Материаловедение и технология конструкционных материалов

перемещалась. до ножу в продольном направлении, бабку веду­ щего круга поворачивают на небольшой угол.

Рис. 22.48. Бесцентрово-шлифовальный станок

Заготовку 3 (рис. 22.49, а) устанавливают на нож 2 между двумя кругами — рабочим 1 и ведущим 4. Эти круги вращаются в одном направлении, но с разными скоростями. Трение между ведущим кругом и заготовкой больше, чем между ней и рабочим кругом. Вследствие этого заготовка увлекается во вращение со скоростью, близкой к окружной скорости ведущего круга.

а

Рис. 22.49. Схемы обработки на бесцентрово-шлифовальных станках: о — наружных поверхностей; б — ступенчатой формы

Перед Шлифованием ведущий круг устанавливают наклонно под углом б = 1...7° к оси вращения заготовки. Вектор скорости этого круга ив кразлагается на составляющие, в результате чего

обеспечивается продольная подача Snp. Поэтому заготовка пере­ мещается по ножу вдоль своей оси и может быть прошлифована на всю длину. Чем больше угол в, тем больше подача. Такие стан­ ки легко автоматизировать, установив наклонный лоток, по кото­ рому заготовки будут сползать на нож, проходить процесс шли­ фования и падать в тару.

Заготовки ступенчатой формы или с фасонными поверхно­ стями шлифуют методом врезания (рис. 22.49, б). Перед шли­ фованием ведущий круг отводят в сторону, заготовку кладут на нож и затем поджимают ее ведущим кругом и обрабатывают с поперечной подачей S aoa до получения необходимого размера детали. После шлифования обработанная деталь удаляется из зоны резания выталкивателем.

22.9.3. Абразивные инструменты

В качестве абразивных инструментов используются шлифо­ вальные круги, сегменты, шлифовальные ленты, бруски, шкурки

ипритирочные порошки. Кроме формы и размеров они характери­ зуются маркой абразивного материала, зернистостью, твердостью, материалом связки, структурой, классом точности инструмента

иклассом дисбаланса.

Абразивные материалы делятся на естественные и искусствен­ ные. К естественным материалам относятся алмаз, кварцевый песок, корунд, наждак, кремний, гранит, пемза, тальк, к искус­ ственным — электрокорунд нормальный (13А...16А), электро­ корунд белый (22А...25А), монокорунд (43А...45А), карбид крем­ ния черный (53С, 54С), карбид кремния зеленый (63С, 64С), карбид бора (В4С), синтетические алмазы (АС).

Искусственные материалы имеют высокую твердость, тепло­ стойкость до 1800...2000°С, высокую износостойкость и позволяют вести обработку при скоростях резания 17...70 м/с. Электрокорундовые круги применяют для шлифования материалов с высоким сопротивлением на разрыв (стали, ковкий чугун, мягкие бронзы). Круги из черного карбида кремния применяют для шлифования хрупких металлов и сплавов (чугун, бронза, сплавы алюминия), а круги из зеленого — для заточки твердосплавного и минерало­ керамического режущего инструмента. Для притирочных и дово­ дочных работ и шлифования твердых материалов (рубина, кварца, корунда) применяют карбид бора.

Чистовое шлифование твердых сплавов и полупроводниковых материалов производится алмазами. При этом алмаз применяется в виде зерен, порошков или микропорошков в Свободном или связанном состоянии.

Одной из важных характеристик абразивного материала явля­ ется зернистость, характеризующая размер зерна. Зернистость шлифовального материала на абразивном инструменте указы­ вается в сотых долях миллиметра (например, зернистость 40 оз­ начает средний размер зерна 400 мкм).

Абразивные зерна и порощки при изготовлении кругов соеди­ няются связкой, которая может быть органического (вулканитовая и бакелитовая) или неорганического (керамическая) про­ исхождения.

Наибольшее применение получили круги на керамической связке (К) из огнеупорной глины, полевого шпата, кварца с до­ бавками талька, мыла и жидкого стекла. Такие круги не боятся влаги и воздействия'химических веществ, обеспечивают высо­ кую производительность, но отличаются хрупкостью.

Бакелитовая связка (Б), состоящая из искусственной фенолоформальдегидной смолы, обеспечивает кругу упругость и позво­ ляет работать с высокими скоростями резания (50...75 м/с) при нагреве не выше 180 °С. Однако она разрушается под действием щелочей, что ограничивает применение охлаждающих жидкостей. Такие круги применяют для резки заготовок и отделки поверх­ ностей.

Вулканитован связка (В) состоит из смеси каучука и серы (25...30 %), которая вулканизируется в процессе изготовления кругов. Круги на вулканитовой связке имеют высокую упругость и широко применяются при тонком шлифовании, полировании и резке, однако их характеризует низкая теплостойкость и высо­ кая засаливаемость.

Способность связки удерживать абразивные зерна на поверх­ ности инструмента в процессе резания называется твердостью круга. Правильно выбранная твердость обеспечивает самозата­ чивание, т.е. обновление режущей способности круга за счет выкрашивания затупившихся зерен. Для шлифования твердых сталей применяют мягкие круги, и наоборот, мягкие стали шлифуют твердыми кругами. Вязкие материалы (медь, латунь) шлифуют крупнозернистыми мягкими кругами, так как твер­

дые круги быстро засаливаются, их поры забиваются стружкой. Абразивные инструменты имеют различные степени твердости: мягкие (М), средне мягкие (СМ), средние (С), средне твердые (СТ), твердые (Т), весьма твердые (ВТ) и чрезвычайно твердые (ЧТ). Каждая группа твердости имеет несколько подгрупп и на мар­ кировке круга степень твердости указывают индексом (напри­ мер, СТ2).

Процентное соотношение трех основных фазовых составляю­ щих (зерен, связки, пор) в объеме абразивного инструмента называют ст рукт урой. Структуру абразивных инструментов обозначают номерами от 0 до 12. Структуры подразделяют на закрытые (1...4), средние (5...8) и открытые (9...12). С уменьше­ нием номера структуры на единицу объем зерна в круге увели­ чивается на 2 % за счет уменьшения объема связки. Общий объем пор при этом остается постоянным, но поры становятся крупнее.

Маркировка шлифовальных кругов производится на нерабо­ чей поверхности круга (например, ПП500х60х305 34А40 СТ2 6 К5 А 1 кл 35 м/с). В маркировку входит тип круга и его размеры (ПП500х60х305); марка абразивного материала (34А), зерни­ стость (40), твердость (СТ2), структура (6), связка (Кб), класс точности (А), класс неуравновешенности (1 кл), допустимая ок­ ружная скорость (35 м/с).

Правка шлифовальных кругов производится для восстановле­ ния их режущей способности, исправления геометрической формы

иобеспечения правильного расположения рабочей поверхности круга относительно оси. Она выполняется алмазными карандаша­ ми, порошками различных форм и размеров, правочными шлифо­ вальными кругами из карбида кремния на керамической связке

иобкаточными дисками из твердых сплавов.

в присутствии абразивного материала, смешанного со смазочным материалом.

Полирование применяется только для уменьшения шерохо­ ватости поверхности и получения зеркального блеска или для декоративных целей. Полированием не исправляют погрешно­ сти геометрической формы, а также локальные дефекты, остав­ шиеся от предыдущей обработки.

Полировальные круги или ленты делают из войлока, спрес­ сованных кусков ткани, фетра, кожи, бумаги, капрона и других материалов. В качестве абразивного материала применяют по­ рошки из электрокорунда, оксида железа, карбида кремния, оксида хрома и наждака. Смазочный материал состоит из воска, сала, парафина и керосина. Абразивная смесь наносится на поли­ ровальный круг (ленту) или на полируемую поверхность. В зоне обработки, проводимой на высоких скоростях (до 50 м/с), про­ текают процессы тонкого резания, пластического деформирова­ ния поверхностного слоя и воздействия на металл химически активных веществ, содержащихся в пасте.

Заготовка 1 поджимается в кругу 2 усилием Р (рис. 23.1, а) и получает движения подачи Snpи SKP в соответствии с профилем обрабатываемой поверхности. Полирование лентами (рис. 23.1, б) имеет ряд преимуществ. Эластичная лента может огибать всю шли­ фуемую поверхность, поэтому движения подачи отсутствуют.

Полирование возможно в автоматическом или полуавтомати­ ческом режиме.

б

a

Рис. 23.1. Схемы полирования: а — кругом; б — лентой

648 Раздел VI. Обработка резанием

23.3. Абразивно-жидкостная отделка

Отделка фасонных поверхностей обычными методами вызы­ вает большие технологические трудности. Поэтому для обработки таких поверхностей применяют абразивно-жидкостную отдел­ ку. Это окончательная обработка поверхностей с помощью аб­ разивного порошка, взвешенного в жидкости.

рошки и микропорошки электрокорун­ да и карбида кремния. Производительность обработки зависит

не только от зернистости абразива, но и от угла установки фор­ сунки 3 (наибольшая производительность достигается при угле Р= 40...45°).

23.4. Притирка поверхностей

Притиркой называют метод отделочной обработки поверх­ ностей притиром с нанесенной на его поверхность пастой, состоя­ щей из мелкого абразивного порошка и связующей жйдкости. Притиркой поверхностей устраняют незначительные отклонения от геометрической формы и размеров и уменьшают шерохова­ тость поверхности. Инструментом служат притиры соответствую­ щей геометрической формы, изготавливаемые из более мягкого материала (например, из серого чугуна, бронзы, меди, дерева). Абразивные порошки делают из электрокорунда, карбида крем­ ния, карбида бора и оксида хрома. Притирочные пасты состоят из абразивных порошков и химически активных веществ (олеи­ новой или стеариновой кислоты). Связующими жидкостями служат машинное масло, керосин, стеарин, вазелин.

Абразив внедряется в поверхность притира и удерживается в ней, в результате чего каждое абразивное зерно может снимать весьма тонкую стружку. Поэтому притир можно рассматривать как очень точный абразивный инструмент. Притир или заготов­ ка в процессе обработки должны совершать разнонаправленные движения. Микронеровности поверхности при притирке сгла­ живаются за счет совокупного воздействия на заготовку абра­ зивных зерен и химически активных веществ.

Схема притирки наружной цилиндриче­ ской поверхности приведена на рис. 23.3. Притир 1 представляет собой втулку с про­ резями, которые необходимы для полного прилегания притира под действием силы Р к обрабатываемой заготовке 2 по мере ее об­ работки. Притиру сообщается возвратно-по­ ступательное движение и2и одновременно возвратно-вращательное движение vt.

Притирка может осуществляться вруч­ ную или на металлорежущих станках.

Хонингование

Хонингованием называют метод отделочной обработки поверх­ ностей мелкозернистыми абразивными брусками. Этим методом могут обрабатываться как внутренние, так и наружные поверх­ ности тел вращения, но на практике он применяется главным образом для отделки внутренних поверхностей гильз, блоков цилиндров.

Хонингование применяют для получения поверхностей высо­ кой точности и малой шероховатости, оно устраняет конусообразность и овальность отверстий, но не исправляет положение осей из-за шарнирного соединения хона со шпинделем станка. Поверх­ ность неподвижной заготовки 1 обрабатывают мелкозернистыми абразивными брусками 2, которые закрепляют в хонинговальной головке (хоне) 3 (рис. 23.4, а). Бруски вращаются и одновре­ менно возвратно-поступательно перемещаются вдоЛь оси обраба­ тываемого цилиндрического отверстия. Соотношение скоростей vl:v2указанных движений составляет 1,5...10 и определяет усло­ вия резания. В результате совмещения движений на обрабатывав-

Рис. 23.4. Схема хонингования отверстий:

а — схема процесса; б — развертка обработанной поверхности

мой поверхности образуется мелкая сетка пересекающихся рисок от абразивных зерен. Эта сетка хорошо удерживает смазку.

На рис. 23.4, б приведена развертка внутренней цилиндри­ ческой поверхности заготовки и схема образования сетки.,Угол 0 пересечения рисок от абразивных зерен зависит от соотношения v1:v2- Нижние 4 и верхние 5 положения абразивных брусков ус­ танавливают так, что создается перебег п. Совершая вращатель­ ное движение, бруски при каждом двойном ходе начинают резание

сновых положений 6, учитывающих смещения t, в результате чего исключается наложение траекторий абразивных зерен.

Абразивные бруски раздвигаются в радиальном направле­ нии изнутри хона, что обеспечивает их постоянный контакт

собрабатываемой поверхностью. Хонингование проводят при обильном охлаждении зоны резания смазочно-охлаждающими жидкостями.

Суперф иниш ирование

Суперфинишированием называют технологический процесс Тонкой отделочной обработки поверхностей заготовок мелкозер­ нистыми абразивными брусками. При этом изменяются глуби­ на и вид микронеровностей, а на обрабатываемых поверхностях образуется сетчатый рельеф.

Схема обработки суперфинишированием наружной цилинд­ рической -поверхности приведена на рис. 23.5, а. Процесс резания при суперфинишировании протекает при сочетании следующих

движений: вращательного SKp заготовки 1, возвратно-поступа­ тельного Snp и колебательного движения и брусков 2. Бруски ус­ танавливаются в специальной головке 3. Процесс резания про­ исходит при давлении брусков 50...300 кПа в присутствии СОТС малой вязкости.

кЦ * ----------

Рис. 23.5. Схемы отделки суперфинишированием:

а — схема процесса; б, в — поверхность до и после финиширования

Амплитуда колебаний брусков составляет 2...5 мм, частота — до 50 Гц. Возвратно-поступательное и колебательное движения брусков ускоряют съем металла и улучшают однородность по­ верхности. Соотношение скоростей SKp:v в начале обработки со­ ставляет 2...4, а в конце — 8... 16. Процесс характеризуется малыми скоростями резания (5.^.7 м/мин). Большую роль при суперфинишировании играет смазочно-охлаждающая жидкость, масляная пленка которой покрывает обрабатываемую поверх­ ность, но крупные микровыступы (рис. 23.5, б) прорывают ее и в первую очередь срезаются абразивом, так как давление бру­ сков на микровыступы оказывается значительным. В процессе дальнейшей обработки давление снижается, так как все боль­ шее число микровыступов срезается и наступает такой момент (рис. 23.5, в), когда давление бруска не может разорвать плен­ ку. В этот момент процесс обработки прекращается. В качестве СОЖ используют смесь керосина (80...90 %) с веретенным или турбинным маслом.

При суперфинишировании припуск 5... 10 мкм снимается за 30...60 с. Этот метод не исправляет отклонений формы заготовки. Суперфиниширование производится на специальных станках, а также на токарных и шлифовальных станках с применением специальных приспособлений.