Шлифование — это вид абразивной обработки , при котором в качестве режущего инструмента используется шлифовальный круг .
Для шлифования используется широкий спектр машин, которые можно разделить на переносные и стационарные:
Фрезерная обработка — это обширная и разнообразная область производства и изготовления инструментов . Она позволяет производить очень тонкую отделку и очень точные размеры; однако в условиях массового производства она также может довольно быстро производить черновую обработку больших объемов металла. Обычно она лучше подходит для обработки очень твердых материалов, чем «обычная» обработка (то есть резка более крупных стружек режущими инструментами, такими как резцы или фрезы ), и до последних десятилетий это был единственный практичный способ обработки таких материалов, как закаленные стали. По сравнению с «обычной» обработкой она обычно лучше подходит для очень мелких надрезов, таких как уменьшение диаметра вала на полтысячной дюйма или 12,7 мкм .
Шлифование является подвидом резки, поскольку шлифование является настоящим процессом резки металла. Каждое зерно абразива функционирует как микроскопическая одноточечная режущая кромка (хотя и с большим отрицательным передним углом ) и срезает крошечную стружку, которая аналогична тому, что обычно называют «резаной» стружкой (точение, фрезерование, сверление, нарезание резьбы и т. д.) [ требуется ссылка ] . Однако среди людей, работающих в области обработки, термин « резка» часто понимается как относящийся к макроскопическим операциям резки, а шлифование часто мысленно классифицируется как «отдельный» процесс. Вот почему эти термины обычно используются отдельно в цеховой практике.
Притирка и шлифование являются подвидами шлифования.
Выбор операции шлифования определяется размером, формой, особенностями и желаемой производительностью.
Глубинное шлифование (CFG) — это процесс шлифования, который был изобретен в Германии в конце 1950-х годов Эдмундом и Герхардом Лангами. Обычное шлифование используется в основном для финишной обработки поверхностей, но CFG используется для высоких скоростей съема материала, конкурируя с фрезерованием и точением в качестве производственного процесса. CFG имеет глубину шлифования до 6 мм (0,236 дюйма), а скорость заготовки низкая. Поверхности с более мягкой смоляной связкой используются для поддержания низкой температуры заготовки и улучшенной отделки поверхности до 1,6 мкм Rmax.
CFG может занять 117 с , чтобы удалить 1 из 3 (16 см 3 ) материала. Прецизионное шлифование заняло бы более 200 с, чтобы сделать то же самое. CFG имеет недостаток в виде круга, который постоянно изнашивается, требует высокой мощности шпинделя (51 л.с. или 38 кВт) и ограничен по длине детали, которую он может обработать. [1]
Для решения проблемы остроты круга в 1970-х годах была разработана технология непрерывной правки глубинного шлифования (CDCF). Круг постоянно правится во время обработки в процессе CDCF и сохраняет заданную остроту. Для удаления 1 из 3 (16 см 3 ) материала требуется всего 17 с, что является огромным приростом производительности. Требуется мощность шпинделя 38 л. с. (28 кВт) при низких и обычных скоростях вращения шпинделя. Ограничение по длине детали было снято.
Высокоэффективное глубокое шлифование (HEDG) — еще один тип шлифования. В этом процессе используются покрытые суперабразивные круги. Эти круги никогда не нуждаются в правке и служат дольше, чем другие круги. Это снижает затраты на капитальные вложения в оборудование. HEDG можно использовать на длинных деталях, и он снимает материал со скоростью 1 к 3 (16 см 3 ) за 83 с. HEDG требует высокой мощности шпинделя и высоких скоростей вращения шпинделя. [1]
Шлифование пилингом , запатентованное под названием Quickpoint в 1985 году компанией Erwin Junker Maschinenfabrik, GmbH в Нордрахе, Германия, использует тонкий суперабразивный шлифовальный диск, ориентированный почти параллельно цилиндрической заготовке, и работает примерно как токарный резец. [1]
Сверхвысокоскоростное шлифование (UHSG) может работать на скоростях выше 40 000 футов в минуту (200 м/с), удаляя 1 из 3 (16 см 3 ) материала за 41 секунду, но все еще находится на стадии исследований и разработок (НИОКР). Для этого также требуются высокая мощность шпинделя и высокие скорости вращения шпинделя. [1]
Круглое шлифование (также называемое шлифованием центрового типа) используется для шлифования цилиндрических поверхностей и заплечиков заготовки. Заготовка устанавливается в центрах и вращается устройством, известным как токарный собачка или центровый привод. Абразивный круг и заготовка вращаются отдельными двигателями и с разной скоростью. Стол можно отрегулировать для получения конусов. Головку круга можно поворачивать. Пять типов круглого шлифования: шлифование наружного диаметра (OD), шлифование внутреннего диаметра (ID), врезное шлифование, глубинное шлифование и бесцентровое шлифование. [2]
Круглошлифовальный станок имеет шлифовальный (абразивный) круг, два центра, которые удерживают заготовку, и патрон, шлифовальный кулачок или другой механизм для приведения в движение заготовки. Большинство круглошлифовальных станков включают в себя поворотный механизм, позволяющий формировать конические детали. Круг и заготовка движутся параллельно друг другу как в радиальном, так и в продольном направлении. Абразивный круг может иметь множество форм. Стандартные дискообразные круги могут использоваться для создания конической или прямой геометрии заготовки, в то время как формованные круги используются для создания более сложных форм и производят меньше вибрации, чем при использовании обычного дискообразного круга. [3]
Допуски для цилиндрической шлифовки удерживаются в пределах ±0,0005 дюйма (13 мкм) для диаметра и ±0,0001 дюйма (2,5 мкм) для круглости. Точная работа может достигать допусков до ±0,00005 дюйма (1,3 мкм) для диаметра и ±0,00001 дюйма (0,25 мкм) для круглости. Чистота поверхности может варьироваться от 2 микродюймов (51 нм) до 125 микродюймов (3,2 мкм), а типичная чистовая обработка составляет от 8 до 32 микродюймов (от 0,20 до 0,81 мкм).
Поверхностная шлифовка использует вращающийся абразивный круг для удаления материала, создавая плоскую поверхность. Допуски, которые обычно достигаются при поверхностной шлифовке, составляют ±2 × 10−4 дюйма ( 5,1 мкм) для шлифования плоского материала и ±3 × 10−4 дюйма (7,6 мкм) для параллельной поверхности. [4]
Плоскошлифовальный станок состоит из абразивного круга, зажимного устройства, называемого патроном ( электромагнитным или вакуумным), и возвратно-поступательного стола.
Шлифовка обычно применяется к чугуну и различным типам стали . Эти материалы хорошо поддаются шлифовке, поскольку их можно удерживать магнитным патроном, обычно используемым на шлифовальных станках, и они не расплавляются в режущем круге, что засоряет его и мешает резать. Менее распространенными материалами для шлифования являются алюминий , нержавеющая сталь , латунь и пластик . Все они имеют тенденцию засорять режущий круг больше, чем сталь и чугун, но их можно шлифовать с помощью специальных методов.
Бесцентровое шлифование : заготовка поддерживается лезвием, а не центрами или патронами. Используются два круга; больший используется для шлифования поверхности заготовки, а меньший — для регулирования осевого перемещения заготовки. Типы бесцентрового шлифования включают шлифование со сквозной подачей, шлифование с подачей/врезанием и внутреннее бесцентровое шлифование.
Электрохимическое шлифование : положительно заряженная заготовка в проводящей жидкости подвергается эрозии отрицательно заряженным шлифовальным кругом. Частицы заготовки растворяются в проводящей жидкости.
Электролитическая правка в процессе шлифования ( ELID ) : в этой сверхточной технологии шлифования шлифовальный круг правится электрохимически и в процессе для поддержания точности шлифования. Ячейка ELID состоит из металлического связанного шлифовального круга, катодного электрода, импульсного источника питания постоянного тока и электролита. Круг подключается к положительному полюсу источника питания постоянного тока через угольную щетку, а электрод подключается к отрицательному полюсу источника питания. Обычно в качестве электролита и охлаждающей жидкости для шлифования используются щелочные жидкости. Для впрыска электролита в зазор между кругом и электродом используется сопло. Зазор обычно поддерживается примерно от 0,1 мм до 0,3 мм. Во время операции шлифования одна сторона круга принимает участие в операции шлифования, в то время как другая сторона круга правится посредством электрохимической реакции. Растворение металлического связующего материала вызывается правкой, что в свою очередь приводит к непрерывному выступлению новых острых зерен. [5]
Форма шлифования - это специализированный тип круглого шлифования, где шлифовальный круг имеет точную форму конечного продукта. Шлифовальный круг не пересекает заготовку.[6]
Внутреннее шлифование применяется для шлифования внутреннего диаметра заготовки. Конические отверстия можно шлифовать с помощью внутришлифовальных станков, которые могут поворачиваться в горизонтальной плоскости.
Предварительная шлифовка : когда новый инструмент изготовлен и прошел термическую обработку, он предварительно шлифуется перед сваркой или наплавкой. Обычно это включает шлифовку внешнего диаметра (OD) немного выше, чем OD финишной шлифовки, чтобы обеспечить правильный размер финишной обработки.
Шлифовальный круг — это расходный круг, используемый для различных шлифовальных и абразивных операций обработки. Обычно он изготавливается из матрицы грубых абразивных частиц, спрессованных и скрепленных вместе для образования прочной круглой формы; доступны различные профили и поперечные сечения в зависимости от предполагаемого использования круга. Шлифовальные круги также могут быть изготовлены из цельного стального или алюминиевого диска с частицами, скрепленными с поверхностью.
Использование жидкостей в процессе шлифования часто необходимо для охлаждения и смазки круга и заготовки, а также для удаления стружки, образующейся в процессе шлифования. Наиболее распространенными шлифовальными жидкостями являются водорастворимые химические жидкости, водорастворимые масла, синтетические масла и масла на основе нефти. Крайне важно наносить жидкость непосредственно на зону резания, чтобы предотвратить ее сдувание с заготовки из-за быстрого вращения круга.
Заготовка вручную зажимается в собачке токарного станка, приводимой в действие планшайбой, которая удерживает деталь между двумя центрами и вращает ее. Деталь и шлифовальный круг вращаются в противоположных направлениях, и небольшие кусочки детали удаляются, когда она проходит вдоль шлифовального круга. В некоторых случаях могут использоваться специальные приводные центры, чтобы позволить шлифовать края. Метод зажима заготовки влияет на время производства, поскольку он изменяет время настройки.
Типичные материалы для обработки включают алюминий, латунь, пластик, чугун, мягкую сталь и нержавеющую сталь. Алюминий, латунь и пластик могут иметь плохие или удовлетворительные характеристики обрабатываемости для круглого шлифования. Чугун и мягкая сталь имеют очень хорошие характеристики для круглого шлифования. Нержавеющая сталь очень трудно шлифуется из-за своей прочности и способности к закалке, но ее можно обрабатывать с помощью шлифовальных кругов подходящего класса.
Окончательная форма заготовки — это зеркальное отражение шлифовального круга, при этом цилиндрические круги создают цилиндрические детали, а формованные круги — формованные детали. Типичные размеры заготовок составляют от 0,75 до 20 дюймов (от 18 мм до 1 м) и от 0,80 до 75 дюймов (от 2 см до 4 м) в длину, хотя можно шлифовать детали диаметром от 0,25 до 60 дюймов (от 6 мм до 1,5 м) и длиной от 0,30 до 100 дюймов (от 8 мм до 2,5 м). Получающиеся формы могут быть прямыми цилиндрами, коническими формами с прямыми краями или даже коленчатыми валами для двигателей, которые испытывают относительно низкий крутящий момент.
Изменения химических свойств включают повышенную восприимчивость к коррозии из-за высокого поверхностного напряжения.
Механические свойства будут меняться из-за напряжений, оказываемых на деталь во время финишной обработки. Высокие температуры шлифования могут привести к образованию тонкого мартенситного слоя на детали, что приведет к снижению прочности материала из-за микротрещин.
Изменения физических свойств включают возможную потерю магнитных свойств ферромагнитных материалов.
Абразивная обработка — это не прецизионное шлифование. Целью не является ни сверхточность, ни глянцевая отделка поверхности. Абразивная обработка в первую очередь обеспечивает высокий съем материала.