках возможна обработка заготовок с конической поверхностью. При обработке пологого конуса верхняя часть стола станка может быть повернута на некоторый угол к оси шпинделя шлифовального круга. Заготовки с большим углом конуса шлифуют при повернутой на заданную величину бабке шлифовального круга.

Угловое расположение круга рекомендуется при одновременном шлифовании шейки вала и торца. При такой технологической схеме торец заготовки шлифуется периферией круга, что уменьшает кон­такт круга с заготовкой, обеспечивается улучшение чистоты обработан­ной поверхности и исключается возможность прижогов.

При наружном бесцентровом шлифовании обрабатываемую заго­товку, лежащую на направляющем ноже, пропускают между двумя абразивными кругами: шлифующим (рабочим) и ведущим. Поворот оси ведущего круга на определенный угол в вертикальной плоскости обеспечивает перемещение обрабатываемой заготовки вдоль оси шли­фующего круга при одновременном вращении заготовки вокруг своей оси.

Применяют также метод бесцентрового шлифования с поперечной подачей шлифующего круга. В этом случае оси шлифующего и ведущего круга строго горизонтальны.

Преимуществом бесцентрового шлифования является его высокая производительность, превышающая в несколько раз производительность центровых круглошлифовальных станков. Однако наряду с этим переналадка бесцентрового станка для шлифования других размеров требует значительного времени, поэтому его выгодно применять в условиях крупносерийного производства. Кроме того, при наружном бесцентровом шлифовании деталей с обработанным отверстием нельзя добиться концентричности внешней поверхности к внутренней.

При черновом шлифовании наружных поверхностей тел вращения заготовок из стали при _в ≤ 80 кгс/мм² рекомендуют скорость резания 25 ÷ 30 м/с, а при _в > 80 кгс/мм² и заготовок из чугуна и бронзы - 15 ÷ 20 м/с; при шлифовании алюминия - 45 ÷ 50 м/с.

В качестве смазывающих и охлаждающих средств при шлифовании абразивной лентой применяют минеральные масла, керосин, эмульсии, а также жировые пасты.