Что такое шлифование металла и его виды – особенности обработки металла перед шлифованием

Шлифование металла

Что такое шлифование металла? Под этой технологией подразумевается его обработка с применением абразивного материала. Данный процесс проводится с использованием особой техники и призван изменить текстуру поверхности, а также другие ее характеристики. Шлифование применяют к внешней и внутренней части металла (плоской или в форме цилиндра).

Характеристики металлической обработки:

шлифование – это заключительный этап обработки металла, который проводится для создания шероховатостей;
технология не подходит для кардинального изменения габаритов изделия;
получить необходимую степень шероховатости с использованием современного оборудования можно после обработки заготовки под воздействием высокой температуры.

В процессе шлифования металла учитывается ряд особенностей:

глубина резания;
возможность поперечной подачи;
скорость перемещения изделия;
скорость круга (зависит от характеристик оборудования и внешнего диаметра).

Обработка на круглошлифовальных станках

Круглое шлифование производится при вращательном движении круга со скоростью V

и вращательном движении (круговой подаче
Sкр
) заготовки.

При шлифовании с продольной подачей (рис.7.2,а) заготовка вращается равномерно и совершает возвратно-поступательное движение. После каждого хода или двойного хода стола происходит сближение круга и заготовки. В конце операции обычно осуществляют выхаживание, т.е. выполняют несколько ходов без поперечной подачи для компенсации упругих перемещений.

а б

в г д

Рис. 7.2. Схемы круглого шлифования

Жесткие заготовки могут шлифоваться по способу врезания (рис.7.1,б), когда ширина обрабатываемой поверхности меньше ширины шлифовального круга. При этом способе круг перемещается с постоянной подачей вплоть до момента достижения необходимого размера обрабатываемой поверхности. Этот способ является более производительным и широко применяется в крупносерийном и массовом производствах при обработке цилиндрических и фасонных поверхностей.

Процесс шлифования уступами состоит из двух этапов – сначала производят шлифование врезанием с периодическим передвижением стола в продольном направлении на 0,8..0,9 ширины круга, а затем делается несколько ходов с продольной подачей без поперечного перемещения для зачистки поверхности (рис. 7.1,в).

При торцово-круглом шлифовании (рис. 7.1,г) производится комбинированная обработка одновременно цилиндрической и торцовой поверхности с подачей шлифовального круга по биссектрисе угла или последовательно в радиальном и осевом направлениях.

При глубинном шлифовании открытых поверхностей (рис.7.1,д) за один ход конический участок круга удаляет весь припуск, а цилиндрический — зачищает обработанную поверхность. Поперечная подача отсутствует.

Круглошлифовальные станки отличаются высоким уровнем точности и универсальности. Они предназначены для наружного и внутреннего шлифования цилиндрических и конических поверхностей, а также для шлифования плоских торцов деталей. К этому типу станков относятся универсальные круглошлифовальные станки, круглошлифовальные и торцекруглошлифовальные полуавтоматы, а также специализированные круглошлифовальные станки.

Основными узлами универсального круглошлифовального станка (рис.7.2) являются: станина 1, стол 3, передняя бабка 4 с коробкой скоростей, шлифовальная бабка 5 и задняя бабка 6. Станки оснащены откидным внутришлифовальным шпинделем. Для шлифования конических поверхностей предусмотрена возможность поворота вокруг вертикальных осей шлифовальной бабки, а также верхнего рабочего стола и передней бабки.

Рис.7.2 Круглошлифовальный станок

Шлифовальный круг приводится во вращение от отдельного двигателя через клиноременную передачу. Круговая подача заготовки осуществляется при помощи другого электродвигателя с бесступенчатым регулированием.

Движение продольной подачи сообщается нижнему столу с помощью гидропривода; управление движением происходит при помощи устройств, которые переключаются самим столом в его крайних положениях. Шлифовальная бабка также периодически перемещается в поперечном направлении при помощи гидравлических механизмов. Большинство станков имеют механизмы широкого регулирования режимов шлифования и средства автоматизации рабочих движений стола и шлифовальной бабки. Предусмотрена возможность использования приборов активного контроля, позволяющих измерять заготовку в процессе шлифования, а также устройства, автоматически останавливающие станок при достижении требуемого размера.

При обработке на круглошлифовальных станках заготовку чаще всего устанавливают в жестких (не вращающихся) центрах, расположенных на передней и задней бабках; при этом круговую подачу обеспечивает поводковое устройство, связанное с вращающейся планшайбой. Возможно также закрепление заготовок в кулачковых патронах, причем, при шлифовании нежестких заготовок дополнительно необходимо применять люнеты.

Круглое шлифование производится при вращательном движении круга со скоростью V

и вращательном движении (круговой подаче
Sкр
) заготовки.

а б

в г д

Рис. 7.2. Схемы круглого шлифования

Рис.7.2 Круглошлифовальный станок

Основные виды шлифования

Шлифование металла производится различными методами. Технологии различаются между собой способом вращения (круга или заготовки), скоростью движения, а также стороной, которой работает шлифовщик (торцом, плоскостью) и другими факторами. Основные виды шлифования:

круглое;
шлифование внутренних поверхностей;
зубошлифование;
бесцентровое;
плоское.

Методы шлифования также подразделяются по типу материала, используемого при обработке. Для перевода процесса в автоматический режим применяют специальные станки или встроенный блок ЧПУ, который снижает трудовые затраты и обеспечивает высокое качество изделий.

Круглое наружное шлифование

Круглое шлифование – это наиболее популярный метод. Оно бывает не только наружное, но и внутреннее. Круглый метод осуществляется за счет синхронного вращения круга и металлической детали. Наружное шлифование обеспечивает режущий эффект, а внутреннее – равномерную работу.

Среди особенностей круглого шлифования выделяют:

абразивный круг является расходным материалом, он вращается вокруг собственной оси;
металлическая деталь вращается синхронно с кругом (это повышает эффективность процесса);
осуществляется как продольная, так и поперечная подача (за счет них изменяется глубина врезания и обеспечивается обработка по всей длине).

Данная технология подходит для обработки изделий цилиндрической формы, так как при соприкосновении круга с изделием в форме цилиндра, обеспечивается обработка всей поверхности.

Внутреннее шлифование

Внутреннее шлифование похоже на круглое, но отличается тем, что абразивный круг располагается внутри металлической заготовки. Отличительные особенности технологии:

может осуществляться продольная и поперечная подача;
основное вращение обеспечивает абразивный круг.

Для повышения эффективности проводимого метода используют охлаждающую жидкость. Ее подают в зону резания.

Зубошлифование

Зубошлифование – это процесс, который осуществляется при помощи зубчатых колес. Отсюда и такое название. Сложность метода заключается в том, что приходится использовать технологическое оснащение для шлифовки. Отличительные особенности зубошлифования:

для работы используются специальные станки;
круг подстраивается под размер эвольвенты зуба;
зубчатый венец подвергается обработке.

Поверхность зуба подвергается закалке, ввиду чего процесс механической обработки заготовки может усложниться.

Бесцентровое шлифование

Бесцентровое шлифование отличается тем, что металлическая деталь не закреплена. Заготовка размещается между двумя шлифовальными кругами, которые вращаются. В центре расположен нож из нержавеющей стали, который исключает вероятность смещения изделия или того, что его немного заклинит.

Так как метод предполагает использование сразу двух шлифовальных кругов, процесс происходит значительно быстрее. Бесцентровое шлифование осуществляется при помощи специальных станков.

Данная технология возможна только в производственных цехах, а не в домашних условиях.

Круглое шлифование

Круглое шлифование применяется главным образом при шлифовании наружных поверхностей тел вращения (цилиндрических, конических и фасонных). Оно осуществляется на круглошлифовальных станках.

Имеются четыре способа круглого шлифования, которыми широко пользуются на практике, а именно:

шлифование с продольной подачей
глубинное шлифование
шлифование врезанием и шлифование уступами (рис. 381
).

При способе шлифования с продольной подачей (рис. 381, а

) обрабатываемая заготовка устанавливается на станке в центрах. При недостаточной жесткости заготовки применяют в качестве промежуточных опор люнеты, устанавливаемые на столе станка через промежутки, равные 6 — 10 диаметрам шлифуемой заготовки. Приданное кругу вращательное движение обеспечивает скорость резания Vк = 30 ÷ 40 м/сек. Заготовка вращается со скоростью 4 — 20 м/мин (круговая подача) и поступательно-возвратно перемещается вдоль своей оси. Это движение является продольной подачей, которая назначается в долях ширины круга на один оборот заготовки. При черновом шлифовании Sпp = (0,3 — 0,9) В и при чистовом — Sпp = (0,2 — 0,3) В, где В — ширина круга в мм.

Рис. 381.

Способы круглого шлифования поверхностей: а — с продольной подачей; б — глубинное; в — врезанием; г — уступами.

В конце каждого хода (или двойного) заготовки шлифовальный круг перемещается на Sп мм/ход перпендикулярно оси вращения на глубину резания t = 0,005 — 0,07 мм.

При шлифовании длинных валов этот способ является наиболее распространенным.

При способе глубинного шлифования (рис. 381, б

) весь припуск на заготовке (0,1 — 0,4 мм) срезается за один проход. С этой целью шлифовальный круг на длине 8 — 12 мм заправляется на конус, который является шлифующей частью, а цилиндрический участок круга является только зачищающей частью.

Процесс шлифования протекает при сочетании движений Vк, Vз и Sпp. Продольная подача при этом способе шлифования назначается порядка Sпр = 1÷ 6 мм/об в зависимости от диаметра заготовки.

Способ шлифования врезанием (рис. 381, в) применяется при обработке коротких поверхностей, которые могут быть перекрыты шириной круга В. Он находит применение также при шлифовании фасонных поверхностей. В этом случае образующей шлифовального круга придается форма, соответствующая шлифуемому профилю. Заготовка получает вращательное движение, а шлифовальный круг—вращение и поперечное перемещение (подачу Sп = 0,02 — 0,07 мм/об. заг).Этот способ шлифования очень производительный. Он широко распространен при шлифовании жестких валиков.

Способ шлифования уступами (рис. 381, г

) представляет собой соединение поперечной и продольной подач при шлифовании. Вначале производится шлифование заготовки уступами с поперечной подачей круга вручную. После каждого уступа круг перемещают вдоль оси вращения на шаг, равный (0,8 — 0,9) В. Затем производят два-три шлифовальных прохода с продольной подачей для зачистки следов ступенчатого шлифования на обрабатываемой поверхности.

Для шлифования наружных конических поверхностей тел вращения необходимо установить параллельно образующую периферийной поверхности шлифовального круга относительно образующей конической поверхности или же, наоборот, образующую конической поверхности относительно образующей круга. Это делается одним из следующих способов: поворотом стола на угол конусности (рис. 382, а

), поворотом передней бабки станка вместе со шлифуемой заготовкой на угол конусности (
рис. 382, б
), поворотом шлифовальной бабки (
рис. 382, в
) и поперечной подачей заправленного на конус шлифовального круга в сочетании с вращательным движением его (
рис. 382, г
).

Рис. 382.

Способы шлифования конических поверхностей: а — поворотом стола; б — поворотом передней бабки; в — поворотом шлифовальной бабки; г — конусным шлифовальном кругом.

Шлифование плоских поверхностей

Плоское шлифование – это одна из самых простых технологий, так как она осуществляется только за счет движения абразивных насадок, без вращения других элементов. Данный способ используется для изготовления прессов и других плоских изделий. Проводимая технология имеет свои особенности:

металлическая заготовка размещается на специальном столе и надежно крепится на нем механически или при помощи магнита;
заготовка крепится на электромагнитном столе либо при помощи станочных приспособлений;
основное движение берут на себя абразивные насадки.

За счет данной технологии можно провести шлифование самых сложных форм. В процессе работы для повышения эффективности можно залить охлаждающую жидкость в место контакта инструмента и металлического изделия.

Шлифование на круглошлифовальных станках

При обработке деталей на кругло- и торцекруглошлифовальных станках заготовки устанавливают в центрах, цанге, патроне или специальном приспособлении.

Заготовке сообщается вращение с окружной скоростью 10…50 м/мин, а окружная скорость шлифовального круга(скорость резания) около 30 м/с. При использовании более прочных кругов скорость резания устанавливается до 60 м/сек (скоростное шлифование).

Режимы обработки (продольная подача, глубина резания) выбираются в зависимости от

способа шлифования,

обрабатываемого материала,

состояния обрабатываемой поверхности (закаленная, незакаленная),

жесткости детали

и других факторов.

Различают два способа круглого шлифования:

с продольной подачей (на проход)

и с поперечной подачей (врезное).

Схемы обработки – рис. 35.

Шлифование с продольной подачей (рис. 35а) применяют при обработке цилиндрических заготовок значительной длины. При шлифовании с продольной подачей обрабатываемая деталь совершает продольные движения попеременно в обе стороны

.
Продольная подача назначается в зависимости от вида шлифования, а именно: при предварительном шлифовании 0,5…0,8, а при чистовом (окончательном) 0,2…0,5 высоты круга на оборот детали, т. е.
Sпр = Sд * В кр, мм/об.дет., где

Sд — продольная подача стола (заготовки) в долях высоты круга на один оборот детали;

— Вкр — высота шлифовального круга, мм.

Поперечная подача шлифовального круга осуществляется по окончании каждого хода или двойного хода стола и составляет 0,005…0,02 мм (глубина резания).

В конце обработки последние продольные проходы выполняют без поперечной подачи (процесс выхаживания).

Основное время при шлифовании с продольной подачей определяется по формуле:

где:

— длина хода стола, мм;

— припуск на сторону, мм;

— частота вращения детали, об/мин;

— продольная подача в мм на один оборот детали;

— поперечная подача круга на один проход (двойной ход стола), равна глубине резания, мм;

— коэффициент, учитывающий точность шлифования( например: для точности размера δ=0,1…0,15, k=1,1; для точности размера δ=0,02…0,03, k=1,7);

Длина хода стола определяется по формуле:

— при шлифовании на проход

— при шлифовании в упор

, где

— длина шлифуемой поверхности, мм.

При шлифовании с поперечной подачей (рис. 35б) обрабатывается сразу вся поверхность детали. Высота круга в этом случае должна быть несколько больше длины обрабатываемой поверхности детали.

Шлифовальный круг имеет только поперечную подачу по направлению к детали. Преимуществом данного метода обработки является большая производительность и простота наладки, однако этот метод уступает продольному шлифованию по достигаемому качеству поверхности. Врезное шлифование широко применяют в массовом и крупносерийном производствах.

Радиальная (поперечная) подача при окончательном шлифовании S = 0,001…0,005 мм/об.

Основное время при шлифовании методом врезания

В настоящее время, с целью повышения производительности процесса шлифования, стали широко применяться круглошлифовальные станки с двумя, тремя и более шлифовальными кругами (рис.58).

При необходимости шлифования уступа и прилегающей узкой шейки ступенчатого вала применяют станки с поворотной шлифовальной бабкой. Угол поворота зависит от снимаемого припуска с торца и диаметра шейки вала и размера торца и может устанавливаться от 8 до 45 градусов, чаще – 25 градусов. Такие станки называются торцекруглошлифовальными (рис.36).

Одновременное шлифование нескольких поверхностей методом врезания может быть осуществлено фасонным кругом (рис. 37).

Рис. 37. Схема шлифования поверхностей фасонным кругом

Разновидностью шлифования валов с продольной подачей является глубинное шлифование, которое характеризуется большой глубиной резания (0,1…0,3 мм) и малой скоростью резания.

При данном способе шлифования погрешности формы исходной заготовки и колебания припуска в меньшей мере сказываются на точности обработки по сравнению с обычным шлифованием.

Поэтому глубинное шлифование применяют для обработки заготовок без предварительной лезвийной обработки и, как правило, снимают припуск за один рабочий ход. Производительность труда повышается в 1,2–1,3 раза по сравнению с продольным шлифованием.

Контроль размеров при обработке на шлифовальных станках производится как с остановкой станка, так и в процессе работы. В последнем случае широкое применение получили механические, электроконтактные, электро-индуктивные, пневматические, электропневматические, фотоэлектрические и другие устройства. Наибольший эффект имеет применение активного контроля, когда датчики дают команду на отключение станка при достижении определенного размера.