Обработка заготовок на шлифовальных станках

АБРАЗИВНАЯ ОТДЕЛОЧНАЯ ОБРАБОТКА

Отделочную обработку проводят для того, чтобы повысить точность и уменьшить шероховатость поверхностей или чтобы придать им особый вид, что важно для эстетических или санитарно-гигиенических целей. Для отделочных материалов обработки характерны малые силы резания, небольшие толщины срезаемых слоев материала, незначительное тепловыделение в процессе обработки. Обработку производят с приложением относительно малых по величине сил закрепления заготовок, поэтому заготовка деформируется незначительно.

Обработка заготовок на шлифовальных станках

С помощью шлифования можно производить чистовую и отделочную обработку деталей с высокой точностью. Обрабатывать можно заготовки из самых разнообразных материалов, а для заготовок из закаленных сталей шлифование является одним из наиболее распространенных методов формообразования.

Шлифованием называют процесс обработки заготовок резанием с помощью шлифовальных кругов. Абразивные зерна расположены в круге беспорядочно и их удерживает связующий материал. При вращательном движении круга в зоне его контакта с заготовкой часть зерен срезает материал. С заготовки срезается очень большое число тонких стружек. Обработанная поверхность, представляющая собой совокупность микроследов абразивных зерен, имеет малую шероховатость. Часть зерен ориентирована так, что резать не может, но производит работу трения по поверхности резания. В зоне резания выделяется большое количество теплоты. Мелкие частицы обрабатываемого материала, сгорая, либо образуют пучок искр, либо оплавляются. Абразивные зерна могут также оказывать на заготовку существенное силовое воздействие. Происходит поверхностное пластическое деформирование материала, его кристаллическая решетка искажается. Деформирующая сила вызывает сдвиги одного слоя атомов относительно другого. Вследствие упругопластического деформирования материала возникает наклеп обработанной поверхности. Но этот эффект оказывается менее ощутимым, чем при обработке металлическим инструментом.

Тепловое и силовое воздействие на обработанную поверхность приводит к структурным превращениям,

изменениям физико-механических свойств поверхностных слоев материала обрабатываемой заготовки. Так образуется дефектный поверхностный слой детали. Для уменьшения тепловых эффекте процесс шлифования производят при обильной подаче смазывающе-охлаждающих сред.

Рисунок 6.1 – схема процесса шлифования

Для формообразования любой поверхности методом шлифования необходимо иметь четыре движения: вращательное движение круга и перемещение по координатным осям (рис.6.1), которые могут быть заменены вращательными движениями вокруг осей.

Элементами резания являются скорость резания, подача и глубина резания. Скорость резания, м/с, равная окружной скорости периферии шлифовального круга:

где п _к –частота вращения, об/мин; D _к –наружный диаметр шлифовального круга, мм.

Подачами являются перемещения заготовки или инструмента вдоль или вокруг координатных осей. Глубину резания t определяет толщина слоя материала, срезаемого за один рабочий ход. Оптимальные величины режимов резания выбираются по справочной литературе.

Силу резания, возникающую при шлифовании, для удобства расчетов разлагают по координатным осям на тангенциальную, радиальную и осевую составляющие. Силу, действующую на круг в направлении главного движения, называют тангенциальной составляющей (P ₂). Силу, препятствующую внедрению абразивных зерен в материал заготовки и направленную нормально к режущей поверхности круга, называют радиальной составляющей (P _у). Силу, направленную параллельно оси круга, называют осевой составляющей (P _x).

По величинам составляющих силы резания в зависимости от схемы шлифования производят расчеты мощности электродвигателя шлифовального круга, механизмов подачи, а также определяют погрешность обработки. Для некоторых схем обработки составляющая P _x = 0.

Мощность, кВт, электродвигателя, приводящего во вращение шлифовальный круг:

где - коэффициент полезного действия кинематической цепи передачи вращения кругу.

Рис. 6.2 – Схемы процесса круглого шлифования.

а - с продольной подачей; 6 - врезного; в - глубинного; е - уступами; д - комбинированного

При шлифовании с продольной подачей (рис. 6.2.а) заготовка вращается равномерно и совершает возвратно-поступательное движение. В конце хода заготовки шлифовальный круг перемещается на величину S_п и при следующем ходе срезается слой металла определенной глубины. Процесс шлифования идет до тех пор, пока не будет достигнут необходимый размер поверхности заготовки. Если необходимо шлифовать второй участок заготовки, станок останавливают и настраивают, устанавливая упоры на столе для переключения продольной подачи уже в новых положениях. Также устанавливают величины подачи S_п , S _пр и S _кр в зависимости от требуемой шероховатости поверхности.

Для обеспечения правильного взаимного расположения цилиндрических и плоских (торцевых) поверхностей детали шлифовальный круг специально заправляют (рис. 6.2.д) и поворачивают на определенный угол. Шлифование производится коническими участками круга. Обработка цилиндрической поверхности производится по схеме, аналогичной схеме, изображенной на рис. 6.2.а, с периодической подачей s _п на глубину резания. Обработка торцевой поверхности детали производится с подачей вручную при плавном подводе заготовки к кругу или с помощью программного устройства.

Внутреннее шлифование (рис. 6.3.a) применяют для получения отверстий высокой точности с малой шероховатостью поверхности на заготовках, как правило, прошедших термическую обработку. Можно шлифовать сквозные, глухие, конические и фасонные отверстия. Диаметр шлифовального круга составляет 0,7-0,9 диаметра шлифуемого отверстия; чем меньше диаметр круга, тем больше его частота вращения.

Рис. 6.3 – Схемы внутреннего шлифования.

Внутришлифовальные станки имеют компоновку, аналогичную компоновке круглошлифовальных станков, однако у них отсутствует задняя бабка. Инструмент расположен в консольном шпинделе шлифовальной бабки, которая установлена на столе, совершающем возвратно-поступательное продольное перемещение. Производительность шлифования снижается из-за необходимости работы с малыми подачами и глубинами резания консольно расположенного круга. Основную схему внутреннего шлифования можно реализовать двумя методами.

При шлифовании заготовки часто закрепляют в трехкулачковом патроне (рис. 6.3.б). если наружная поверхность детали несимметрична относительно оси отверстия, применяют четырехкулачковые патроны или зажимные приспособления.

Технологическое назначение движений при обработке на внутришлифовальных станках такое же, как и на круглошлифовальных, что позволяет шлифовать отверстия на всю длину либо часть их длины, когда необходимо обработать определенные участки. На внутришлифовальных станках также обрабатывают и внутренние торцевые поверхности. Внутренние фасонные поверхности шлифуют специально заправленным кругом методом врезания. Так можно получать фасонные кольцевые канавки различной формы. Внутренние конические поверхности шлифуют с поворотом передней бабки так, чтобы образующая конуса расположилась вдоль направления продольной подачи. Сочетание различных поверхностей образует отверстия сложной конфигурации.

Заготовки больших размеров и масс шлифовать описанными выше методами нерационально. В этих случаях применяют планетарное шлифование (рис. 6.3.в), при котором заготовку неподвижно закрепляют на столе станка. Шлифовальный круг вращается вокруг свое оси, а также вокруг оси отверстия (s _пл), что является аналогией круговой подачи (положение круга, совершившего в планетарном движении пол-оборота, показано на рис 6.3.в).

Основные методы плоского шлифования в зависимости от требования производства можно представить в четырех основных видах (рис. 6.4). Заготовки 1закрепляют на прямоугольных или круглых столах 2. Прямоугольные столы совершают возвратно-поступательные движения, обеспечивая продольную подачу. Подача на глубину резания дается в крайних положениях столов. Поперечная подача необходима в тех случаях, когда ширина круга меньше ширины заготовки (рис. 6.4.а). На таких станках производят также профильное шлифование. Программное управление позволяет использовать алмазные шлифовальные круги для обработки сложных профилей на деталях из твердых сплавов. Круглые столы (рис. 6.4.в) совершают вращательные движения, обеспечивая круговую подачу. Остальные движения совершаются по аналогии с движениями при шлифовании на прямоугольных столах.

Высокопроизводительным является шлифование торцом круга, так как одновременно в работе участвует большое число абразивных зерен (рис.6.4.б, д). Шлифование периферией круга с использованием прямоугольных столов позволяет выполнить большое число разнообразных работ. Способом шлифования периферией круга обрабатывают, например, дно паза; производят профильное шлифование, предварительно заправив по соответствующей форме шлифовальный круг, а также выполняют другие работы. Небольшое тепловыделение в этом случае приводит к меньшему короблению шлифуемых заготовок.

Рис. 6.4 - Схемы внутреннего шлифования

Круги, работающие торцом и имеющие большие диаметры, делают составными из отдельных частей – сегментов. Сегменты закрепляют на массивном металлическом диске, выступ которого надежно их охватывает. При этом повышается безопасность шлифования, а глубина резания может быть достаточно большой. Становится возможным вести шлифование заготовок без их предварительной обработки.

Рис. 6.5 – Схемы бесцентрового шлифования.

При шлифовании по схеме, показанной на рис. 6.5.а, заготовка 2 устанавливается на нож 3 между рабочим кругом 4 и ведущим 1, которые вращаются в одном направлении, но с разными скоростями V_k и V_вк. Трение между ведущим кругом и заготовкой больше, чем между заготовкой и рабочим кругом. Вследствие этого заготовка вращается со скоростью V_З, близкой к окружной скорости ведущего круга. Перед шлифованием ведущий круг устанавливают наклонно под углом θ (1-7^о) к оси вращения заготовки. Вектор скорости этого круга можно разложить на составляющие. При этом возникает продольная подача. Заготовка перемещается по ножу вдоль своей оси и может быть подшлифована на всю длину. Чем больше угол θ, тем больше подача. Вслед за первой сразу же может быть положена на нож для шлифования вторая, затем третья и все остальные заготовки. Такие станки легко автоматизировать. Установив наклонный лоток, по которому заготовки будут сползать на нож, проходить процесс шлифования и падать в тару.

Тонкое шлифование производят мелкозернистым кругом при весьма малой глубине резания. Шлифование сопровождается обильной подачей охлаждающей жидкости. Особую роль играет жесткость станков, способных обеспечить безвибрационную работу.

Для тонкого шлифования характерен процесс «выхаживания». По окончании обработки, например, вала подача на глубину резания выключается, а продольная подача осуществляется по-прежнему. Процесс обработки, тем не менее, продолжается благодаря упругим силам, которые возникли в танке и заготовке (подобно сжатой пружине), в то время как они были деформированы силой резания при шлифовании с подачей на глубину. В таком режиме станок работает некоторое время, силы резания постепенно снижаются, становятся исчезающее малыми, а точность обработки существенно повышается.

Поиск по сайту: