Лабораторная работа № 11 обработка заготовок на шлифовальных станках

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Ознакомиться с основными схемами шлифования и видами работ, выполняемых на шлифовальных станках. Изучить используемое оборудование, инструмент и приспособления. Освоить методику выбора режимов обработки.

2. КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ ИЗ ТЕОРИИ

Шлифование применяют для чистовой и отделочной обработки деталей с высокой точностью, а также для обдирки литья, поковок и проката, заточки режущего инструмента и др. Шлифование – это процесс обработки заготовки или детали резанием с помощью абразивных кругов. Абразивные зёрна круга представляют собой микрорезцы, которые срезают тончайшие стружки с поверхности детали. По мере работы шлифовального круга абразивные зёрна скалываются и затупляются. Усилие резания на зерне постепенно возрастает, и зерно выламывается из связки. При равномерном вырывании затупившихся зёрен по всей поверхности круга происходит самозатачивание, т.е. на место выпавших зёрен в процессе резания вступают новые острые зёрна из нижних слоёв. При износе абразивного круга изменяется его рельеф и геометрия. Для восстановления режущей способности и правильной геометрической формы периодически проводится правка круга.

Процесс формообразования поверхности осуществляется за счет совокупности вращательного и поступательного движений круга и заготовки. Различные сочетания этих движений могут быть сведены к одной из наиболее распространенных схем обработки, приведенных на рисунке 1.

Рисунок 1 - Схемы обработки деталей на шлифовальных станках

Главным движением при всех схемах является вращательное движение круга. Схема «а» реализуется при обработке поверхности периферией круга на плоскошлифовальных станках. Она характеризуется возвратно-поступательным движением заготовки (продольная подача), обеспечивающим снятие слоя металла по всей длине заготовки, и прерывистым поступательным движением (поперечная подача) круга, обеспечивающим обработку поверхности по всей ширине заготовки. Движение поперечной подачи осуществляется в конце продольного хода заготовки.

Схема «б» осуществляется при обработке наружных поверхностей вращения на кругло-шлифовальных станках. Формообразование осуществляется за счёт вращательного и поступательного движений заготовки. Схема «в» имеет место при обработке внутренних поверхностей вращения на внутришлифовальных станках. По методу формообразования она подобна схеме «б». Нужный диаметр обрабатываемой поверхности в обоих случаях достигается за счет перемещения оси вращения круга в радиальном направлении. Шлифование наружных поверхностей и валиков без выступов осуществляют на бесцентрово-шлифовальных станках (схема «г»). Заготовка 3 устанавливается на нож 2 и приводится во вращение ведущим кругом 4 со скоростью, несколько большей скорости вращения рабочего круга 1. Продольное перемещение заготовки вдоль оси осуществляется за счет установки оси ведущего круга под некоторым углом (1 – 7°) к оси заготовки. Такие станки легко вписываются в автоматические линии и обеспечивают высокую производительность.

Круглошлифовальные станки (рисунок 2) используются для обработки круговых цилиндрических и конических наружных поверхностей. Станок состоит из следующих основных узлов: станины 1, стола 2, передней бабки 3 с коробкой скоростей, шлифовальной бабки 4, задней бабки 5 и привода стола 6. Круглошлифовальные станки делят на простые, универсальные и врезные.

Рисунок 2 – Общий вид кругло-шлифовального станка

Универсальные станки имеют поворотную переднюю и заднюю бабки. Каждую бабку можно повернуть на определенный угол вокруг вертикальной оси и закрепить для последующей работы. Простые станки снабжены неповоротными бабками. У врезных станков отсутствует продольная подача стола, а шлифование ведется по всей длине заготовки широким абразивным кругом с поперечной подачей.

Для подач узлов кругло-шлифовальных станков широко используют гидравлические устройства. Возвратно-поступательное перемещение стола совершается с помощью гидроцилиндра и поршня. Управляют ими устройства, которые переключаются столом в крайних положениях. Гидравлические механизмы используют также для периодической подачи шлифовальной бабки. Они обеспечивают бесступенчатое регулирование подачи.

Круговую подачу S_кр заготовки обеспечивает специальный электродвигатель. Здесь используют бесступенчатое регулирование частоты вращения двигателя за счет изменения электрического сопротивления.

Шлифовальный круг вра­щается с помощью клиноременной передачи. После износа кру­га и уменьшения его диаметра используют другую пару шки­вов.

Наиболее распространено шлифование в центрах. Для по­вышения точности обработки центры устанавливают непод­вижно. Круговая подача заго­товки обеспечивается за счет поводкового устройства (поводок и хомутик), приводимого в действие вращающейся планшайбой. Возможно консольное закрепление заготовок в кулачковых патронах.

Скорость V_к вращательного движения круга обеспечивает ско­рость резания.

Основное (технологическое) время, мин, необходимое для круглого шлифования по схеме, приведенной на рисунке 1, б:

,

где L – длина хода стола, мм; i – количество ходов.

Для изготовления шлифовальных кругов наиболее часто применяют электрокорунд, карбид кремния и кубический нитрид бора.

Основа электрокорунда – кристаллический оксид алюминия. В зависимости от содержания Al₂O₃ и структуры кристаллов различают электрокорунд нормальный (13А, 14А, 15А), белый (22А, 23А, 24А) и монокорунд (43А, 44А). Последний обладает наибольшей прочностью и обеспечивает высокую производительность шлифования.

Карбид кремния выпускается двух сортов: зелёный (63С) и чёрный (54С, 55С). Он более хрупок, чем электрокорунд. Благодаря острым кромкам, получающимся при дроблении, он обеспечивает очень высокую производительность.

Кубический нитрид бора (эльбор) по твёрдости уступает лишь алмазу, а теплостойкость имеет в 2 раза выше. Круги из эльбора применяют при чистовом шлифовании, заточке и доводке инструмента.

Связующая основа круга может быть керамической, бакелитовой или вулканитовой. Прочность связки определяет предельно допустимую скорость резания (обычно не более 50 м/с), а также твёрдость шлифовального круга. Для обработки особо твердых материалов используют алмазные круги, которые получают нанесением алмазного порошка на металлический или пластмассовый диск. Поскольку шлифование ведется при высоких скоростях (свыше 30 м/сек), в зону резания должен обеспечиваться подвод смазывающе-охлаждающей жидкости (СОЖ).

Важной характеристикой абразивного круга является зернистость. По зернистости абразивные материалы делятся на три группы: шлифовальные зёрна (№200…№16), шлифовальные порошки (№12, №13) и микропорошки (М40…М5). Номер зернистости обозначает средний размер зерна в сотых долях миллиметра или микрометрах (для микропорошков).

Абразивный материал выбирается в зависимости от физико-механических свойств обрабатываемой заготовки, целей шлифования (черновое или чистовое) и экономических соображений. В большинстве случаев при обработке закалённых и незакалённых сталей применяют нормальный и белый электрокорунд. Монокорунд используют для обработки жаропрочных сплавов. При обработке чугунов, ряда цветных сплавов применяют круги из чёрного карбида кремния, а при шлифовании титановых сплавов – из зелёного карбида кремния. Твёрдость круга должна быть тем меньшей, чем больше твёрдость обрабатываемого материала (таблица 1).

Таблица 1