Исправленная и дополненная обработка наружных поверхностей2 (ТКМ в электронном виде), страница 5

Обрабатываемые детали и материалы. Алмазным выглаживанием можно обработать почти все применяющиеся в промышленности материалы и сплавы, поддающиеся пластической деформации в холодном состоянии - закаленные и незакаленные стали, цветные металлы, хромированные, никелированные и другие детали. Исключением являются титан, цирконий и ниобий, которые при выглаживании интенсивно налипают на рабочую часть выглаживателя.

Выглаживанием можно обрабатывать наружные и внутренние цилиндрические и конические поверхности, плоскости и некоторые виды фасонных поверхностей.

Однако не во всех случаях можно применять этот метод. Алмазное выглаживание чувствительно к неравномерной твердости, которая является следствием некачественной термической обработки.

Вследствие хрупкости алмаза затруднительна обработка прерывистых поверхностей – со шпоночными канавками, шлицами, поперечными отверстиями, так как при этом возникают ударные нагрузки, которые могут вызвать сколы рабочей поверхности алмаза.

Выглаживание поверхностей, имеющих поперечные канавки, затруднений не представляет.

Затруднительно выглаживание цилиндрических поверхностей с упором в торец. В этом случае необходимо предусмотреть канавки или допускать невыглаженный участок шириной 2-3 мм, прилегающий к торцу.

Режимы выглаживания. Эффективность применения алмазного выглаживания во многом зависит от условий и режимов обработки.

Часто выглаживание является окончательной операцией, поэтому ей должна предшествовать чистовая обработка, обеспечивающая точность размеров и формы детали. Исходная шероховатость перед выглаживанием деталей из закаленных сталей должна быть не ниже 6,3 мкм - незакаленных сталей и цветных сплавов - не ниже 20 мкм..

Выбор формы рабочей части выглаживателя - сферической или цилиндрической - зависит от обрабатываемой поверхности. Выглаживатели сферической формы являются более универсальными, так как ими можно обрабатывать наружные и внутренние поверхности и плоскости. Выглаживатели цилиндрической формы применяются только для обработки наружных цилиндрических поверхностей вращения, при этом они обеспечивают более высокое качество поверхности и менее склонны к вибрациям. Поэтому при обработке наружных цилиндрических поверхностей применяют цилиндрические выглаживатели, а во всех остальных случаях - сферические.

При выглаживании обычно применяют скорости до 150 м/мин. Оптимальная величина подачи, обеспечивающая хорошее качество поверхности и малую шероховатость, находится в пределах 0,02-0,06 мм/об при выглаживании закаленных сталей, 0,02-0,08 мм/об - для незакаленных сталей, 0,02-0,15 мм/об - для алюминиевых сплавов.

Производительность и экономическая эффективность выглаживания. Производительность определяется подачей и скоростью обработки, поэтому эти параметры выбираются возможно большими в пределах, обеспечивающих требуемое качество поверхности.

При выглаживании на токарном станке стальных деталей минутная производительность составляет 30-60 мм длины детали, т.е. такая же, как и при тонком точении. Однако следует учитывать, что алмазное выглаживание обеспечивает более чистые поверхности (0,8 – 0,2 мкм), чем тонкое точение. Трудоемкость алмазного выглаживания деталей, изготовленных из закаленных сталей, меньше трудоемкости суперфиниша, тонкого шлифования и т.п. при требуемой шероховатости 1,6 – 0,8 мкм- на 10-20%, а при шероховатости поверхности 0,4 – 0,2 мкм - на 15-30%.

Технологические затраты на операцию алмазного выглаживания невелики. Это связано с тем, что для ее выполнения не требуется дорогостоящего оборудования, приспособления просты и дешевы, а инструмент хотя и дорогой, но обладает большой стойкостью.

5.3 Шлифование

Шлифование - это вид обработки деталей с помощью абразивного инструмента. При обработке на шлифовальных станках режущим инструментом являются шлифовальные абразивные круги. Шлифовальные абразивные круги состоят из мелких зерен абразивных материалов, сцементированных между собой связующим веществом - связкой.

Шлифовальные круги изготавливают из следующих искусственных абразивных материалов: нормального и белого электрокорунда, черного и зеленого карбида кремния. Электрокорунд - это кристаллическая окись алюминия (AL₂O₃), получаемая плавкой в электрических печах бокситовой руды. Белый электрокорунд содержит несколько больше окиси алюминия, его режущая способность выше, чем нормального электрокорунда. Карбид кремния - химическое соединение кремния и углерода, получаемое путем сплавления в электрических печах кварцевого песка с угольным порошком. Зеленый карбид кремния имеет большую твердость и вообще является более качественным, абразивом по сравнению с черным карбидом кремния.

Из всех связок наибольшее распространение получила керамическая связка, которую приготовляют из огнеупорной глины, полевого шпата и кварца.

Важнейшим параметром, определяющим режущие свойства шлифовального круга, является его зернистость, т.е. размеры зерен абразивных материалов, из которых состоит круг.

Твердость шлифовального круга характеризуется силой, которую нужно приложить к зерну, чтобы вырвать его из связки. Чем больше эта сила, тем тверже круг. Слишком мягкие круги быстро изнашиваются, если же круг излишне твёрд, то он быстро забивается снимаемой стружкой и поэтому сильно нагревает обрабатываемую заготовку. Поэтому для шлифования твердой стали применяют мягкие круги, так как затупившиеся зерна их легко вырываются из связки, обнажая нижележащие зерна с острыми кромками - круг как бы самозатачивается. Наоборот, при шлифовании мягкой стали применяют твердые круги, так как стойкость их больше. Для шлифования меди и латуни применяют мягкие крупнозернистые круги, так как мелкозернистые круги быстро "засаливаются".

Кинематика процесса. При шлифовании главным движением является вращение инструмента - шлифовального абразивного круга, заготовке сообщают продольную S_пр и круговую S_кp подачи. Движение врезания S_t осуществляет круг (см.рис.1,б).

Инструмент. Шлифовальные круги различают по следующим признакам: по виду абразивного материала, по зернистости, по связке, по твердости, по структуре, по форме и размерам.

Зернистость абразивного материала характеризуют размеры абразивных зерен. По зернистости абразивный материал разделяют на шлифзерно, шлифпорошки и микропорошки. Разделение шлифзерна и шлифпорошков по размерам производится рассевом на ситах. Принято обозначать номер зернистости по величине отверстий сита (в сотых долях миллиметра), на котором задерживается зерно основной фракции.

Абразивный материал с номера 200 и до 16 соответственно с размером зерна от 2500 до 160 мкм называют шлифзерно, с номера 12 до 3 с размером зерна от 160 до 28 мкм - шлифпорошок, с номера М40 до М5 с размером зерна от 40 до 3,5 мкм -микропорошки.

Связки (связующие вещества) используются для соединения в одно целое (круги, бруски и т.д.) шлифовальных зёрен и порошков. Связки бывают неорганические и органические. К неорганическим связкам относятся керамическая, силикатная и магнезиальная.

Керамическая связка состоит из глины, шпата, кварца, талька, корундовой пыли и т.д. и является основной связкой, применяемой для изготовления кругов. Круги, изготовленные на керамической связке, имеют наибольшую зернистость и поэтому меньше "засаливаются", легко режут металл и, обладая хорошей водоупорностью, допускают шлифование с охлаждением.

В силикатной связке в качестве основного связующего материала применяется жидкое стекло, которое обладает недостаточной прочностью. Круги на такой связке быстро изнашиваются, но работают с малым тепловыделением, поэтому применяются в тех случаях, когда поверхность детали чувствительна к повышению температуры при резании.

Магнезиальная связка имеет ограниченное применение.

К органическим связкам относятся бакелитовая и вулканитовая. Основой бакелитовой связки служит искусственная смола - бакелит. Круги на бакелитовой связке обладают высокой прочностью и упругостью, что дает возможность делать их тонкими до 0,5 мм для прорезных работ.

Вулканитовая связка приготовляется из каучука, подвергнутого вулканизации. Круги на вулканитовой связке обладают высокой упругостью, но имеют низкую теплостойкость. Они применяются в основном для отрезных, прорезных работ, резьбошлифования, полирования.

Под твердостью абразивного инструмента понимается сопротивляемость связки вырыванию абразивных зерен с поверхности инструмента при воздействии на него внешних усилий. При малой твердости зерна сравнительно легко выкрашиваются из круга, а при повышении твердости зерна держатся более прочно. ГОСТом установлена шкала твердости кругов: М - мягкий, СМ - среднемягкий, С - средний, СТ - среднетвердый, Т - твердый, ВТ - весьма твердый, ЧТ - чрезвычайно твердый.

Под структурой абразивного инструмента понимают его внутреннее строение, т.е. количественное соотношение и взаимное расположение зерен, связки и пор в единице объема инструмента. Различная плотность расположения зерен достигается изменением давления при прессовании заготовок абразивных инструментов.

Форма и размеры шлифовальных кругов бывают различные. Наибольшее распространение находят плоские круги прямого профиля (рис.56,а). Их применяют для наружного и внутреннего шлифования, плоского шлифования периферией круга, заточки инструментов и т.д. Кроме того применяют круги (см.рис): б - цилиндрические гладкие, в - цилиндрические профильные, д - конические, г - сферические, е -чашечные и др. Всего ГОСТом предусмотрено 22 формы абразивных кругов.

Выбор характеристик круга осуществляется для каждого отдельного случая обработки, учитывая материал обрабатываемой детали и его свойства.

Электрокорундовые круги, как правило, применяются для обработки деталей из более вязких металлов. К их числу относятся углеродистые и легированные стали как закаленные, так и незакалённые, ковкий чугун и мягкая бронза.

Круги из карбида кремния используют главным образом для шлифования деталей из хрупких металлов - серого чугуна, твердых сплавов, алюминиевых и бронзовых отливок, твердой бронзы и др.

Не менее важным является выбор твердости круга. При этом руководствуются основным правилом: чем мягче металл обрабатываемой детали, тем тверже должен быть круг, и наоборот. С увеличением поверхности контакта круга с деталью удаление срезаемой стружки затрудняется, поэтому необходимо применять более мягкие круги.

Зернистость круга выбирается главным образом в зависимости от припуска, требуемой шероховатости обработки и точности размеров. Для чернового шлифования необходимы крупнозернистые круги, а для отделочного - мелкозернистые. Для фасонного шлифования нужны более мелкозернистые круги.

Структура круга выбирается, исходя из следующих соображений. При чистовых и фасонных работах применяют круги более плотной структуры, чем при черновых. Для обработки деталей из вязких и мягких металлов, легче засаливающих круг, применяют высокопористые круги. С увеличением площади контакта шлифовального круга с деталью увеличивается объём стружки, срезаемой каждым зерном круга, поэтому в таких случаях необходимо применять также пористые круги.

Что касается размеров круга, то необходимо применять круги большего диаметра, так как удельная нагрузка на зерна уменьшается и износ его замедляется.

Правка круга - это процесс принудительного удаления затупленных зерен с поверхности круга и восстановление его правильной геометрической формы. Чаще всего для правки шлифовальных кругов применяют технические алмазы и алмазно-металлические карандаши. Кристаллы алмаза закрепляют в особой оправке методом пайки. Оправку с алмазом устанавливают на столе шлифовального станка на 2-3 мм ниже оси вращения круга и наклоняют под углом 15-20° к оси круга (рис.57).

Режим правки карандашами следующий: глубина снимаемого слоя - до 0,04 мм на двойной ход S_дв; продольная подача - не более 0,5 м/мин.

Физические основы абразивной обработки

Схема работы зерен абразивного инструмента иллюстрируется рис.58. Шлифовальный круг вращается с окружной скоростью , а деталь - с окружной скоростью примерно в 100 раз меньше.