45. Особенности процесса шлифования

Шлифование — один из видов обработки металлов резанием. При шлифовании припуск на обработку снимается абразивными инструментами — шлифовальными кругами. Шлифовальный круг представляет собой пористое тело, состоящее из большого количества мелких зерен. Эти зерна соединены между собой особым веществом, которое называется связкой. Твердые материа­лы, из которых образованы зерна шлифовального круга, называ­ются абразивными материалами. Процесс шлифования состоит в том, что шлифовальный круг снимает с детали тонкий слой ме­талла (стружку) острыми гранями своих абразивных зерен (фиг. 1).

 

Фиг.1 Процесс шлифования. (см. http://www.markmet.ru/kniga-po-metallurgii/shlifovanie-metallov )

 

Принципиальной разницы в законах резания металлов метал­лическими и неметаллическими   инструментами не существует.

Однако процесс резания металлов различными инструментами, в том числе и шлифование, кроме общих закономерностей, име­ет свои особенности.

К особенностям процесса шлифования следует отнести:

1) высокую скорость резания;

2) сильное размельчение и своеобразный характер снимае­мой стружки;

3) невыгодную геометрию режущих зерен шлифовального круга;

4) высокое нагревание обрабатываемой поверхности и стружки.

Поясним кратко эти особенности. При обычном шлифовании скорость резания принимается равной 30 м/сек, или 1800 м/мин, а при скоростном — 50 м/сек, или 3000 м/мин. Это в 10—30 раз превышает скорость резания при токарной обработке. Процесс снятия стружки абразивным (режущим) зерном осуществляется примерно за 0,0001—0,00005 сек.

Число абразивных зерен, расположенных на периферии шли­фовального круга, очень велико, оно измеряется на кругах сред­них размеров десятками и сотнями тысяч штук. Поэтому при шлифовании стружка снимается огромным числом беспорядочно расположенных режущих зерен, к тому же неправильной фор­мы, что приводит к очень сильному размельчению стружки и вы­зывает большой расход энергии. Затрата энергии на единицу веса снимаемого металла при шлифовании в 4—5 раз больше, чем при фрезеровании, и в 12—13 раз больше, чем при точении.

Абразивные зерна, как правило, имеют отрицательные углы резания. Работу каждого отдельно взятого абразивного зерна можно сравнивать с работой резца, имеющего отрицательный передний угол. Так, если при работе другими инструментами их режущей части можно придать наивыгоднейшую геометрию, то с зернами шлифовального круга этого сделать нельзя.

Шлифовальный круг имеет прерывистую, режущую кромку. Высокие скорости резания, трение связки шлифовального круга об обрабатываемую поверхность, произвольная геометрия абра­зивных зерен, сильное размельчение стружки приводят к тому, что в зоне шлифования выделяется большое количество тепла. Высокая температура поверхностных слоев шлифуемой детали, достигающая 1000° и больше, вызывает изменение структуры и физических свойств металла.

Снимаемая стружка в большей своей части похожа на струж­ку, снимаемую другими инструментами. Часть стружки отлетает от шлифуемой детали, а некоторая часть ее размещается в по­рах шлифовального круга и вымывается из них охлаждающей жидкостью. Небольшая часть ее сгорает. По мере притупления шлифовальные зерна врезаются в металл все с большим и боль­шим усилием. В тот момент, когда усилие по величине пре­взойдет прочность зерна или удерживающей его связки, зерно разрушится или полностью выкрошится.

Шлифование — очень сложный процесс, который зависит от многих факторов.

 

 

Поверхности, обрабатываемые шлифованием, могут быть про­стыми и сложными. К простым относятся наружная и внутрен­няя цилиндрическая поверхность и плоскость, к сложным — винтовая, эвольвентная и некоторые другие поверхности.

Для осуществления процесса шлифования необходимо, что­бы деталь и абразивный инструмент имели соответствующие -относительные движения. В машиностроении наиболее часто при­меняются следующие виды шлифования: круглое наружное, круг­лое внутреннее и плоское.

Круглое наружное шлифование. К этому виду шлифования относятся:

а) шлифование с продольной подачей;

б) шлифование врезанием;

в) бесцентровое шлифование с продольной подачей;

г) бесцентровое шлифование врезанием.

Для осуществления круглого наружного шлифования с про­дольной подачей необходимы следующие движения (фиг. 2, а): вращение шлифовального круга, или главное движение резания; вращение детали вокруг своей оси — круговая подача детали; прямолинейное возвратно-поступательное движение детали (или шлифовального круга) вдоль оси детали — продольная подача; поперечное перемещение шлифовального круга на деталь или. наоборот, детали на круг — поперечная подача, или подача на глубину шлифования. При шлифовании с продольной подачей этот вид подачи используется периодически, в конце каждого двойного хода детали.

Круглое наружное шлифование врезанием (фиг. 2, б)отли­чается от первого способа шлифования тем, что высота приме­няемого при этом шлифовального круга берется равной длине шлифования детали или несколько больше ее. Поэтому здесь от­падает необходимость в продольной подаче. Поперечная подача применяется непрерывно в течение всего процесса шлифования. Таким образом, для выполнения наружного шлифования вреза­нием необходимы следующие движения: вращение шлифоваль­ного круга, вращение детали вокруг своей оси, или ее круговая подача, и непрерывная поперечная подача шлифовального круга.

Бесцентровое шлифование (фиг. 2, в) представляет собой разновидность наружного круглого шлифования. Шлифуемая деталь помещается на опорном ноже между кругами — рабочим (слева) и подающим, или ведущим (справа). Для осуществления про­цесса бесцентрового шлифования необходимы следующие движе­ния: вращение шлифовального и подающего кругов, круговая и

 

 Фиг. 2. Схемы основных видов шлифования: (см. http://www.markmet.ru/kniga-po-metallurgii/shlifovanie-metallov )

 

а — круглое наружное с продольной подачей; б — круглое   наружное   вреза­нием, в — наружное бесцентровое; г — круглое внутреннее с продольной пода­чей; д — внутреннее бесцентровое; е — плоское— периферией круга; ж — плос­кое—торцом круга.

продольная подача детали. Вращение подающего круга сооб­щает шлифуемой детали вращение и продольную подачу. Для по­лучения продольной подачи детали ось ведущего круга устанав­ливают под небольшим углом  к оси рабочего круга.

 

Круглое внутреннее шлифование. К этому виду шлифования относятся:

а) шлифование с продольной подачей;

б) шлифование врезанием;

в) бесцентровое шлифование с продольной подачей;

г) бесцентровое шлифование врезанием.

Схема круглого внутреннего шлифования с продольной пода­чей показана на фиг. 2, г. Для этого способа шлифования необ­ходимы те же движения, что и при круглом наружном шлифова­нии с продольной подачей: вращение шлифовального круга, круговая подача детали, продольная подача детали или круга, поперечная подача круга.

Круглое внутреннее бесцентровое шлифование (фиг. 2, д)по­добно наружному и осуществляется без закрепления шлифуе­мой детали; в процессе шлифования деталь поддерживается тремя опорными роликами.

 

Плоское шлифование. Этот вид шлифования делится:

а) на шлифование периферией круга (фиг. 2, е)

б) на шлифование торцом круга (фиг. 2, ж).

Для осуществления плоского шлифования необходимы следу­ющие движения: вращение шлифовального круга — главное дви­жение резания; подача детали; прямолинейное движение детали или шлифовального круга в направлении, перпендикулярном к подаче детали; движение круга на деталь — поперечная подача, или подача на глубину шлифования. Столы плоскошлифоваль­ных станков могут совершать прямолинейное возвратно-посту­пательное и вращательное движение. Соответственно движе­ние подачи детали может быть прямолинейным или враща­тельным.