Техпроцессы в машиностроении_лек

заготовка должна будет находиться в угловом положении, соответствующем следующей впадины. Заготовка подводится к резцовой головке, и цикл реза-

ния повторяется.

4.6. АБРАЗИВНАЯ ОБРАБОТКА ДЕТАЛЕЙ МАШИН, ШЛИФОВАНИЕ

Абразивная обработка (АО) - процесс обработки заготовок резанием абразивным инструментом. Абразивные зерна расположены в режущем ин-

струменте беспорядочно и удерживаются связующим материалом. При при-

дании инструменту движения резания, в зоне его контакта с обрабатываемой поверхностью часть зерен срезает материал заготовки. Обработанная по-

верхность представляет собой совокупность микроследов воздействия абра-

зивных зерен. АО позволяет производить чистовую обработку заготовок из различных материалов, имеющих различную твердость (для заготовок из за-

каленных сталей – это основной способ обработки).

В зависимости от качества обработанной поверхности различают:

шлифование и отделочную обработку.

Шлифование позволяет получить обработанную поверхность с размер-

ной точностью по 5…7 квалитету и шероховатостью RZ 0,3…2,4 мкм.

Скорость резания при АО лежит в пределах 30…100 м/с, поэтому АО – высокопроизводительный процесс.

Абразивный инструмент, в отличие от лезвийного инструмента, имеет множество режущих лезвий, расположенных хаотично. Единичное зерно шлифовального круга может (рис. 4.35): располагаться на некотором рас-

стоянии от обрабатываемой поверхности; скользить по обработанной

Рис. 4.35. Виды контакта абра-

зивного зерна с обрабатываемой поверхностью:

а – нет контакта; б – скольжение; в – поверхностное пластическое деформи-

рование; г – резание; Dр – главное движение резания.

414

поверхности (скользящие зерна); проникать в обработанную поверхность на небольшую глубину и только пластически деформировать материал заготов-

ки (деформирующие зерна); проникать в обработанную поверхность на глу-

бину достаточную для снятия стружки (режущие зерна). Поэтому, по сравнению с лезвийной обработкой: скользящие зерна создают дополнитель-

ное сопротивление резанию (дополнительное трение); деформирующие зерна создают дополнительное сопротивление резанию на упругую и пластическую деформацию поверхностного слоя; режущие зерна так же расположены хао-

тично (неоптимальные углы резания), что приводит к увеличению сил сопро-

тивления резанию. Сила резания, при работе единичного зерна, значительно больше. Но, абразивное зерно работает с малыми глубинами и шириной ре-

зания, снимает тонкие стружки, поэтому суммарная сила резания меньше.

Температура в зоне резания значительно больше, поэтому возможны струк-

турные превращения металла в зоне резания (прижоги). Стружка сгорает на воздухе в виде снопа искр, что требует дополнительных мер пожарной и са-

нитарной безопасности.

Силу резания, как и при лезвийной обработке, можно разложить на три составляющие (Pz; Py; Px). Силы и мощность резания рассчитывают по сле-

циент CP и показатели степени a, b, c зависят от условия шлифования; Sпрод -

продольная подача на оборот круга; Vk - скорость круга в м/с; Vзаг – скорость заготовки; t – глубина резания, в мм; ήк и ήзаг – к.п.д. кинематических цепей приводящих в движение абразивный инструмент и заготовку.

В процессе шлифования режущие свойства круга изменяются. Абра-

зивные зерна затупляются, частично раскалываются, выкрашиваются, поры между зернами забиваются отходами шлифования. Поверхность круга теряет свою первоначальную форму. Возрастает сила и температура резания. Точ-

ность обработки снижается, увеличивается вероятность прижогов. Однако,

при выламывании затупившихся зерен, на поверхности круга обнажаются

415

новые, незатупившиеся зерна, т.е. круг частично самозатачивается. В этом смысле очень важна роль связки (вещества закрепляющие зерна). При слабом закреплении зерен, они быстрее выламываются, круг лучше самозатачивает-

ся, что удобно при черновом шлифовании, но рабочая поверхность круга бы-

стро теряет свою форму. При прочном закреплении зерен, круг быстро теряет свои режущие свойства, но рабочая поверхность хорошо сохраняется, что удобно при чистовом шлифовании. Для восстановления геометрии круга и его режущих свойств, проводят правку круга. Алмазным или абразивным ин-

струментом снимают часть рабочей поверхности круга. Толщина удаляемого слоя обычно не превышает 0,01…0,03 мм. Различают: геометрическую и фи-

зическую стойкость шлифовального круга. Геометрическая стойкость – вре-

мя (количество обработанных заготовок) непрерывной работы, после кото-

рой необходима правка с целью восстановления геометрических параметров рабочей поверхности. Геометрическую стойкость обычно назначают для чис-

тового шлифования, для шлифования фасонных или конических поверхно-

стей. Физическая стойкость шлифовального круга – время (количество обра-

ботанных заготовок) непрерывной работы, после которой необходима правка с целью восстановления режущих свойств рабочей поверхности. Физическую стойкость обычно назначают для чернового шлифования.

В зависимости от вида обрабатываемой поверхности различают шли-

фование: круглое наружное и внутреннее; фасонное; плоское.

При шлифовании главное движение Dр придают абразивному инстру-

менту (шлифовальному кругу). Скорость главного движения определяется по формуле: Vк=πDкnк/60000, м/с, где: Dк – диаметр шлифовального круга в мм; nк – частота вращения шлифовального круга в мин-1. Для обеспечения цилин-

дричности обработанной поверхности при круглом шлифовании заготовке придают движение круговой подачи (Dд), скорость которого в м/мин опреде-

ляется по формуле: Vд= πDдnд/1000, м/с, где: Dд – диаметр обрабатываемой поверхности в мм; nд – частота вращения заготовки в мин-1.

416

В зависимости от направления движения подачи, придаваемой шлифо-

вальному кругу, различают три основных схемы шлифования: с продольной подачей (DSпрод), с поперечной подачей (DSпоп), с тангенциальной подачей

(DSт). В зависимости от способа базирования заготовки различают: шлифова-

ние в центрах или в патроне; бесцентровое шлифование; планетарное шли-

фование.

Характеристика абразивного инструмента

Характеристика абразивного инструмента включает в себя следующие показатели: вид и зернистость абразивного материала, вид, твердость и структура связки.

Абразивные материалы (абразив) – измельченные синтетические или естественные обогащенные зерна, твердость которых превышает твердость обрабатываемого материала. Невысокая стабильность физико-механических свойств естественных материалов ограничила область их применения. В ос-

новном применяются синтетические абразивные материалы, имеющие ста-

бильные свойства.

В машиностроении применяются следующие твердые (корунд, карбид кремния, карбид бора, бой технического стекла и другие) и сверхтвердые

(алмаз, кубический карбид и кубический нитрид бора) абразивные материа-

лы.

o Электрокорунд – состоит из корунда (AL2O3) и небольшого количества примесей. Нормальный электрокорунд – содержит 92-95% корунда, шлак и ферросплавы. Марки: 13А – применяется для абразивного инструмента на органической связке; 14А - для абразивного инструмента на органической и керамической связках; 15А - для абразивного инструмента на керамической связке, в том числе прецизионного класса. Белый электрокорунд - содержит

98 … 99% корунда и алюминат натрия. Марки: 23А, 24А – применяется для шлифовальных кругов, абразивной шкурки, обработки свободным зерном; 25А - для абразивного инструмента на керамической связке, в том числе пре-

417

на металлической связке, для дисковых пил; А3 - для абразивных инструмен-

тов на металлической связке; А1, А2 – для шлифования стекла, керамики и бетона; АМ – для полирования деталей из закаленных сталей, стекла; АМ5 –

для сверх тонкой доводки и полирования.

o Алмаз синтетический – обладает меньшим разбросом твердости, чем природный алмаз (95 000 … 93 000 МПа HV). Марки: АС2 - применяется для инструментов на органических связках при чистовой обработке и доводке сталей и твердых сплавов; АС4 – для обработки керамики и других хрупких материалов; АС6 – для работы на повышенных нагрузках; Ас15 – для работы в тяжелых условия при резке стекла, шлифовании керамики и железобетона;

АС20, АС32 – при бурении, хонинговании, правке шлифовальных кругов;

АРВ1 – при хонинговании чугунов, резки стеклопластика; АСМ – для довод-

ки и полирования закаленных сталей и твердых сплавов; АСМ5, АСМ1 – для сверх тонкой доводки.

o Кубический нитрид бора (эльбор, кубонит) – синтезирован из нитрида бора упакованного в гексагональную решетку. Имеет более высокую, чем у алмаза, теплостойкость, не имеет химического сродства к железу. Марки:

ЛО, ЛП применяются для изготовления абразивного инструмента на органи-

ческой, керамической и металлической связках, абразивных паст и шкурок;

КР,. КО, КОС – для изготовления шлифовальных порошков.

Абразивные зерна могут иметь различные размеры.

В зависимости от размера зерен шлифовальные материалы делятся на четыре группы: шлифзерно (2000 … 160 мкм); шлифпорошки (125 … 40

мкм); микрошлифпорошки (63 … 14 мкм); тонкие микрошлифпорошки (10 … 3 мкм).

Совокупность абразивных зерен шлифовального материала в установ-

ленном интервале размеров называют фракцией. Фракцию, преобладающую по массе, объему или числу зерен называют основной.

Зернистость - характеристика конкретной совокупности абразивных зерен, выраженная размерами зерен основной фракции.

419

В зависимости от группы материалов приняты следующие обозначения зернистости:

o Шлифзерна и шлифпорошки – как 0,1 размера стороны ячейки сита, на котором при просеивании задерживаются зерна основной фракции (напри-

мер: 40 – соответствует зерну 400 мкм).

o Микрошлифпорошки – по верхнему пределу размера зерен основной фракции с добавлением индекса «М» (например: М40 – зерно 40 мкм).

o Алмазные шлифпорошки – дробью, числитель – размер стороны ячей-

ки верхнего сита, знаменатель – нижнего сита (например: 400/250 – основная фракция от 400 до 250 мкм).

o Алмазные микропорошки и субмикропорошки – дробью, числитель – наибольший, а знаменатель – наименьший размер основной фракции (напри-

мер: 40/28).

o Шлифзерна и шлифпорошки эльбора – в зависимости от метода кон-

троля. При ситовом контроле – дробью аналогично алмазным шлифпорош-

кам.

При обозначении алмазных шлифпорошков указывается марка шлифо-

вального материала, зернистость и стандарт. Например: шлифпорошок АС6 160/125 ГОСТ 9206-80; Микропорошок АСН 40/28 ГОСТ 9206-80, Субмик-

ропорошок АСМ5 0,5/0,1 ГОСТ 9206-80.

Связка - вещество или совокупность веществ, применяемых для прида-

ния требуемой формы абразивному инструменту и закрепления шлифоваль-

ных зерен и наполнителя.

Керамические связки (К1, К2, К3, К4, К5, К6, К8, К10) применяются для всех основных видов шлифования, кроме прорезки узких пазов, обди-

рочных работ. Марки К2, К3 – для инструмента из карбида кремния; К2 – для мелкозернистого инструмента; К1, К5, К8 – для инструмента из электроко-

рунда; К1 – для шлифования и заточки алмазным кругом твердосплавного режущего инструмента совместно со стальной державкой или корпусом.

420

сталей, цветных металлов и их сплавов. Средне мягкие и средние связки (СМ2 … С2) - используют для чистового шлифования резьб с крупным шагом. Средние и средне твердые круги (С2 … СТ2) - используют для: шлифования и резьбошлифования заготовок из незакаленных сталей, чугуна, вязких материалов; хонингования. Средне твердые и твердые круги (СТ2 … Т2) -

используют для шлифования: обдирочного и предварительного; профильных и прерывистых поверхностей; заготовок малого диаметра; бесцентрового; хонингования закаленных деталей. Весьма твердые и чрезвычайно твердые круги (ВТ … ЧТ) – используют: для шлифования шариков подшипников; правки шлифовальных кругов.

Структуру абразивного инструмента определяет соотношение объемов шлифовального материала, связки и пор (рис. 4.36). Различают 16 номеров структур. Абразивные инструменты зернистостью 125 … 80 изготавливают структурой №№ 3 и 4; зернистостью 50 … 40 - №№ 5 и 6; зернистостью 25 … 12 - №№ 6 и 7.

Рис. 4.36. Структура абразивных инструментов:

а - № 1; б - № 3; в - № 5;

г - № 7; д - № 10; 1 – абразивное зерно; 2 – связка; 3 – пора.

Высокие номера структур соответствуют высокой пористости. Поры и капилляры сообщаются между собой за счет использования выгорающих парообразователей. В характеристике таких кругов обязательно указывается парообразователь.

При шлифовании чаще всего применяют шлифовальные шкурки и кру-

ги.

422

Шлифовальные шкурки

Шлифовальная шкурка – абразивный инструмент, состоящий из гибкой основы 2 с нанесенным на нее одним или несколькими слоями абразивного материала 5, закрепленного связкой 3 с дополнительным покрытием 6. Для крепления шлифовальной шкурки к инструменту на нижнюю часть основы может наносится крепление – липучка 1 (рис. 4.37).

Рис. 4.37. Структура шлифо-

вальной шкурки:

1 – крепление – липучка; 2 –

основа; 3 – связка; 4 – защит-

ное покрытие; 5 – абразивное зерно; 6 – дополнительное по-

крытие.

Шлифовальные шкурки выпускают на: бумажной; тканевой; комбини-

рованной; фибровой и других основах.

Для изготовления шлифовальной шкурки применяют связки различных видов и марок. При изготовлении тканевых, бумажных и комбинированных шкурок используется мездровый клей, мездровый клей в сочетании с фенол-

формальдегидными смолами и казеиновый клей.

В зависимости от вида основы и свойств связки, различают водостой-

кую, неводостойкую, термостойкую и другие шкурки. В зависимости от чис-

ла слоев шлифовального материала, нанесенных на шкурку, различают одно и двухслойную шкурку. Если шлифовальный слой нанесен на обеих сторонах основы, то шкурка называется двусторонней.

В зависимости от формы инструмента, различают: шлифовальный лист, шлифовальную ленту, шлифовальные диски, шлифовальные трубки,

шлифовальные конуса, лепестковый круг.

423