Шлифование — это тип процесса абразивной обработки , при котором в качестве режущего инструмента используется шлифовальный круг .
Для шлифования используются самые разнообразные станки, лучше всего классифицировать их как переносные или стационарные:
Фрезерная практика – это большая и разнообразная область производства и инструментального производства . Он может производить очень тонкую отделку и очень точные размеры; тем не менее, в условиях массового производства он также может довольно быстро обрабатывать большие объемы металла. Обычно он лучше подходит для обработки очень твердых материалов, чем «обычная» обработка (то есть для резки более крупной стружки с помощью режущих инструментов, таких как насадки или фрезы ), и до недавних десятилетий это был единственный практический способ обработки таких материалов. такие материалы, как закаленная сталь. По сравнению с «обычной» обработкой, она обычно лучше подходит для очень мелких резов, например, для уменьшения диаметра вала на полтысячной дюйма или 12,7 мкм .
Шлифование — это разновидность резки, поскольку шлифование — это настоящий процесс резки металла. Каждое зерно абразива действует как микроскопическая одноточечная режущая кромка (хотя и с большим отрицательным передним углом ) и срезает крошечную стружку, аналогичную тому, что обычно называют «срезанной» стружкой (токарная обработка, фрезерование, сверление, нарезание резьбы, и т. д.) [ нужна ссылка ] . Однако среди людей, которые работают в области механической обработки, термин резка часто понимается как относящийся к макроскопическим операциям резания, а шлифование часто мысленно классифицируется как «отдельный» процесс. Вот почему в цеховой практике эти термины обычно используются отдельно.
Притирка и шлифовка являются подвидами шлифования.
Выбор того, какую из следующих операций шлифования использовать, определяется размером, формой, характеристиками 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 применяется в первую очередь для финишной обработки поверхностей. Но CFG используется для обеспечения высокой скорости съема материала, конкурируя с фрезерованием и токарной обработкой в качестве производственного процесса. CFG имеет глубину шлифования до 6 мм (0,236 дюйма) и низкую скорость заготовки. Поверхности с более мягкой смоляной связкой используются для поддержания низкой температуры заготовки и улучшения качества поверхности до 1,6 мкм Rmax.
CFG может потребоваться 117 секунд для удаления 1 из 3 (16 см 3 ) материала. Для прецизионного шлифования потребуется более 200 с. Недостатком CFG является то, что круг постоянно изнашивается, требует высокой мощности шпинделя (51 л.с. или 38 кВт) и ограничен по длине детали, которую он может обрабатывать. [1]
Для решения проблемы остроты кругов в 1970-х годах было разработано непрерывное глубинное шлифование (CDCF). Круг постоянно правится во время обработки в процессе CDCF и поддерживает заданную остроту. Удаление 1 из 3 (16 см 3 ) материала занимает всего 17 секунд, что является огромным приростом производительности. Требуется мощность шпинделя 38 л.с. (28 кВт) с низкой или обычной скоростью вращения шпинделя. Ограничение на длину детали было стерто.
Еще одним видом измельчения является высокоэффективное глубокое измельчение (ВЭДГ). В этом процессе используются суперабразивные круги с покрытием. Эти колеса никогда не нуждаются в доработке и служат дольше, чем другие колеса. Это снижает инвестиционные затраты на капитальное оборудование. HEDG может использоваться для обработки деталей большой длины и удаляет материал со скоростью 1 к 3 (16 см 3 ) за 83 с. HEDG требует высокой мощности шпинделя и высоких скоростей шпинделя. [1]
При шлифовании пилингом , запатентованном под названием Quickpoint в 1985 году компанией Erwin Junker Maschinenfabrik, GmbH из Нордраха, Германия, используется тонкий суперабразивный шлифовальный диск, ориентированный почти параллельно цилиндрической заготовке, и он работает как токарный инструмент. [1]
Сверхскоростное измельчение (UHSG) может работать со скоростью более 40 000 футов в минуту (200 м/с), при этом для удаления 1 из 3 (16 см 3 ) материала требуется 41 с, но оно все еще находится в стадии исследований и разработок (НИОКР). этап. Это также требует высокой мощности шпинделя и высоких скоростей шпинделя. [1]
Круглое шлифование (также называемое центровым шлифованием) применяется для шлифования цилиндрических поверхностей и уступов заготовки. Заготовка устанавливается в центрах и вращается с помощью устройства, известного как токарный станок или центральный привод. Абразивный круг и заготовка вращаются отдельными двигателями и с разной скоростью. Стол можно отрегулировать для получения конусов. Головка колеса может поворачиваться. Пять типов круглого шлифования: шлифование наружного диаметра (OD), шлифование внутреннего диаметра (ID), врезное шлифование, глубинное шлифование и бесцентровое шлифование. [2]
Цилиндрическая шлифовальная машина имеет шлифовальный (абразивный) круг, два центра, удерживающих заготовку, и патрон, шлифовальную собачку или другой механизм для приведения в движение работы. Большинство круглошлифовальных станков оснащены вертлюгом, позволяющим формовать конические детали. Круг и заготовка движутся параллельно друг другу как в радиальном, так и в продольном направлениях. Абразивный круг может иметь множество форм. Стандартные дискообразные круги можно использовать для создания конической или прямой геометрии заготовки, а формованные круги используются для создания фасонной заготовки. Процесс с использованием формованного колеса создает меньшую вибрацию, чем использование обычного колеса в форме диска. [3]
Допуски на круглое шлифование выдерживаются в пределах ±0,0005 дюйма (13 мкм) по диаметру и ±0,0001 дюйма (2,5 мкм) по круглости. Прецизионная работа может достигать допусков до ±0,00005 дюйма (1,3 мкм) по диаметру и ±0,00001 дюйма (0,25 мкм) по круглости. Шероховатость поверхности может варьироваться от 2 микродюймов (51 нм) до 125 микродюймов (3,2 мкм), при этом типичная толщина варьируется от 8 до 32 микродюймов (от 0,20 до 0,81 мкм).
При шлифовании поверхности используется вращающийся абразивный круг для удаления материала и создания плоской поверхности. Допуски, которые обычно достигаются при шлифовании, 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, известного как патрон , электромагнитного или вакуумного, и возвратно-поступательного стола.
Шлифование обычно применяют для чугуна и различных марок стали . Эти материалы поддаются шлифованию, поскольку они удерживаются магнитным патроном, обычно используемым на шлифовальных станках, и не расплавляются в отрезном круге, засоряя его и препятствуя резанию. Реже шлифуются материалы: алюминий , нержавеющая сталь , латунь и пластмассы . Все они имеют тенденцию засорять отрезной круг больше, чем сталь и чугун, но с помощью специальных методов их можно отшлифовать.
Бесцентровое шлифование – это когда заготовка поддерживается лезвием, а не центрами или патронами. Используются два колеса. Больший круг используется для шлифования поверхности заготовки, а меньший круг используется для регулирования осевого перемещения заготовки. Типы бесцентрового шлифования включают сквозное шлифование, врезное/внутреннее шлифование и внутреннее бесцентровое шлифование.
Электрохимическое шлифование – это вид шлифования, при котором положительно заряженная заготовка в проводящей жидкости подвергается эрозии отрицательно заряженным шлифовальным кругом. Кусочки заготовки растворяются в проводящей жидкости.
Электролитическое измельчение в процессе обработки ( ELID ) является одним из наиболее точных методов измельчения. В этой технологии сверхточного шлифования шлифовальный круг подвергается электрохимической обработке в процессе обработки, чтобы обеспечить точность шлифования. Ячейка ELID состоит из шлифовального круга на металлической связке, катодного электрода, импульсного источника питания постоянного тока и электролита. Колесо подключено к положительному полюсу источника питания постоянного тока через угольную щетку, а электрод подключен к отрицательному полюсу источника питания. Обычно щелочные жидкости используются как электролиты, так и охлаждающая жидкость для измельчения. Форсунка используется для впрыскивания электролита в зазор между кругом и электродом. Зазор обычно поддерживают на уровне приблизительно от 0,1 до 0,3 мм. Во время операции шлифования одна сторона круга участвует в операции шлифования, тогда как другая сторона круга обрабатывается электрохимической реакцией. Растворение металлического связующего материала вызвано правкой, что, в свою очередь, приводит к постоянному выдвижению новых острых зерен. [5]
Формовое шлифование — это специализированный вид круглого шлифования, при котором 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 внутренних шлифовальных машин, которые могут поворачиваться горизонтально.
Предварительное шлифование . Когда новый инструмент изготовлен и подвергнут термообработке, его предварительно шлифуют перед началом сварки или наплавки. Обычно это предполагает шлифование наружного диаметра (НД) немного выше наружного диаметра чистовой шлифовки, чтобы обеспечить правильный размер чистовой обработки.
Шлифовальный круг – это расходный круг, используемый для различных операций шлифования и абразивной обработки. Обычно он состоит из матрицы грубых абразивных частиц, спрессованных и связанных вместе, чтобы сформировать твердую круглую форму. 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, прикрепленными к поверхности.
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 нефтяной основе. Крайне важно наносить жидкость непосредственно на зону резки, чтобы предотвратить выдувание жидкости из детали из-за быстрого вращения круга.
Заготовка вручную зажимается на 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 по мере прохождения вдоль шлифовального круга. В некоторых случаях могут использоваться специальные приводные центры для шлифовки кромок. Метод фиксации влияет на время производства, поскольку меняет время наладки.
Типичные материалы заготовок включают алюминий, латунь, пластик, чугун, мягкую сталь и нержавеющую сталь. Алюминий, латунь и пластмассы могут иметь плохие или удовлетворительные характеристики обрабатываемости при круглом шлифовании. Чугун и мягкая сталь имеют очень хорошие характеристики для круглого шлифования. Нержавеющую сталь очень трудно шлифовать из-за ее прочности и способности к закалке, но ее можно обрабатывать шлифовальными кругами подходящего типа.
Окончательная форма заготовки является зеркальным отражением шлифовального круга: цилиндрические круги создают цилиндрические детали, а формованные круги создают формованные детали. Типичные размеры заготовок варьируются 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 детали имеют длину от 0,25 до 60 дюймов (от 6 мм до 1,5 м). диаметром и длиной от 0,30 до 100 дюймов (от 8 мм до 2,5 м). Результирующими формами могут быть прямые цилиндры, конические формы с прямыми краями или даже коленчатые валы для двигателей с относительно низким крутящим моментом.
Изменения химических свойств включают повышенную восприимчивость к коррозии из-за высокого поверхностного напряжения.
Механические свойства изменяются из-за напряжений, оказываемых на деталь во время чистовой 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 не является прецизионным шлифованием. Целью не является ни сверхточность, ни блестящая поверхность. Абразивная обработка в первую очередь обеспечивает высокий съем материала.