Наука и студент – XXI веку: Сборник научных работ X Юбилейной
всеукраинской студенческой научно-технической конференции по технологии машиностроения. – Краматорск: ДГМА, 2007.- С.63-66.
Обработка тонкостенных деталей имеет ряд сложностей. Прежде всего, это деформации, возникающие вследствие действия сил резания, и также большое влияние на точность формы оказывает усилие закрепления.
Существует множество методов механической обработки тонкой
стенки, к абразивным методам относятся: шлифование абразивными лентами, обработка на безцентровошлифовальных станках, обработка иглофрезами, и т. д.
Технологические особенности при шлифовании тонкостенных дета-
лей:
-шлифуются более мягкими кругами;
-при выборе поперечной подачи берется меньшее значение ввиду
того, что с увеличением поперечной подачи ухудшается качество обрабатываемой поверхности и возрастает количество выделяемого тепла, что
приводит к появлению прожогов и трещин;
-скорость вращения обрабатываемой детали принимается максимальной. С увеличением скорости вращения возрастает выделение тепла,
но одновременно сокращается продолжительность воздействия источника
тепла, что в свою очередь снижает температуру шлифования;
-необходимо обеспечить достаточно обильное охлаждение;
-с уменьшением толщины стенки деталей режимы резания уменьшаются, что в свою очередь ведет к увеличению неполного штучного времени;
-установка деталей осуществляется на разжимных оправках— цанговых с гофрированными элементами, с пакетом тарельчатых пружин и т.
д.
При шлифовании тонкостенных труб применяют склеенные ленты
из шлифовальной шкурки на тканевой основе. Хорошо зарекомендовал себя способ склейки с применением подогрева шва токами высокой частоты. Клеевой шов, полученный этим способом, эластичен, равнопрочен с остальной частью ленты, тепло- и влагостоек.
К числу наиболее распространенных связок, применяемых при
сухом шлифовании труб, относится мездровый клей. Поверх мездрового
клея часто наносят слой синтетической смолы. Для водостойкой шкурки
применяют синтетические смолы ФМ-3 и ФМ-4. Для повышения стойкости лент на особо тяжелых операциях изготовляют двухслойную шкурку. Второй слой абразива наносят после закрепления первого слоя. Зернистость абразивного материала второго слоя обычно на 1—2 номера
меньше зернистости первого слоя. Эти ленты дают примерно двукратное
повышение удельной шлифующей способности, т.е. съема металла на
единицу площади ленты.
Для шлифования тонкой стенки обычно применяют ленты с зерном
из электрокорунда 14А. Ленты с карбидом кремния успешно применяются при полировании. Ряд исследователей отдает предпочтение карбиду кремния при шлифовании титановых сплавов.
При обработке тонкостенных труб применяют ленты зернистостью
3—40, преимущественно 16—40. Съем металла новой лентой в единицу
времени возрастает с увеличением размера зерна приблизительно линейно до зернистости 10—12, после чего увеличение зерна не приводит к росту съема. При дальнейшей работе притуплённой лентой снижение скорости съема металла происходит значительно быстрее в случае мелкозернистых лент. В результате производительность крупнозернистых
лент больше.
Шероховатость поверхности растет с увеличением зернистости. Затупление абразивных зерен сопровождается заметным снижением шероховатости. Поэтому изношенные ленты часто применяют вместо лент
меньшей зернистости, особенно при шлифовании труб на многопозиционных станках.
Натяжение ленты влияет на ее стойкость. При вытягивании ткани
связующее вещество может разрываться и прочность крепления зерна
падает. Обычно рекомендуют силу начального натяжения ленты 50-60
Н/см, а для шлифования титановых сплавов 20-30 Н/см. Рабочее натяжение ведущей ветви ленты увеличивается, ведомой - уменьшается в
соответствии с изменением силы шлифования. Контролю за натяжением
лент часто не уделяют должного внимания. Между тем неправильный
выбор величины начального натяжения снижает стойкость лент в 1,5-2 раза. При сухом шлифовании с увеличением натяжения растет и
шероховатость поверхности.
При шлифовании труб обычно применяют контактные ролики, поверхность которых армируют резиной или синтетическими материалами.
Контактные ролики могут быть гладкими и рифлеными. Ролики с рифленой поверхностью и высокой твердостью (60-100 по шкале Д твердомера Шора) применяют при черновом шлифовании. Угол, который
образуют рифления с торцовой поверхностью ролика, обычно составляет
30-45 . С уменьшением угла съем металла падает, но снижается шероховатость поверхности. При повышенных требованиях к качеству применяют гладкие ролики меньшей твердости 30-60 и даже HSh 20-40. Однако съем металла при снижении твердости падает за счет умень
шения съема после некоторого притупления абразивного зерна. Диаметр
контактных роликов обычно составляет 250—450 мм; увеличение
диаметра действует как снижение твердости ролика. Для шлифования
конических труб, а также для повышения качества обработки труб с заметной кривизной, конусностью, овальностью применяют самоустанавливающиеся ролики.
Значительно реже используют контактные ленты или шлифование на свободной ветви, т.е. без контактных элементов. Преимущество
лент — хорошая приспособляемость к профилю трубы и большая длина
зоны шлифования. Контактная лента может использоваться для разгрузки шлифовальной ленты; с этой целью она выполняется из материала, обладающего большим модулем упругости. Абразивная лента
сцепляется с контактной силами трения, и натяжение абразивной ленты
снижается.
Для повышения режущей способности лент рекомендуют производить
их очистку от продуктов шлифования; для этого в контакт с рабочей поверхностью ленты вводят ролик, покрытый поролоном. Этого же эффекта
добиваются, направляя сильную струю СОЖ навстречу движению ленты. Другой способ повышения стойкости ленты — периодическое реверсирование ее
движения. После каждого реверса режущая способность ленты возрастает, хотя
и не восстанавливается до первоначального значения. Реверсирование дает значительный эффект для лент с нетермостойкой связкой (мездровый клей) и
меньший — для лент с термостойкой прочной связкой ФМ-3, ФМ-4. Удельная
стоимость абразивной ленты, отнесенная к удаленному металлу, при ленточном шлифовании значительно выше, чем при обработке труб кругами, и составляет на станках ВШ-500 от 4 до 8 коп/см3 (по стали 12Х18Н1 ОТ).
Шлифованием абразивной лентой на контактном ролике трудно получить шероховатость поверхности меньше Ra = 0,3-0,4 мкм. При требованиях порядка Ra =0,17 мкм окончательную обработку осуществляют полировальными кругами. Войлочные накатные круги, применявшиеся еще сравнительно недавно, очень дороги и неспособны к самопрофилированию. Эти круги
вытеснены современными полировальными кругами с нанесенным или подаваемым абразивом. Первые обычно представляют собой так называемые лепестковые круги, в которых радиальные лепестки из шлифовальной шкурки
плотно набраны и закреплены в ступице. Эластичность лепестков создает возможность обработки сложных профилей. По сравнению с абразивной лентой
лепестковый круг дает меньшую шероховатость поверхности и меньший
съем. Шероховатость уменьшается с уменьшением скорости и в результате
применения смазки. Высокоэластичные полировальные круги изготовляют из
синтетических нетканых материалов, шаржированных абразивом по всему
объему материала при его изготовлении.
Круги с подаваемым абразивом выполняются из хлопчатобумажной
ткани, сукна, сизаля, а также в виде найлоновых щеток.
Рабочая поверхность кругов обычно выполняется волнистой за счет
складок и прорезей в ткани. Эти круги обеспечивают самую тонкую обработку со снятием микронных слоев металла. Абразивная паста подается на
поверхность круга в твердом или жидком состоянии. Для получения поверхности шероховатостью Ra 0,16—0,63 мкм применяют пасту с абразивным материалом зернистостью 4-6. Шероховатость поверхности, равная 0,02-0,16
мкм, может быть получена при обработке пастой, содержащей микропорошки М28-М40, электрокорунд, карбид кремния, окись хрома. Особо высокий глянец получается после полирования пастой из окиси хрома, прокуса
(окиси железа), трепела.
Все шире применяется алмазное полирование лентами и лепестковыми
кругами. Сочетание остроты и твердости алмазных зерен с эластичностью
ленты создает оптимальные условия полирования.
Иглофрезерование применяют в основном для удаления окислов
и окалины при толщине снимаемого слоя 0,005—0,05 мм; для удаления
поверхностного дефектного слоя металла толщиной до 0,2 мм.
По сравнению с традиционными методами удаления окислов и окалины с поверхности труб при обработке иглофрезами:
-низкие расходы на обработку;
-иглофрезерование не создает проблем, связанных с защитой окружающей среды;
-вследствие высокой стойкости иглофрез и стабильности процесса
обработку легко автоматизировать;
-снятый металл в виде чистой мелкой стружки можно переплавлять
или использовать в порошковой металлургии;
-для иглофрезерования применяется простое оборудование.
Иглофреза состоит из плотно собранных, расположенных радиально
отрезков высокопрочной стальной проволоки. При соприкосновении
с обрабатываемой поверхностью иглы отклоняются в сторону, противоположную направлению вращения иглофрезы, и упираются в соседние
иглы. В этом заключается отличие иглофрез от известных ранее металлических щеток. Благодаря упору в соседние иглы деформация игл
меньше, а силы и глубина резания во много раз превышают соответствующие величины для щеток. Игла образует здесь микрорезец с небольшим отрицательным передним углом и снимает с поверхности металла
мельчайшую стружку. Диаметр игл обычно составляет 0,2—0,8 мм.
В зависимости от конкретных условий обработки применяют иглофрезы диаметром 80—600 мм, шириной 10—1000 мм. Иглы закрепляют
в корпусе фрезы сваркой по внутреннему диаметру. В процессе обработки иглы самозатачиваются, в особенности при периодическом изменении направления вращения. Важным преимуществом иглофрез является их высокий срок службы — до 500 и даже 2000 ч. При этом эксплуатационные характеристики, в частности съем металла и шероховатость обработанной поверхности, остаются неизменными в течение всего
периода стойкости. Удельная производительность по съему металла на
1 см ширины иглофрезы составляет 20—80 мм3/с.
Список литературы:
1. Суров С.П.-Научные труды/ УралВНИИАШ. Челябинск,1968,вып. 1, с. 15-20.
2. Механическая обработка труб. ЛихтенштейнД.Е., СаломатовВ.Г.М.: Метал-
лургия,1981.152 с.
3.Исследование погрешностей формы при обработке тонкостенных
труб, обусловленных усилиями зажима и резания. Нариманов В.А.: Азербайджанский
политехнический институт.