Содержание
1. Характеристика метода шлифования.
3
2. Режим резанья. Силы резанья.
3
3. Основные схемы шлифования.
4
4. Абразивные инструменты.
4
5. Износ и правка шлифовальных кругов.
6
6. Испытания и балансировка шлифовальных кругов
6
7. Обработка заготовок на круглошлифовальных станках.
6
8. Обработка на внутришлифовальных станках.
8
9. Обработка на бесцентрово-шлифовальных станках.
9
10. Обработка на плоскошлифовальных станках.
10
11. Обработка заготовок на специализированных и заточных станках
11
12. Технологические требования к конструкциям обрабатываемых деталей
11
1.ХАРАКТЕРИСТИКА МЕТОДА ШЛИФОВАНИЯ.
Шлифованием называют процесс обработки заготовок резанием с помощьюабразивных кругов. Абразивные зерна расположены в круге беспорядочно и удерживаютсясвязующим материалом. При вращательном движении круга в зоне его контакта с заготовкой частьзерен срезает материал в виде очень большого числа тонких стружек (до 100000000в минуту). Шлифовальные круги срезают стружки на очень больших скоростях — от 30м/с ивыше. Процесс резания каждым зерном осуществляется почти мгновенно. Обработаннаяповерхность представляет собой совокупность микроследов абразивных зерен и имеетмалую шероховатость. Частьзерен ориентирована так, что резать не может. Такие зерна производят работу трения по поверхности резания.
Абразивные зерна могут также оказывать на заготовку существенное силовоевоздействие. Происходит поверхностное пластическое деформирование материала, искажение его кристаллическойрешетки. Деформирующая сила вызывает сдвигиодного слоя атомов относительнодругого. Вследствие упругопластического деформирования материала обработанная поверхностьупрочняется. Но этот эффектоказывается менее ощутимым, чем при обработке металлическим инструментом.
Тепловое и силовое воздействие на обработанную поверхность приводит кструктурным превращениям, изменениям физико-механических свойствповерхностных слоев обрабатываемого материала. Так, образуется дефектныйповерхностный слой детали. Для уменьшения теплового воздействия процессшлифования производят при обильной подаче смазочно-охлаждающих жидкостей.
Шлифованиеприменяют для чистовой и отделочной обработки деталей с высокой точностью. Для заготовок из закаленныхсталей шлифование является одним из наиболеераспространенных методов формообразования.С развитием малоотходной технологии доля обработки металлическиминструментом будет уменьшаться, а абразивным— увеличиваться.
2. РЕЖИМ РЕЗАНИЯ. СИЛЫ РЕЗАНИЯ.
Для формообразования любой поверхности методом шлифования необходимовращательное движение круга и относительное перемещение по одной из координатных осей(рис. 1). Перемещения вдоль осей могут быть заменены вращательным движением вокруг оси.
Основные элементы режима резания — скорость резания, подача и глубинарезания. Для рационального ведения процесса шлифования необходимо выбирать ихоптимальные значения.
Рис. 1 Элементырезания при Рис.2 Сила резания при
шлифовании шлифовании
Скорость резания (м/с) равна окружной скорости точки на периферии шлифовальногокруга:
где пк —частота вращения круга, об/мин; Dk — наружный диаметр шлифовального круга, мм.
Подачами являются перемещения заготовки или инструмента вдоль или вокруг координатныхосей. Выражения и размерности подач определяются схемами шлифования. Глубинарезания t(мм) определяется толщинойслоя материала, срезаемого за один проход.
Оптимальные режимы резаниявыбирают по справочным данным.
Для расчетаэлементов шлифовальных станков, конструирования приспособлений для работы на них и оценки точности обработки необходимо знать силы резания. Силу резания Р, возникающуюпри шлифовании в зоне контакта кругаи заготовки, для удобства расчетовразлагают по координатным осям на три составляющие (рис. 2): тангенциальную РZ, радиальную РYи осевую РX. Составляющую PYиспользуют в расчетах точности обработки, РX— необходима для проектирования механизмовподач шлифовальных станков, РZиспользуют дляопределения мощности электродвигателя шлифовального круга.
Силы находят посправочным данным в, зависимости от конкретныхусловий шлифования или по эмпирическим формулам. Для составляющей силы резания РZ(Н) используют формулы вида
КоэффициентСPzи показатели степени a, bи с также обусловлены условиями шлифования;Vзаг= Sкр.
Радиальная составляющая силы резания
,
где k— коэффициент (k> 1).
Мощность электродвигателя, приводящего во вращение шлифовальный круг, кВт,
Мощность электродвигателя, приводящего во вращение заготовку, кВт,
гдеη1 и η2 — соответственно КПД кинематическихцепей передачи вращения кругу и заготовке.
3. ОСНОВНЫЕ СХЕМЫ ШЛИФОВАНИЯ.
Формы деталей современных машин представляют собой сочетание наружных ивнутренних плоских, круговых цилиндрических и круговых конических поверхностей.Другие поверхности встречаются реже. В соответствии с формами деталей машин наиболее распространены схемышлифования, приведенные на рис. 3.
Для всех технологических способов шлифовальной обработки главным движениемрезания Vk(м/с) являетсявращение круга. При плоском шлифовании возвратно-поступательное перемещение заготовки являетсяпродольной подачей Sпр(м/мин) (рис. 3, а).Для обработки поверхности на всю ширину bзаготовка или круг должны перемещаться с поперечной подачей Sп(мм/дв. ход). Это движениепроисходит прерывисто (периодически) при крайних положениях заготовки вконце продольного хода. Периодически происходити подача Sв на глубину резания. Это перемещениеосуществляется также в крайних положениях заготовки, но в конце поперечного хода.
При круглом шлифовании (рис. 3, б) продольная подача происходит за счет возвратно-поступательногоперемещения заготовки. Подача Sпр(мм/об. заг) соответствует осевому перемещению заготовки за один ее оборот.Вращение заготовки является круговой подачей Sкр(м/мин).
Подача Sп(мм/дв. ход или мм/ход) на глубину резания для приведенной схемы обработки происходит прикрайних положениях заготовки. Движения,осуществляемые при внутреннем шлифовании, показаны на рис. 3, в.
В автоматизированных шлифовальных станках цикл работы станка включаетпериодический
Рис. 3 Основные схемы шлифования
вывод круга из зонышлифования, его автоматическую правку и перемещение круга к изделию на величину снятого приправке слоя абразива. Предусматривают также автоматическую установку заготовок взажимные устройства и удаление готовых деталей.
4. АБРАЗИВНЫЕ ИНСТРУМЕНТЫ.
Абразивные инструменты различают по геометрической форме и размерам,роду и сорту абразивного материала, зернистости или размерам абразивных зерен, связкеили виду связующего вещества, твердости, структуре или строению круга.
Зерна абразивных инструментов представляют собой искусственные илиприродные минералы и кристаллы. Абразивные материалы отличаются высокойтвердостью, которая определяется по минералогической шкале. Зерна абразивовразделяют по крупности на группы и номера. Основная характеристика номеразернистости — количество и крупность его основной фракции. При изготовленииинструментазерна скрепляются друг с другом с помощью цементирующего вещества — связки.Наиболее широко применяют инструменты, изготовленные на керамической, бакелитовой иливулканитовой связке.
Керамическую связку приготовляют из глины, полевого шпата, кварца и другихвеществ путем их тонкого измельчения и смешения в определенных пропорциях. Бакелитовая связка состоит восновном из искусственной смолы — бакелита.Вулканитовая связка представляет собой искусственный каучук, подвергнутыйвулканизации для превращения его впрочный, твердый эбонит. Под твердостью абразивного инструмента понимаетсяспособность связки сопротивляться вырыванию абразивных зерен с рабочей поверхностиинструмента под действием внешнихсил.
Для шлифования заготовок из твердых сплавов и высокотвердых материалов успешноприменяют алмазные круги. Алмазный круг состоит из корпуса и алмазоносного слоя.Корпус изготовляют из алюминия, пластмасс или стали. Толщина алмазоносного слоя у большинства круговсоставляет 1,5 — 3 мм.
На шлифовальные круги наносят условные обозначения, называемые маркировкой.Маркировка необходима для правильного выбора инструмента при проведении конкретнойработы. Условные обозначения располагают в определенной последовательности: абразивный материал иего марка, номер зернистости, степень твердости, номер структуры, вид связки.
5.ИЗНОС И ПРАВКА ШЛИФОВАЛЬНЫХ КРУГОВ.
В процессешлифования режущие свойства кругов изменяются: абразивные зерна изнашиваются, затупляются, частично раскалываются, порымежду зернами заполняются шлифовальными отходами. Возрастает силарезания. Поверхность круга вследствиенеравномерного износа теряет свою первоначальную форму, и точность обработки снижается.
Правильному выбору связки придается весьма большое значение. Если связкаслабо удерживает зерна, то они будут удаляться с круга раньше, чем затупятся: Произойдет «осыпание»круга. При чрезмерно прочном удержании зерна сильно затупляются, а нарабочей поверхности круга появляется характерный блеск. Произойдет «засаливание»круга. В том и другом случаях качество шлифуемой поверхности снижается.
Для восстановления режущих свойств абразивные инструменты подвергают правке. Чаще всегоправку производят алмазом при обильном охлаждении. Алмаз, укрепленный вспециальной державке, перемещается вручную или автоматически с подачей Sпротносительновращающегося круга. Толщина удаляемого слоя шлифовального круга обычно не превышает0,01 — 0,03 мм. Время непрерывной работы инструмента между двумя правкамихарактеризует период его стойкости. В зависимости от требований к качеству обработки и режимов резаниястойкость инструмента ориентировочносоставляет 5 — 40 мин.
6.ИСПЫТАНИЯ И БАЛАНСИРОВКА ШЛИФОВАЛЬНЫХ КРУГОВ.
Перед установкой на шпиндель станка круги подвергают контролю. На кругах диаметромболее 150 мм должна быть обозначена максимально допустимая окружнаяскорость. Каждый круг предварительно испытывают на специальных станках при вращении со скоростью, в 1,5раза превышающей указанную в маркировке.
Если в процессе шлифования по ряду причин масса круга распределенанеравномерно относительнооси вращения, возникает вибрация частей станка, на обработанной поверхности появляется характерная волнистость Шлифование настанке становится опасным, так как круг начинает работать с ударами иможет разорваться.
Круги должны быть отбалансированы. Процесс балансировки предусматривает устранениенеуравновешенности массы круга относительно оси шпинделя станка.
Круг вместе сзакрепляющими его фланцами монтируют на балансировочной оправке и устанавливают на опорах так, чтобы он мог свободноповорачиваться относительно оси вращения. При статической неуравновешенностикруг, поворачиваясь, устанавливается тяжелой частью вниз. В процессебалансировки неуравновешенностьустраняется перемещением специальных грузиков, расположенных на фланцах либо в специальных устройствах.
Наилучшие результаты дает балансировка в динамическом режиме при вращении шпинделя станка сустановленным кругом.
7. ОБРАБОТКА ЗАГОТОВОК НА КРУГЛОШЛИФОВАЛЬНЫХ СТАНКАХ.
Конструкции круглошлифовальных станков и их компоновка подчиняютсяосновным схемам шлифования. Круглошлифовальный станок состоит из следующихосновных узлов (рис. 4): станины 1, стола 2, передней бабки 3 с коробкойскоростей, шлифовальной бабки4, задней бабки 5, приводастола 6.Эти станки разделяют на простые, универсальные иврезные. На универсальных станках каждую из бабок можноповернутьна определённый угол вокруг вертикальной оси и закрепить для последующей работы. Простые станки снабжены неповоротными бабками. У врезных станковотсутствует продольная подача стола, а процесс шлифования ведется по всей длине заготовки широким абразивным кругом с поперечной подачей.
Возвратно-поступательное перемещение столадля продольной подачи производится с помощьюгидроцилиндра и поршня. Круговую подачу Sкрзаготовки обеспечивает специальный электродвигатель. Шлифовальный круг
вращается с помощью клиноременной передачи. Когда круг износитсяи диаметр его уменьшится, используют другую пару шкивов и скорость резания увеличится.
Наибольшее распространение получили методы шлифования на центрах. Для повышения точностиобработки центры устанавливают неподвижно.Круговая подача Рис. 4 Круглошлифовальный станок заготовки обеспечивается за счет поводкового устройства. Возможно консольноезакрепление заготовок в кулачковых патронах.
Круглое шлифование цилиндрических поверхностей может быть выполнено по одной изчетырех схем (рис. 5).
При шлифовании с продольной подачей(рис. 5, а) заготовка вращается равномерно (Sкр) и совершает возвратно-поступательные движения (Sпр). В конце каждогохода заготовки шлифовальный круг автоматически перемещается на Sпи при следующем ходе срезается новыйслой металла определенной глубины, пока не будет достигнут необходимый размер детали.
Скорость Vквращательногодвижения круга обеспечивает скорость резания.
Производительный способ обработки — врезноешлифование (рис.5, б) применяют приобработке жестких заготовок в тех случаях, когда ширина шлифуемого участка можетбыть перекрытаРис. 5 Схемы обработкизаготовок на круглошлифовальных станках шириной шлифовальногокруга. Круг перемещается с постоянной подачей Sп(м/об. заг) додостижения необходимого размера детали. Этот же метод используют при шлифованиифасонных поверхностей и кольцевых канавок. Шлифовальный круг заправляют в соответствии сформой поверхности или канавки.
Глубиннымшлифованием(рис. 5, в) за один проход снимаютслой материала на всю необходимую глубину. На шлифовальном круге формируют конический участок длиной 8- 12 мм. В ходе шлифованияконический участок удаляет основную часть срезаемого слоя, а цилиндрическийучасток зачищает обработанную поверхность.Поперечная подача отсутствует.
Шлифование уступами(рис. 5, г) — это сочетание методов, представленных на рис. 5, а, б. Процессшлифования состоит из двух этапов. Напервом этапе шлифуют врезанием с подачей Sп, передвигая периодически стол на 0,8—0,9ширины круга (показано штриховой линией).На втором этапе делают несколько ходов с продольной подачей Sпрдля зачисткиповерхности при выключенной подаче Sп.
Во многих случаях на деталях необходимо обеспечить правильное взаимноерасположение цилиндрических и плоских (торцовых) поверхностей. Для выполненияэтого условия шлифовальный круг заправляют по схеме на рис. 5, д иповорачивают на определенный угол. Шлифуют коническими участками круга.Цилиндрическую поверхность шлифуют аналогично схеме на рис. 5, а, спериодическойподачей Sпна глубину резания. Обработка торцовой поверхности детализаканчивается чаще всего с подачей вручную при плавном подводе заготовки к кругу.
Наружные коническиеповерхности шлифуют по двум основным схемам. При обработке заготовок на центрах (рис.6, а) верхнюю часть стола поворачивают вместе Рис. 6 Схемы шлифования коническихповерхностей с центрами на угол αтак, чтоположение образующей конической поверхности совпадает с направлением продольнойподачи Sпр. Далее шлифуют по аналогии с обработкой цилиндрическихповерхностей.
При консольном закреплении заготовок (рис. 6, б) на угол α(половина углаконуса) поворачивается передняя бабка.
8. ОБРАБОТКА ЗАГОТОВОК НА ВНУТРИШЛИФОВАЛЬНЫХ СТАНКАХ.
Внутреннеешлифование применяют для получения высокой точности отверстий на заготовках, какправило, прошедших термическую обработку. Возможно шлифование сквозных,несквозных (глухих), конических и фасонныхотверстий. Диаметр шлифовального круга составляет 0,7—0,9 диаметрашлифуемого отверстия. Кругу сообщают высокуючастоту вращения: она тем выше, чем меньшедиаметр круга.
На рис. 7, а приведена схема шлифования с закреплением заготовки в кулачковом патроне. Навнутришлифовальных станках также обрабатывают и внутренние торцовыеповерхности. Внутренние фасонные поверхностишлифуют специально заправленным кругомметодом врезания.
Внутренние конические поверхности шлифуют с поворотом передней бабки так, чтобыобразующая конуса расположилась вдоль направления продольной подачи.
Заготовки больших размеров и массы шлифовать описанными выше методаминерационально. В этих случаях применяют планетарноешлифование (рис. 7, б). Заготовкузакрепляют на столе станка неподвижно. Шлифовальный круг вращается вокругсвоей оси, а также вокруг оси отверстия (Sпл), что аналогично круговой подаче (положение круга, совершившего в планетарномдвижение пол-оборота,показано штриховой линией). Планетарным шлифованием можно обрабатывать внутренние фасонные и торцовые поверхности, а также отверстия, положения которыхопределенным образом связаны друг сдругом (например, на деталях типа корпусов).
Рис.7 Схемы обработки на внутришлифовальныхстанках
9.ОБРАБОТКА ЗАГОТОВОК НА БЕСЦЕНТРОВО-ШЛИФОВАЛЬНЫХ СТАНКАХ.
Процесс шлифования на этих станках характеризуется высокойпроизводительностью. Заготовки обрабатывают в незакрепленном состоянии, и для них нетребуется центровых отверстий.
На станине 1 бесцентрово-шлифовальногостанка (рис. 8) установлены два круга: шлифующийна бабке 2 и ведущий на бабке 4. Каждый из кругов подвергается периодической правке с помощью механизмов 3и 5. Заготовкавращается на ноже 6 иодновременно контактирует с обоими кругами. Чтобы заготовка перемещаласьпо ножу с продольной подачей, бабку ведущегокруга поворачивают на небольшой угол.Если шлифуют заготовки с уступами, то бабку ведущего круга не поворачивают, ався она перемещается по направляющимстанины с подачей до определенного положения.
Заготовку 3 (рис.9, а) устанавливают на нож 2между двумя кругами — рабочим 1и ведущим 4. Этикруги вращаются в одном направлении,но с разными скоростями. Трение между ведущим кругом и заготовкой больше, чем между ней и рабочим кругом. Вследствие этого заготовка увлекается во вращение соскоростью, близкой к окружнойскорости ведущего круга.
Перед шлифованием ведущий круг устанавливают наклонно под углом θ(1—7°) к оси вращения заготовки. Вектор скорости этого круга разлагается насоставляющие и возникает Рис.8 Бесцентрово-шлифовальный станок продольная подача Sпр. Поэтому заготовкаперемещается по ножу вдоль своей оси и может быть прошлифована на всю длину. Чембольше угол θ, тем больше подача.Такие станки легко автоматизировать, установив наклонный лоток, по которому заготовки будут сползать нанож, проходить процесс шлифования ипадать в тару.
Заготовки ступенчатой формы или с фасонными поверхностями шлифуютметодом врезания (рис. 9, б). Перед шлифованием ведущий круг отводят всторону, заготовку кладут на нож и затем поджимают ее ведущим кругом. Обрабатывают с поперечной подачейSпдо получениянеобходимого размера детали. После шлифования обработанная деталь удаляется из зонырезания выталкивателем.
Для шлифования поверхностей методом врезания абразивный инструмент заправляютв соответствии с профилем детали.
Рис. 9 Схемы обработки заготовок на бесцентрово-шлифовальных станках
10.ОБРАБОТКА ЗАГОТОВОК НА ПЛОСКОШЛИФОВАЛЬНЫХ СТАНКАХ.
Плоскошлифовальный станок с прямоугольным столом (рис. 10) состоит из станины 4, стола 3, стойки 2, шлифовальной бабки 1 и привода стола 5.
Движения подачи осуществляют вручную или автоматическим приводом станка.Продольное перемещение стола Sпробеспечивается чаще всего с помощьюгидравлического устройства — поршня, цилиндров и органов управления.
У другого типа станков вместовозвратно-поступательного стол совершает вращательное движение. В этом случаеего выполняют круглым с вертикальной осью вращения. Компоновка такого станка предусматривает также вертикальное расположение оси шлифовального круга. Плоскости обрабатывают его торцовой поверхностью.
На практике наиболее распространены четыре схемы плоского шлифования(рис. 11). Шлифуют периферией и торцовой поверхностью круга. Заготовки 2 закрепляют на прямоугольных или круглых столах 1 с помощью магнит-Рис. 10 Плоскошлифовальный станок ных плит, а также в зажимных приспособлениях. Возможно закрепление одной или одновременно многихзаготовок. Заготовки размещаютна столах,затем включают ток и они притягиваются к магнитной плите.
Рис. 11. Схема обработки заготовок на плоскошлифовальных станках
Прямоугольные столысовершают возвратно-поступательные движения,обеспечивая продольную подачу. Подача на глубину резания дается в крайних положениях столов. Поперечная подача необходима в тех случаях, когда ширина круга меньшеширины заготовки (рис. 6.11, а).
Круглые столы (рис. 6.11, в) совершают вращательные движения, обеспечивая круговуюподачу. Остальные движения совершаются по аналогии с движениями пришлифовании на прямоугольных столах.
Болеепроизводительно шлифование торцом круга, так как одновременно в работе участвует большое число абразивных зерен (рис. 11, б, г). Но шлифование перифериейкруга с использованием прямоугольных столов позволяет выполнить большеечисло разнообразных видов работ. Способомшлифования периферией круга обрабатывают,например, дно паза, производят профильное шлифование, предварительно заправив по соответствующей форме шлифовальный круг, и выполняют другие работы.
11. ОБРАБОТКА ЗАГОТОВОК НА СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫХ ИЗАТОЧНЫХ СТАНКАХ
Специализированные шлифовальные станки предназначены для выполнения ограниченногочисла работ.
На резьбошлифовальныхстанках шлифовальныйкруг заправляют по форме одной или нескольких впадин резьбы. Заготовка,установленная в центрахрезьбошлифовального станка, за один свой оборот перемещается в осевомнаправлениина шаг резьбы. Прошлифованная резьба получает высокую точность и малую шероховатость поверхности.
Некруговые цилиндрические поверхности (кулачки) (рис. 12) шлифуют на специализированныхстанках-полуавтоматах(например, в автотракторостроении). Такие поверхности, расположенные на валах, шлифуют по копиру так, что расстояние А междуцентрами вала и шлифовального круга постоянно изменяется. Обработка производится методом врезания.
Профиль некоторыхдеталей, как, например, турбинных лопаток, оказывается весьма сложным. Их ыв Рис. 12 Схема шлифования кулачков шлифуют на лентошлифовальныхстанках инструментом в видебесконечной абразивной ленты, которая огибает сложную форму обрабатываемойповерхности. Абразивный слой наносят на бумажную или тканевую основу ленты.
Широко используют заточныестанки для обработки разнообразного режущего инструмента.Для заточки некоторых видов инструментов применяют специализированныезаточные станки. На таких станках можно, например, выполнять заточку зубьев плоских, круглых и шлицевых протяжек.
12. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К КОНСТРУКЦИЯМ ОБРАБАТЫВАЕМЫХ ДЕТАЛЕЙ
Для шлифованияступенчатых валов (рис. 13, а) предусматривают центровые отверстия 1, адля шлифования пустотелых валов —установочные фаски 6. Междушейками вала и торцами из-за непрерывного осыпания зерен кругаполучается переходная поверхность 5. В тех случаях, когда этогонельзя допустить по условиям работы детали, предусматривают технологические канавки 2для выхода шлифовального круга. Если необходимо оставить переходную поверхность, то указывают начертеже детали ее максимальновозможный радиус. Следует избегать конструирования валов с большой разностью диаметров отдельных участков. Точно обработанные, например, цилиндрическиеповерхности 3 необходимо разделять введением проточек 4, поверхности которых нетребуется шлифовать.
На деталях, обрабатываемыхв патроне (рис. 13, б), следует предусматривать такие поверхно- Рис. 10 Рациональные формы деталей,обрабатываемых на станках шлифовальной группы
сти 7, которыеобеспечивают правильную установку и надежное закрепление при обработке. Наиболее надежно закрепление по поверхностямв виде круговых цилиндров. Поверхности точно обрабатываемых отверстий такжеследует разделять введением выточек.Предпочтительнее жесткие детали. Закрепление в патронах тонкостенных(нежестких) деталей может вызвать большиедеформации и снизить точность. Шлифование отверстий малых диаметровсвязано с трудностями и должно назначаться в исключительных случаях.
Плоские поверхности деталей должны быть расположены перпендикулярно или параллельно (рис. 13, вповерхность 9) основанию 8,на котором закрепляют заготовку. Шлифуемые поверхности желательно располагать в одной плоскости.