Структура абразивного инструмента

Под структурой абразивного инструмента понимают процентное соотношение объемов зерен V_З, связкиV_С и порV_П

V_З+V_C+V_П=100%

Различают четыре группы структур абразивных инструментов: а) плотные (0-3); среднеплотные (4-6); в) открытые (7-12); г) высокопористые (13-18). Нулевая структура имеет минимальное расстояние между зернами и наибольшее количе­ство их в единица объема (V_З=62%).

У высокопористых кругов объем пор может достигать 75% объе­ма круга. Высокая пористость придает кругам лучшие условия охлаждения зерен и отвода стружки. Однако такие круги менее проч­ны и хуже сохраняют размер и форму.

Инструменты с плотной структурой применяются для доводо­чных работ, среднеплотной - для шлифования сталей, открытые и высопористые - для обработки вязких материалов.

Алмазные и эльборовые круги по экономическим соображениям изготавливают на металлическом корпусе, оснащая последний алмаз­ным или эльборовым слоем толщиной 2-3 мм.

У этих кругов вместо структуры указывается концентрация, которая указывает содержание алмазных (эльборовых) зерен в единице объема алмазного (эльборового) слоя. За 100%-ную концен­трацию алмазов принято содержание 0,878 мг алмазных зерен в 1 мм³ ( или 4,39 - карата в 1 см³) алмазоносного слоя.

Алмазные инструменты изготавливают с концентрацией алмазов 25; 50; 100 и 150%.

Применяемые для абразивной обработки цельные и составные инструменты в зависимости от формы делятся на четыре группы: шлифовальные круги , головки, сегменты и бруски. Стандартом пре­дусмотрен выпуск 22 форм шлифовальных кругов диаметром 3 - 1060 мм.

Маркировка абразивных кругов.

При маркировка абразивных кругов в определенном порядке указываются все характеристики: материал абразивных зерен, зер­нистость, твердость, вид связки, номер структуры, форма и раз­меры круга, допустимая окружная скорость.

Например, I5А40МЗК6ПП200х16х32; 35 м/с; электрокорунд нормальный, зернистость 40, твердость МЗ, связка керамическая, структура 6, круг формы ПП (плоский прямого профиля), наружный диаметр 200 мм, ширина 16 мм, диаметр отверстия 32 мм, окружная скорость не более 32 м/с ( Таблица №2).

При маркировке алмазных и эльборовых кругов указывается мар­ка алмазов и зернистость, их концентрация, тип связки, форма и размеры круга, номер круга, завод - изготовитель.

Например, АСВ 60/45 150% М АОК 140х2х2х42 №12420 ТЗАИ - ал­маз синтетический марки АСВ, размер зерен основной фракция от 60 до 45 мкм, концентрация алмазов 150%, связка металлическая, круг формы АОК (алмазный отрезной круг) с наружным диаметром 140 мм, шириной 2 мм, толщиной алмазного слоя 2 мм, диаметр от­верстия 42 мм, номер круга 12420, Томилинский завод алмазных инструментов (Таблица №3).

Во время работы шлифовального круга по мере затупления зе­рен усилие, действующее на них, увеличивается, что вызывает раз­рушение зерна или эго вырывание из круга. Если вырывание зерен будет равномерно но всей рабочей поверхности круга, то произой­дет его самозатачивание. Обычно полного самозатачивания не быва­ет, и поэтому в целях придания кругу правильной геометрической формы применяют его правку.

Правку круга производят абразивными и алмазными кругами, а также алмазными карандашами.

В зависимости от точности и шероховатости обработки стой­кость круга составляет 5-40 мин.

Режимы резания при шлифовании назначаются в следующей последовательности.

1. Выбирают характеристики круга в зависимости от свойств обрабатываемого материала и технических требований.

2. Выбирают глубину резания t (поперечную подачу S_ПП) На черновых проходах t=0,05-0,10 мм , на чистовых t= 0,005-0,02 мм.

3. Определяется скорость вращения обрабатываемой заготовки

???

4. Рассчитанное число оборотов заготовки корректируется по кинематическим данным станка.

5. Определяется продольная подача.

6. Выбирается скорость круга.

Рекомендуется при различиях видах шлифования V_К=10-35м/с, а при скоростном шлифовании сталей высокопрочными кругамиV_K50 м/с.

7. Вычисляют силу P_zи мощность, потребную на шлифование.

;;

8. Определяется машинное время.

2. Отделочные виды обработки

Для отделочных методов обработки характерны малые силы ре­зания, небольшие толщины срезаемых слоев материала, назначительное тепловыделение. Силы для закрепления заготовок здесь невели­ки, поэтому заготовки деформируются незначительно.

Тонкое обтачивание осуществляется при высоких скоростях резания (V=350-800 м/мин), малых глубинах и подачах. Здесь находят применение токарные резцы с широкими ревущими лезвиями, расположенными строго параллельно оси обрабатываемой заготовки. Подача на оборот заготовки составляет не более 0,8 ширины лезвия, а глубина резания - не более 0,5 мм.

Тонкое алмазное точение используют для обработки заготовок из цветных металлов и сплавов, пластмассы и других неметаллических материалов. Тонкое обтачивание ведется на быстроходных станках с повышенной жесткостью. Обтачивание ведется с V1000 м/мин. S=0,01-0,05 мм/об, t=0,1-0,3 мм. Точность обработки при этом может достигать первого класса при шероховатости Ra=0,08 и выше.

Отделочные методы абразивной обработки.

Эти методы делятся на две группы: I) обработка инструмен­том cо связанным абразивом (бруски БХ) - хонингование, суперфиниш; 2) обработка свободным абразивом - поводка, полирование, гидроабразивная полирование, и т.п.

Хонингование - процесс чистовой абразивной об­работки мелкозернистыми брусками, расположенными в хонинговальной головке. Хонингование применяется для обработки внутренних и реже наружных поверхностей и позволяет получить шероховатость до Rz 0,03 мкм при точности 2-1 класс. Припуск на хонин­гование составляет - 0,05 - 0,08 мм.

По способу радиальной подачи различают две схемы хонингования: 1) обработка с постоянным давлением брусков на деталь; 2) обработка с определенной подачей брусков на каждый двойной ход головки. Количество брусков, расположенных по окружности головки, зависит от диаметра заготовки: от 1 до 12.

Диапазон хонингуемых отверстий - от 3 до 1000 мм.

На рис.31 показана хонинговальная плавающая головка 1 в ис­ходном положении. В пазах головки расположены хонинговальные бру­ски 2.

При работе бруски, располагаясь в обрабатываемом отверстии заготовки 2, перемещаются со скоростью V₂=10-20 м/мин и вращается с V₁=40-80 м/мин. Такое соотношение V₁/V₂ позволяет добиться пересечения рисок хонингования с рисками , получен­ными при предварительной обработке.

Обработка ведется при обильной подаче С.О.Ж.., которая состоит из смеси керосина и масла.

При хонинговании, в отличии от шлифования, в работе уча­ствует в 100 - 1000 раз больше абразивных зерен, скорость ре­зания в 50 - 120 раз меньше, давление абразивного инструмента на обрабатываемую поверхность в 6 - 10 раз ниже. Поэтому воз­никают значительно меньшие температуры резания, и процесс фор­мирования поверхностного слоя происходит в благоприятных усло­виях.

Суперфиниш - процесс сверхтонкой абразивной обработки наруж­ных и внутренних цилиндрических и конических поверхностей, а также плоскостей колеблющимися брусками, обеспечивает получе­ние шероховатости поверхности до Rz=0,025мкм. Припуски на суперфиниш составляют 0,005 - 0,01 мм. Частота колебаний брус­ков составляет 300 - 2500 дв.ход/мин, амплитуда 1 - 5 мм; про­дольная подача 100 - 1000 мм/мин; скорость заготовки 10 - 30 м/мин; удельная нагрузка 0,5 - 2,5 кгс/см² ; температура резания не превышает 100°С.

На рис.32,а показана схема обработки заготовки 1, уста­новленной в центрах 2 и приводящейся во вращение через хомутик 3. Мелкозернистые бруски 4, установленные в держателе 5 ведут обработку поверхности заготовки под действием статической си­лы P_СТ.

В начальный момент обработки (рис.32,б) бруски 1 контактируются с заготовкой 2 лишь по отдельным вершинам микронеровной 3, 4, 5, в результате чего удельное давление велико.

По мере обработки количество точек контакта увеличивается и удельной давление снижается. Наконец, наступает такой момент (рис.32,в), когда давление бруска не может разорвать пленку 3, и она становится сплошной. На этом процесс автоматически прекращается.

Рис.32

Полирование уменьшает шероховатость поверхностей заготовок. Обработку ведут в две-три операции с последовательным уменьшением зернистости абразива в полирующей пасте от М40 до М5. Предварительное полирование позволяет получить шероховатость до Rо =0,3 мкм, чистовое - до Rо = 0,03 мкм и отде­лочное - до Rz=0,08 мкм.

Существуют три способа полирования: I) механическое полиро­вание, выполняемое при помощи абразивных зерен, нанесенных на по­лировальный круг; 2) полирование, осуществляемое за счет пласти­ческого деформирования поверхностного слоя (алмазное выглаживание, обкатка роликами и др.); 3) электрохимическое полирование.

Алмазное выглаживание позволяет полу­чить малую шероховатость поверхности и ее упрочнение. Суть метода состоит в том, что оставшиеся посла обработки резанием неровности поверхности выглаживаются перемещающийся по ней прижатым алмазным инструментом. Алмаз, закрепленный в державке, скользит по обрабатываемой поверхности с малым коэффициентом трения. Достоинства алмазного выглаживания состоят в повышении эксплуатационных свойств обрабатываема поверхностей, уменьше­нии высоты микронеровностей, возможности обработки тонкостенных заготовок и заготовок сложной формы. Силы прижатия алмаза к обрабатываемой поверхности малы и составляют 50 - 300 Н. Выглаживанием обрабатывают нормализованные и закаленные стали, а также цветные металлы.

Доводка позволяет получить точность по первому классу при шероховатости до Rz 0,03мкм. Процесс доводки обычно состоит из предварительного, промежуточного и окончатель­ного переходов. Для доводки применяются суспензии и пасты, нано­симые на притир. Припуск на доводку составляет 0,01 - 0,05 мм.

Рис.33.

Процесс доводки содержит механическое сглаживание микронеровностей, адсорционное воздействие поверхностно-активных веществ, облегчающих разрушение и срыв вершин микронеровностей.

Схема доводки цилиндрической поверхности показана на рис. 33,а. Притир 1 в виде разрезной втулки плотно прилагает к за­готовке 2. Притиру сообщается возвратно-вращательное движение и возвратно-поступательное движение вдоль оси заготовки. Аналогичные движения осуществляются при доводке отверстия заготовки 1 притиром 2.

Абразивно-жидкостное полирование используется при обработке фаснных поверхностей. Здесь на обрабатываемую поверхность подают струю антикоррозионной жид­кости со в взвешенными частицами порошка. Частицы абразива, ударяясь о поверхность заготовки, сглаживают микронеровности, соз­давая эффект полирования. Управляют процессом изменяя зернис­тость абразива, давление струи и угол подачи суспензии на по­верхность заготовки.

Литература

2. Перспективы развития режунаго инструмента и повыяенив его производительности в маииностроении. Тезисы докладов Всесоюз­ной научно-технической конференции, 1972, Москва.

3. Грановский Г.й. и др.. Резание металлов, Машгиз, М., •1954. ^. Зэорыкин К.А. Работа и усилия, необходимые для отделения металлических стружек, 1893.

5. Рудник С.С. Теория резания металлов, ОНТИ Украины, 1932.

6. Беккер U.C. Наростообразование при точании алюминиевых сплавов. В кн. «рение и смазка при резании металлов. Изд. Чу­вашского государственного университета, 1972.

7. Бобров В.^. Основг теории резания металлов, Маииностроение, 1975.

8. йаслов З.Н. Осномы теории шлифования металлов, машгиз, 1951.

9. Резников А.Н.Тешюуизика, 1969.

10. Аршинов В.А., Алексеев Г.А., Резание металлов, 1959.

11. Разаниа конструкционных материалов, рехуцие инструменты и станки. Под ред. профессора Пвтрухи П.С., 1974.

12. Вульф A.U. Резакие металлов, 1973.

13. Общеиашиностроительные нормативы режимов резания для техническо­го нормирования работ на металлорежущих станках, Я.,1974.

14. Сеыенченко И.11., Матюшин B.U., Сахаров Г.Н. Проектирование металлорежущих инструментов, иашгиз, 1962.

1^е. Технология металлов в машиностроении, под ред. 2<алова А.И., Машиностроение, 1969.

16. Реиимы резания металлов. Справочник под редакцией Барановско­го Ю.В. НИИАВТОПРОЫ, и., «Машиностроение», 1^72.

17. Гуревич Я.Л. и др. Режимы резания труднообрабатываемых мате­риалов. Справочник., .'л., «Машиностроение», 1976.

18. Аршинов В.А., Алексеев Г.А., Резаниз металлов и металлорежущий

инструиент, «иашиностроение», 1Э68,

19. HT0.054.0I5. PT’j. Платы печатные. Технология.

Расчет припусков

Минимальный односторонний припуск для плоской поверхности рассчитывается по формуле /Справочник технолога-машиностроителя т.1/

(1)

где - соответственно высота неровностей профиля, глуби­на дефектного поверхностного слоя и суммарное значение пространственных отклонений, полученных на предшествующей операции (переходе);- погрешность установки заготовки на данной операции (перехо­де) .

Погрешность установки представляет собой векторную сумму погрешности базирования - и погрешности закрепления -.

Для расчета минимального двустороннего припуска на одновременную обработку двух симметричных плоских (параллельных) поверхностей:

(2)

Для расчета минимального двустороннего припуска на обработку наружных и внутренних поверхностей вращения пользуются формулой:

(3)

При наличии двух видов пространственных отклонений обрабаты­ваемой поверхности вращения (например, «коробления» и «смещения»), суммарной значение p определяется векторной суммой пространственных отклонении В тех случая, когда направление векторов определить затруднительно, их суммируют по правилу квадратного корня:

(4)

Максимальный односторонний припуск для плоской поверхности рассчитывается по формуле:

(5)

и максимальный двусторонний припуск для поверхностей вращения

(6)

где: - допуски, соответственно, на предшествующих и выполняемых операциях (переходах).

Определение величин отдельных слагаемых в выражениях 1-6 производится расчетом и по справочным материалам.

Ниже приводится последовательность расчета припусков на обра­ботку :

1. Записать в расчетную карту (таблица I) обрабатываемые эле­ментарные поверхности заготовки и технологические переходы в поряд­ке последовательности их выполнения. Пользуясь чертежом и справоч­ными таблицами записать для них значения , а такжеили.

2. Определить расчетом величины минимальных припусков по ин­тересующим нас операциям (переходам).

3. Записать для конечного перехода при обработке наружной по­верхности наименьший предельный и при обработке внутренней поверх­ности наибольший предельный размер детали по чертежу.

4. Определить расчетный размер для перехода предшествующего конечному: при обработке наружной поверхности - путем прибавления расчетного припуска к наименьшему предельному размеру по чертежу, и при обработке внутренней поверхности - путем вычитания расчет­ного припуска из наибольшего предельного размера по чертежу.

5. Последовательно определить расчетные размеры для каждого предшествующего перехода (следуя п.4).

6. Записать наименьшие предельные размеры по всем переходам, округляя их увеличением (до значащей цифры допуска) при обработке наружных поверхностей, и наибольшие предельные размеры, округляя их уменьшением при обработке внутренних поверхностей.

7. Определить наибольшие предельные размеры путем прибавления допуска к округленному наименьшему предельному размеру, при обра­ботке наружной поверхности, и наименьшие предельные размеры путем вычитания допуска из округленного наибольшего предельного разме­ра - при обработке внутренних поверхностей.

8. Записать предельные значения припусков z_max как разность наибольших предельных размеров, и z_min как разность наименьших предельных размеров предшествующего и выполняемого переходов - при обработке наружных поверхностей, и z_max, как разность наимень­ших предельных размеров, и z_min как разность наибольших пре­дельных размеров выполняемого и предшествующего переходов, при об­работке внутренних поверхностей.

9. Определять общие припуски z_max и z_min, суммируя промежуточные разности припусков.

10. Проверить правильность расчетов сопоставлением припусков и допусков: или . При этом разность промежуточных припусков должна быть равна раз­ности допусков на промежуточные размеры, а разность общих припус­ков - разности допусков на размеры заготовки и готовой детали.

Расчетные данные занести в сводную таблицу «Припуски и пре­дельные размеры по переходам» (см. табл.1)

Рассмотрим расчет припусков и предельных размеров на приме­ре детали типа «Крышка».

Заготовка получена штамповкой. Рассчитаем припуски на внутрен­нюю поверхность диаметр 46^+0,05.

В соответствии с маршрутной технологией (см.табл.I) заданное качество обработки отверстия диаметром 46^+0,05 получаем за два рабочих перехода.

В соответствия с /Справочник технолога-машиностроителя т.1/ высота неровностей штамповых поковок Rz= 160 мкм, толщина де­фектного слоя Т = 200 мкм.

• Учитывая, что заготовка устанавливается в трехкулачковом пат­роне, значение суммарной пространственной погрешности определим из выражения:

,

где p_см, p_экс - допускаемые погрешности поковок по смещению и эксцентриситету (p_см = 250мкм, p_экс = 630мкм /Справочник технолога-машиностроителя т.1 с.169/).

Подставляя исходные данные p_смиp_экс в выражение дляpпо­лучаем:

мкм

Заносим расчетные параметры Rz, T и pв таблицу I. Анало­гично рассчитываем значения Rz, T и p и для других переходов (см.табл.I).

Погрешность установки суммируется из погрешностей базирования и закрепления . В соответствии с /Справочник тех­нолога-машиностроителя. т.1/ под первый переход принимаем = 200 мкм, под второй переход .

Записав исходные данные в таблицу I производим расчет при­пусков и предельных размеров в соответствии с методикой, изложен­ной выше.

Рассчитаем минимальный расчетный припуск под зенкерование в соответствии с выражением 3:

мкм

Аналогично под развертывание получим:

мкм

Запишем в графу 6 (табл.1) полученные значения 2z_imin.

Запишем в графу 9 для конечного перехода (развертывание) на­ибольший предельный размер - 46 мм. Тогда расчетный размер для пе­рехода зенкерования будет найден путем вычитания расчетного при­пуска 2z_imin = 239мкм из наибольшего предельного размера:

46,05 – 0,239 = 45,81 мм

Наименьшие предельные размеры находим путем вычитания допус­ка из наибольшего предельного размера. Данные заносим в графу I0. После этого определяем предельные значения припусков z_max иz_min для каждого перехода.

Под зенкерование:

z_2max = 45,69 - 43,18 = 2,510 мм ,

z_2min = 45,81 - 43,68 = 2,130 мм

Под развертывание:

z_3max= 46,00 - 45,69 = 0,310 мм

z_3min = 46,05 - 45,81 = 0,240 мм

Общие припуски z_0max и z_0min составят:

z_0max = 2130 + 310 = 2820 мкм

z_0min = 2130 + 240 = 2370 мкм

Производим арифметическую проверку правильности расчета при­пусков в соответствии с выражением.

Для зенкерования: z_2max= 2510 мкм, z_2min= 2130 , = 500 мкм (см.табл.I),= 120 мкм. Откуда получаем:

2510 - 2130 = 500 – 120

Аналогичную проверку производим для развертывания:

310 - 240 = 120 - 50

Ниже (табл.2) приведены контрольные примеры для расчета зна­чений припусков и предельных размеров.

Таблица I

Расчет припусков и предельных размеров

Технологичес­кие операции и переходы обработки элементарной поверхности	Элементы припуска в мкм				Рас­четн. при­пуск zmin в мкм	Рас­четн. разм. в мм	До­пуск в мкм	Предельные размеры в мм		Предельные значения припусков
	Rz	Т	p					max	min	max	min
I	2	3	4	5	6	7	8	9	I0	II	12
Токарная об­работка на револьверном станке. Внутренний диаметр 46+0.05
I. Заготовка	160	200	678	-	-	43,676	500	43,68	43,18	-	-
2. Зенкерование	30	40	48	200	2134	45,81	120	45,81	45,69	2510	2130
3. Разверты­вание	-	-	-	12	239	46,05	50	46,05	46,00	310	240

Таблица 2

К расчету припусков

Схема установки	№ Варианта	Заданный размер	Переходы	Заготовка
	I	Б	1. Фрезерование плоскости А 2. Шлифование плоскости А	Литье
	I	Б	1. Фрезерование 2.Шлифование предварительное 3. Шлифование окончательное	Прокат
	I II	Б Б*	1. Точение в размер Б	Прокат
	I II	Б Б*	1. Точение в размер Б	Прокат
	I II III IV	Б Б* Б** Б***	1. Точение в размер Б 1. Точение в размер Б* 2. Шлифование 3 1. Точение в размер Б** 1. Подрезка торца 4 предвар. 2. Подрезка торца 4 окончат.	Прокат

Примечание: Торец I предварительно прошлифован.