ОСНОВЫ ШЛИФОВАНИЯ
Соснов А.Н., Шлишевский Б.Э.
Источник: Вестник Житомирского государственного университета, 2003–№2.
Рост производительности и эффективности современного производства неуклонно требует увеличения скорости механической обработки. Считается, что шлифование не является высокоскоростным методом, в следствии чего ведется поиск альтернативы абразивному инструменту. Повышение скорости мех. обработки связывается с увеличением скорости подачи инструмента, использованием сухой обработки и износостойких инструментов с покрытием из твердых материалов.
Следует заметить, что "абразив" и "высокоскоростная обработка" не являются чуждыми друг-другу понятиями. Абразивный круг обычно работает с периферийной скоростью 30 м/сек.
Высокоскоростные шлифовальные круги из суперабразивов используются в промышленных операциях при скоростях от 75 до 200 м/сек. В лабораторных испытаниях с использованием специальной оснастки круги развивают скорость свыше 300 м/сек, приближаясь к скорости звука.
Шлифование с использованием суперабразивов соперничает с такими операциями, как : фрезерование, протягивание, калевание и в некоторых случаях, с токарной обработкой деталей высокой закалки.
Широко внедряемые в промышленности современные материалы : керамика, армированные металлы и полимеры, многослойные металлы с неметаллическим ламинированием зачастую могут быть обработаны только при помощи шлифования.
Шлифовальный круг, представляющий собой абразивное зерно в соответствующей связке способен самозатачиваться в процессе обработки. При засаливании или затуплении абразивный круг может быть заточен или оправлен непосредственно в станке, чего не может себе позволить любой другой инструмент.
Шлифование обеспечивает допуск при обработке поверхностей до сотых долей милиметра, высокую чистоту обработки и высокую степень ровности.
Развитие абразивной промышленности и улучшение процессов шлифования связаны с появлением новых абразивных материалов.
Типы абразивных материалов.
Абразивы делятся на две основные группы : обычные абразивы и суперабразивы.
Обычные абразивы - это, в основном, материалы из оксида алюминия и карбида кремния.
Суперабразивы включают природные и синтетические алмазы и кубический нитрид бора. В сравнении с обычными суперабразивы являются более дорогими, но и более твердыми и износостойкими материалами. Важным отличием суперабразивов является их исключительная теплопроводность (в шесть раз теплопроводнее меди), в то время как обычные абразивы, являясь разновидностью керамики, изолируют и совершенно не проводят тепло.
Суперабразивы обладают высокой способностью рассеивания, что позволяет им очень быстро поглощать тепло. Процесс обработки суперабразивами можно назвать - "холодное шлифование".
Будучи во много раз тверже и выносливее обычных абразивов, суперабразивы, тем не менее, не могут быть использованы во всех без исключения операциях. Каждый из типов материалов занимает свою нишу в механической обработке.
Абразивы из оксида алюминия делятся на спекаемый (обычный) и керамический оксид алюминия. Керамический оксид алюминия получают методом распыления расплава глинозема и иногда поэтому называют его "гранулированным".
Спекаемый оксид алюминия - самый распространенный и недорогой абразив, используемый при шлифовании как мягких, так и твердых материалов, с малым или большим объемом удаляемого материала, при грубой и чистовой обработке. Хорошо используется для шлифования закаленных сталей и суперсплавов на основе никеля.
Керамический оксид алюминия лучше используется в операциях, когда нагрузка на каждое зерно в "пятне контакта" очень велика. Наиболее подходит для цилиндрического шлифования больших поверхностей. Не годится для операций с большой величиной длины дуги контакта и малой нагрузкой на зерно, например для внутреннего и плоского шлифования. Однако, модифицированный керамический оксид алюминия вполне подходит для шлифования вязкой нержавеющей стали и высокотемпературных сплавов, так же при большой длине дуги контакта. (Модифицированный оксид алюминия, полученный методом экструзии имеет отношение длины к ширине зерна равное 5.)
Абразивы из карбида кремния - это чрезвычайно острые зерна, имеющие агрессивную форму. Лучше всего подходят для шлифования вольфрамовых твердосплавных материалов, керамики. Благодаря остроте используется для обработки мягких и волокнистых материалов, таких как медь, бронза, алюминий, пластик, дерево и т.д.
Абразивы из природных и синтетических алмазов не пригодны для шлифования сталей, но более подходят для обработки цветных металлов и, частично, изделий из керамики.
Кубический нитрид бора (далее - нитрид бора), как и алмазы, является дорогим материалом, в 50 раз превышающий стоимость обычных абразивов, но при этом, обладая большей выносливостью, способен обработать в 100 раз больше деталей. Инструмент из нитрида бора обрабатывает твердые стали с наименьшим износом. Идеально подходит для обработки твердых и закаленных сталей, например для внутреннего шлифования канавок подшипников. Сохраняет свою форму и редко требует правки, которая является дорогостоящей процедурой. Нитрид бора реагирует с водой, поэтому для охлаждения лучше использовать жидкости на основе гликоля или синтетическое масло.
Коэффициент шлифования.
Коэффициент шлифования (КШ) - это характеристика производительности абразивного круга.
КШ расчитывается из отношения массы снятого материала с обрабатываемой детали к использованной (сточенной) массе круга. Чем больше коэффициент шлифования, тем выше производительность круга.
Охлаждающая жидкость (ОЖ).
В машинной абразивной обработке деталей применяется охлаждение жидкостью. Жидкость подается в место взаимодействия круга с деталью (пятно контакта). Подача жидкости решает следующие задачи:
1. Охлаждение детали, исключение прижогов и перегрева в месте обработки
2. Охлаждение инструмента
3. Смазывание места обработки
4. Удаление стружки и грязи с обрабатываемой поверхности.
Охлаждение жидкостью играет важную роль при высокоскоростной обработке, при высоких нагрузках, при снятии больших объемов материала с большой площадью контакта, при чистовом шлифовании и суперфинише.
Применяются следующие типы ОЖ : вода, чистое масло, синтетческие и полусинтетические жидкости на водной основе, жидкости на гликолевой основе. Полусинтетические ОЖ лучше проявляют себя при формировании сложных профилей и при операциях, требующих больший смазывающий эффект во избежании прижогов. Масло используется при шлифовании сложных форм если требуется высокая чистота обработки при малой длине дуги контакта. ОЖ на гликолевой основе идеально подходят при шлифовании инструментом из нитрида бора.
Жидкость как правило циркулирует. Необходимо поддерживать ее состояние, соблюдая следующие параметры : концентрацию, электрическую проводимость и уровень pH, биологическую стабильность, чистоту (фильтруемость).
Концентрация ОЖ может составлять от 4 до 12% (соответственно 96-88% - вода). Выбор концентрации охлаждающей жидкости влияет на производительность абразивного инструмента. Причем, вопреки расхожему мнению, коэффициент шлифования не имеет линейной зависимости от концентрации ОЖ. Как было проверено на испытаниях различных видов жидкостей, инструмент демонстрирует высокую производительность при концентрации 5 и 10%, при 7-8% его производительность снижается.
Уровень pH ОЖ должен составлять 8,7-9,2. Снижение уровня pH может указывать так же на нарушение биологической стабильности и развитие бактерий, приводящее к порче жидкости.
Чистота или фильтруемость показывают на остаточную загрязненность жидкости после фильтрации. Жидкость, совершая свой оборот, уносит с рабочего места стружку, частицы абразивного инструмента, грязь и прочие включения, фильтруется и вновь поступает в рабочую зону. Для обеспечения высокого качества обработки системы управления ОЖ должны обеспечивать высокую степень очистки жидкости и поддержание ее параметров на требуемом уровне.
Литература