Основные понятия и термины

Шлифование, шлифовальный круг, схема шлифования, наружное круглое шлифование, внутреннее круглое шлифование, плоское шлифование периферией круга, плоское шлифование торцом круга, кинематическая схема резания, карбид кремния, структура круга, форма круга, абразивный материал, электрокорунд, карбид кремния, карбид бора, синтетический алмаз, кубический нитрид бора, зернистость, твердость, связка, неорганические связки, органические связки, металлические связки, твердость абразивного инструмента, засаливание круга, самозатачивание, износ круга, правка круга, скорость резания, подачи, эффективная мощность, основное время шлифования.

Вопросы для самоконтроля

1. Какие марки материалов для абразивных кругов получили наиболее широкое распространение?

2. Назовите достоинства, недостатки и области применения сверхтвердых абразивных материалов.

3. Что такое зернистость? Как ее определить?

4. Назовите связки абразивного круга.

5. Дайте определения твердости, структуры круга и раскройте их влияние на процесс шлифования.

6. Что означает «засаливание» круга?

7. В чем заключается процесс самозатачивания круга?

8. Каковы силы резания и мощность при шлифовании?

9. Охарактеризуйте область возможного применения различных видов шлифования и элементы режима резания.

Гл а в а 12. Процесс резания несвязанным шлифовальным материалом

12.1. Классификация и характеристики методов обработки несвязанным шлифовальным материалом

Повышение требований к качеству поверхности обусловило развитие и совершенствование технологии методов обработки деталей свободным абразивом, так как они позволяют во многих случаях механизировать обработку деталей со сложными поверхностями и повысить качественные показатели рабочих поверхностей; исключить или свести к минимуму непроизводительный ручной труд. Как в отечественной промышленности, так и за рубежом проблемный характер носит финишная обработка тонкостенных, легкодеформируемых деталей с наружными поверхностями, образованными вращением сложной кривой. К подобным деталям относятся чашки-резонаторы, элементы электроосветительной и водопроводной арматуры, кольца прядильных и крутильных машин, мебельная фурнитура и др. Большие объемы производства и разнообразие типоразмеров подобных деталей делают актуальной задачу разработки новых технологических методов абразивной обработки, так как известные методы не позволяют стабильно достигать требуемого качества поверхности. Точность размеров и шероховатость криволинейных поверхностей обеспечиваются с помощью ручных или полумеханических операций. В связи с повышенным требованием к внешнему виду изделий увеличивается доля отделочных методов обработки. Отделочные операции чаще всего являются заключительными (или готовят поверхность под покрытие). Выбор метода обработки поверхности связан с исходным состоянием поверхности и требованиями, предъявляемые к конечному виду изделия. Часто и качество покрытия зависит от качества предварительной подготовки поверхности. в которой инструмент не имеет механической связи со станком. Эти методы позволяют сочетать высокую производительность обработки с хорошим качеством обработанной поверхности деталей сложной конфигурации из различных материалов при простом по конструкции оборудовании. Для деталей сложной формы в последнее время широко применяются методы обработки свободными абразивами. Технологические возможности и большое количество технологических параметров позволяют классифицировать методы обработки свободными абразивами по ряду признаков: по типу абразивной среды, по необходимости закрепления детали, по главному движению, по количеству одновременно обрабатываемых деталей, по характеру воздействия инструмента, по направлению следов обработки. в основу классификации был положен характер воздействия абразивных частиц на поверхность обрабатываемой детали (скольжение, соударение, направленный поток).

К методам обработки несвязанным шлифовальным материалом относятся: вибрационная обработка (ВиО), центробежно-ротационная обработка (ЦРО), струйно-абразивная обработка (САО), турбоабразивная обработка (ТАО), обработка свободным абразивом, уплотненным инерционными силами (ОСАУИС), магнитно-абразивное полирование (МАП) и галтовка.

Наиболее распространенным методом обработки свободными абразивами является вибрационная обработка (ВиО). Вибрационная обработка в зависимости от характера применяемой рабочей среды представляет собой механический или химико-механический процесс съема мельчайших частиц и его окислов с обрабатываемой поверхности, а также сглаживание микронеровностей путем их пластического деформирования частицами рабочей среды, совершающими в процессе работы колебательное движение.

Способ объемной центробежно-ротационной обработки (ЦРО)заключается в том, что гранулированная обрабатывающая среда и детали приводятся во вращательное движение вокруг вертикальной оси таким образом, что приобретают форму тора, в котором частицы движутся по спиральным траекториям. Обрабатываемые детали загружаются в рабочую камеру «в навал» и перемещаются вместе с рабочей средой. Съем металла осуществляется за счет относительного перемещения и взаимодействия абразивных гранул и деталей, смачиваемых жидкостью, непрерывно подаваемой в рабочую камеру.

Способ струйно-абразивной обработки (САО)заключается в использовании эффекта удара частиц обрабатывающего материала об обрабатываемую поверхность. Физическая картина процесса аналогична изнашиванию материалов, находящихся под действием потока частиц. Кроме съема металла с поверхности, наблюдается ее упрочнение и изменение микрогеометрии, а в тонких поверхностных слоях возникают остаточные напряжения сжатия.

Способ турбоабразивной обработки (ТАО)основан на использовании техники псевдоожижения сыпучих материалов и заключается в создании абразивного кипящего (псевдоожиженного) слоя, в который помещают обрабатываемую деталь, задавая в зависимости от ее формы различные виды движения.

Галтовочными методами можно выполнять полирование, безразмерное шлифование, упрочнение, очистку и зачистку.В процессе галтовки в результате взаимодействия наполнителя и деталей, загруженных в контейнер, при вращении происходят соударения, скольжение и микрорезание поверхностей деталей абразивным наполнителем, вследствие чего и снимается металл. Детали загружают в барабан обычно навалом. Для интенсификации процесса обработки детали иногда закрепляют на отдельной оси и сообщают им дополнительное вращение.

Метод обработки свободным абразивом, уплотненным инерционными силами (ОСАУИС)представляет собой процесс, в котором обработка происходит в результате контактного взаимодействия обрабатываемой поверхности с уплотненным под действием инерционных сил слоем свободного абразива при их относительном перемещении. Данный метод обеспечивает сочетание процессов обработки, смазки и охлаждения, осуществляющихся одновременно и неразрывно. Метод обеспечивает возможность регулирования в больших пределах процесс абразивного воздействия на обрабатываемую поверхность, за счет изменения режима обработки.

Сущность метода магнитно-абразивного полирования (МАП)заключается в том, что обрабатываемой поверхности детали или порошку с магнитными и абразивными свойствами, помещенным в магнитное поле, сообщают принудительное движение относительно друг друга. Съем металла осуществляется в результате силового воздействия порошка на поверхность детали.

При анализе методов обработки несвязанным шлифовальным материалом выявлены общие особенности, основные из которых следующие: отсутствие жесткой кинематической связи инструмента и детали,низкотемпературный характер процесса резания,возможность обработки деталей сложной формы,«безразмерный» характер обработки,повышение микротвердости поверхностного слоя после обработки.

Галтовочный метод обработки деталей

Этот метод получил широкое распространение в промышленности, что объясняется простотой конструктивного исполнения устройств, возможностью обработки широкой номенклатуры деталей.

Схемы обработки разнообразны, но в основном это вращение цилиндрических или граненых барабанов вокруг вертикальной, горизонтальной или наклонной осей с загруженными в них деталями и обрабатывающей средой (рис. 12.1).

Рис. 12.1. Схема обработки деталей в галтовочном барабане

Барабанам обычно сообщают вращение со скоростью 0,5…1 м/с. В качестве инструмента при галтовочном методе используют абразивные материалы (бой абразивных кругов, гранулированный абразив, шлифовальные зерна и порошки) или различные наполнители, как металлические (стальные полированные шары), так и неметаллические (деревянные шары и кубики, обрезки кожи, войлока), различной формы и размеров.

В качестве рабочей жидкости применяют растворы технического мыла, кальцинированной соды, тринатрийфосфата, активных смачивателей типа ОП-10 и др.

При галтовке эффективно обрабатываются преимущественно наружные поверхности деталей. Величина контактного давления гранул шлифовального материала на поверхности деталей невелика, поэтому съем металла незначителен. Вследствие этого длительность галтовочных операций составляет от 4 до 48 часов. Эффективность галтовочного метода в 2...30 раз выше, чем механизированного крацовочного (зачистка заусенцев и обработка поверхностей вращающимися металлическими щетками), абразивного ленточного и струйного абразивного методов.

Разновидностью галтовочного метода является сравнительно новая объемная отделочно-зачистная обработка в винтовых роторах и обработка поверхностей деталей в контейнерах с планетарным вращением.

Обработка основана на соударениях деталей и гранулированного шлифовального материала. Соударения производятся различными поверхностями и под разными углами. Многочисленные соударения происходят одновременно со всех сторон, поэтому все поверхности обрабатываются более или менее равномерно. Происходит сглаживание поверхностей, скругление углов и кромок, а также частичный наклеп и упрочнение поверхностного слоя деталей.

Несмотря на простоту реализации и широкие технологические возможности новых методов, невозможно достижение высокого качества поверхности при обработке деталей из незакаленных сталей и цветных металлов, сложно гарантировать однородность качественных характеристик по обрабатываемому профилю.

Использование галтовочных методов обработки не позволяет обеспечить равномерное контактное давление шлифовального материала на рабочих поверхностях, образованных вращением сложной кривой, и достигать требуемого качества поверхности без применения ручной дополировки.