close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

2998.Абразивно-алмазная обработка материалов

код для вставкиСкачать
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Оренбургский государственный университет»
Л.Л. Ильичев, А.А. Терентьев
АБРАЗИВНО-АЛМАЗНАЯ ОБРАБОТКА
МАТЕРИАЛОВ
Рекомендовано Ученым советом федерального государственного
бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального
образования «Оренбургский государственный университет» в качестве
учебного пособия для студентов, обучающихся по программам высшего
профессионального образования по направлению подготовки 151900.62
Конструкторско-технологическое обеспечение
машиностроительных
производств
Оренбург
2013
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
УДК 621.923(075.8)
ББК 34.637я73
И 46
Рецензент - профессор, доктор технических наук А.И. Сердюк
И 46
Ильичев, Л.Л.
Абразивно-алмазная обработка материалов: учебное пособие / Л.Л.
Ильичев, А.А. Терентьев ; Оренбургский гос. ун-т. – Оренбург: ОГУ,
2013. – 168 с.
ISBN
В учебном пособии рассмотрен комплекс вопросов, относящийся к
современной теории шлифования материалов и опирающийся на современную
практику шлифования.
В нем кратко сформулированы особенности и разновидности процессов
шлифования, а также приведены сведения о новейшем шлифовальном
инструменте, в том числе для ленточного шлифования, хонингования и
суперфиниша.
Приведены
практические
рекомендации
по
эффективному
использованию шлифовальных кругов с зернами из абразивов, синтетических
алмазов и других сверхтвердых материалов.
Обозначения характеристик шлифовальных инструментов приведены в
соответствии с международными стандартами.
Учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по
программам высшего профессионального образования по направлению
подготовки
151900
«Конструкторско-технологическое
обеспечение
машиностроительных производств».
УДК 621.923(075.8)
ББК 34.637я73
ISBN
 Ильичев Л.Л.,
Терентьев А.А., 2013
 ОГУ, 2013
2
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Содержание
Введение …………………………………………………………………………….
6
1 Абразивная обработка материалов ………………………………………………
8
1.1 Сущность и особенности процесса шлифования .............................................
9
1.2 Характеристика абразивного инструмента .......................................................
14
1.2.1 Абразивные материалы ……………………......……………………………..
14
1.2.2 Зернистость шлифовальных материалов ........................................................
18
1.2.3 Связки абразивных инструментов ...................................................................
23
1.2.4 Структура абразивного инструмента …………….………………………….
27
1.2.5 Твердость абразивных инструментов ……………….………………………
30
1.2.6 Классы точности абразивных кругов ………….…………………………….
35
1.2.7 Классы неуравновешенности абразивных кругов .........................................
37
1.2.8 Типы и размеры абразивных инструментов ……………….………………..
38
1.3 Маркировка и условные обозначения шлифовальных кругов ……………….
44
Контрольные вопросы и задания ………………………………………………….
46
2 Круги из алмазов и сверхтвердых материалов на основе кубического нитрида бора ........................................................................................................................
47
2.1 Характеристика алмазных и эльборовых кругов …………………….……….
50
2.1.1 Марки шлифпорошков ………………….……………………………………
50
2.1.2 Зернистость алмазных порошков и порошков из кубического нитрида
бора ………………………………………………………………………...………...
54
2.1.3 Концентрация алмазов в кругах ......................................................................
58
2.1.4 Связки алмазных кругов ……………………….…………………………….
59
2.1.5 Типы и размеры алмазных и эльборовых кругов ..........................................
63
2.2 Маркировка и условные обозначения шлифовальных кругов из алмазов
и из кубического нитрида бора (эльбора) ………………………...………………
71
Контрольные вопросы и задания ………………………………………………….
73
3 Технологические разновидности процесса шлифования ……………………...
74
3
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3.1 Обработка поверхностей вращения (круглое шлифование) ……...……...….
74
3.1.1 Круглое наружное шлифование в центрах (в патроне) ………………....….
76
3.1.2 Шлифование отверстий ……………………………………….………..…….
83
3.2 Шлифование плоских поверхностей деталей ……………...……..…………..
86
3.3 Шлифование фасонных поверхностей …………..………………..…………..
88
3.3.1 Резьбошлифование …………….……………………………………………..
88
3.3.2 Зубошлифование ……...…………….…………………………………..…….
89
Контрольные вопросы и задания ………………………………………………….
92
4 Силы резания и мощность при шлифовании ……………………………………
93
4.1 Факторы, влияющие на силы резания................................................................
95
4.2 Мощность при шлифовании................................................................................
96
Контрольные вопросы и задания ………………………………………………….
97
5 Температура резания при шлифовании…….……………………………………
98
Контрольные вопросы и задания …………………………………………………. 100
6 Влияние смазочно-охлаждающей жидкости……………………………….…… 101
Контрольные вопросы и задания …………………………………………………. 102
7 Износ шлифовальных кругов…….………………….…………………………… 103
Контрольные вопросы и задания …………………………………………………. 104
8 Стойкость шлифовальных кругов……………….……………………….……… 105
Контрольные вопросы и задания …………………………………………………. 106
9 Правка шлифовальных кругов…….………………….……………..…………… 107
Контрольные вопросы и задания …………………………………………………. 115
10 Определение оптимального режима резания………………………………..… 116
Контрольные вопросы и задания …………………………………………………. 118
11 Ленточное шлифование ………………………………..……………………….. 119
11.1 Характеристики ленточного шлифования ………………...………………… 119
11.2 Виды, размеры и характеристики ленточного шлифовального инструмента ………………………………………………………………………………… 125
11.2.1 Виды основ, связок, аппретов для шлифовальной шкурки ……….……... 125
11.2.2 Шлифование отверстий ……………….………………………………......... 127
4
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
11.3 Режимы ленточного шлифования и качество обработанных поверхностей 131
11.4 Силы резания и мощность при шлифовании ……………...………………… 133
11.5 Тепловые явления при шлифовании …………………………...……………. 134
11.6 Износ и стойкость шлифовальных лент ……………...……………………… 135
Контрольные вопросы и задания …………………………………………………. 137
12 Хонингование …………………………………………………………………… 138
12.1 Сущность и характеристика процесса хонингования ………………...……. 138
12.2 Технологические режимы абразивного и алмазного хонингования …...……. 143
12.3 Качественные характеристики обработанных поверхностей и область применения хонингования………………………………………………..…………….. 150
Контрольные вопросы и задания …………………………………………………. 152
13 Суперфиниширование ……..…………………………………………………… 153
13.1 Характеристика и особенности процесса суперфиниширования ……...….. 153
13.2 Влияние режимов и условий обработки на качественные характеристики
процесса суперфиниширования ………………………………............................... 157
13.3 Выбор абразивных брусков и режимов обработки при суперфинишировании ……………………………………………….………………………………... 160
13.4 Области применения и разработка новых методов суперфиниширования .. 162
Контрольные вопросы и задания …………………………………………………. 166
Список использованных источников ……………………………………………... 167
5
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Введение
Шлифование является древнейшим процессом обработки материалов. Еще в
глубокой древности человек применял естественные шлифующие породы (песчаник
и др.) для заточки орудий своего труда (каменных топоров, ножей, копий, стрел и
т.д.). Открытие и постепенное освоение выплавки металла (меди, бронзы и особенно
железа) и возможность получения острых лезвий путем заточки привели к
перевороту в орудиях труда. Прошло много веков пока человек создал точило с
ручным приводом и затем прообраз современного шлифовального станка.
Интенсивное развитие шлифования началось со второй половины XIX века,
когда перед машиностроением была поставлена задача производительно и
экономично изготавливать точные изделия в большом количестве. Развитию шлифования во многом способствовало изобретение искусственного шлифовального круга
(1859 г.) и появление первых универсально-шлифовальных станков (1860 г.). Непрерывное
совершенствование
шлифовальных
станков
и
улучшение
качества
шлифовальных кругов поставили шлифование в число высокопроизводительных
процессов точной обработки деталей из различных материалов.
В настоящее время абразивная обработка уже не является лишь способом
получения необходимого качества поверхностей детали, а становится одним из
наиболее производительных процессов обработки разнообразных материалов,
успешно заменяя операции, выполняемые лезвийной обработкой. Это обусловлено
все возрастающими требованиями к шероховатости поверхностей и точности
деталей, а также расширением применения высокопрочных и труднообрабатываемых материалов. Широкое применение современных методов получения заготовок
(литья под давлением, литья по выплавляемым моделям, штамповки, выдавливания,
формообразования взрывом и др.) позволяет приблизить размеры заготовок к
размерам деталей. При этом заготовки, минуя операции точения, строгания и
фрезерования, поступают непосредственно на абразивную обработку.
В ряде случаев абразивная обработка применяется как единственно
возможный метод. Например, доводка и полирование листовой стали, в том числе
6
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
нержавеющей, зачистка сварных швов, получение деталей с шероховатостью
поверхностей до Ra = 0,020 - 0,008 мкм, струйно-абразивная и гидроабразивная
обработка миниатюрных деталей свободными абразивными зернами и т.д.
Прогресс в технологии шлифования позволяет решать проблему создания
автоматических линий, на которых вся обработка заготовок до требуемых
геометрической точности и шероховатости поверхностей деталей производится
абразивными и алмазными инструментами. Эти инструменты применяют при
обработке твердых сплавов, разнообразных
износостойких материалов, а также
дерева, пластмасс, стекла, камня и других материалов.
Важное место среди абразивных материалов заняли высокотвердые материалы
на основе кубического нитрида бора (композиционные материалы). Их применение
открыло широкие перспективы в области обработки труднообрабатываемых
материалов, позволило повысить стойкость инструмента до 50 - 100 раз по
сравнению
с
(электрокорунд,
инструментами
карбид
из
кремния).
традиционных
Процесс
абразивных
обработки
материалов
инструментами
из
композиционных материалов характеризуется сверхвысокими скоростями резания,
малой толщиной срезаемых стружек, большой мощностью резания, высокой
точностью обработки и качества поверхностей деталей.
Однако, процесс шлифования значительно более сложен процесса лезвийной
обработки, так как зависит от большего числа переменных параметров (от свойств и
геометрических параметров зерна, расположения зерен на рабочей поверхности,
свойств связки, твердости и т.д.). Это создает определенные трудности при
теоретическом и экспериментальном изучении этого процесса.
Задача сегодняшнего дня заключается в полном раскрытии физической
сущности процесса шлифования и сопутствующих ему явлений, а также в
обобщении накопленного экспериментального материала, что необходимо для
создания высокопроизводительного шлифования и внедрения прогрессивных
технологий абразивной и алмазной обработки в производство.
7
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
1 Абразивная обработка материалов
Под абразивной обработкой понимается процесс резания материалов с
помощью инструментов, режущим элементом которых являются абразивные зерна
или зерна из алмазов и синтетических сверхтвердых материалов.
В зависимости от вида абразивного инструмента и принятой схемы
относительных движений абразивная обработка подразделяется на шлифование,
полирование и доводку.
В свою очередь, шлифование включает в себя такие виды обработки как
хонингование, суперфиниширование, ленточное шлифование.
Шлифование является древнейшим процессом обработки материалов. Еще в
глубокой древности человек применял естественные шлифующие материалы
(песчаник, наждак, кремень) для заточки орудий своего труда (каменных топоров,
ножей, копий, стрел и т.д.). Прошло много веков и человек создал точило (с ручным
приводом), а затем прообраз шлифовального станка. Развитию шлифования во
многом способствовало изобретение искусственного шлифовального круга (1859 г.)
и появление первых универсально-шлифовальных станков (1860 г.).
Интенсивное развитие шлифования началось со второй половины XIX века,
когда перед машиностроением была поставлена задача производительно и
экономично изготавливать точные изделия в большом количестве.
Непрерывное совершенствование шлифовальных станков и улучшение
качества
шлифовальных
кругов
поставило
шлифование
в
число
высоко-
производительных процессов точной обработки деталей из различных материалов, в
том числе труднообрабатываемых.
Шлифование чаще всего применяется как финишная операция, позволяющая
получить детали 6 - 9 квалитета точности (даже 5-го квалитета) и шероховатость
обработанной поверхности Ra = 0,63 - 0,16 мкм и менее (до 0,02 мкм). Точность
размеров после шлифования до 2 - 3 мкм. Геометрическая точность формы деталей
после абразивной обработки: отклонение от цилиндричности - до 2 - 3 мкм,
отклонение от круглости - 0,4 - 0,5 мкм.
8
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Тенденции мирового машиностроения связаны с дальнейшим уменьшением
припусков на обработку и повышением точности обработки поверхностей.
Исходя из этих тенденций сформулированы задачи в области машиностроения, среди которых можно обозначить следующие:
1 Увеличение доли шлифовальных станков в общем парке металлорежущего
оборудования. В общем машиностроении доля шлифовальных станков составляет от
10 % до 12 %, на заводах массового производства эта доля значительно больше: в
автомобильной промышленности – до 25 %, в подшипниковой промышленности –
от 55 % до 60 %.
2 Повышение доли шлифовальных операций в существующих технологических процессах, чему способствовало резкое увеличение качества абразивного
инструмента за последние десятилетия. Это позволило применять шлифование не
только для традиционных чистовых операций, но и на операциях, связанных со
снятием больших припусков (вышлифовка канавок сверл, снятие дефектов
поверхностного слоя до 10 - 15 мм со слитков и т.п.).
1.1 Сущность и особенности процесса шлифования
Сущность процесса состоит в том, что абразивные зерна, обладающие
высокой твердостью (22000 - 31000 HV), теплостойкостью и прочно скрепленные
связующим веществом, осуществляют удаление поверхностного слоя в виде мелкой
стружки.
Большое число стружек (до сотни миллионов в минуту) и их малая толщина
(от 2 до 20 мкм) обуславливается малым размером самих режущих зерен-резцов и
большим количеством зерен, одновременно участвующих в резании.
Между
отдельными
процессами
обработки
материалов
резанием
принципиальной разницы нет, т.к. процесс стружкообразования протекает по
одинаковой схеме независимо от конструктивного оформления инструментов. Во
всех случаях резание является последовательным сдвигом отдельных элементов с
помощью режущего клина, к которому приложена определенная сила.
9
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Характерными особенностями шлифования являются следующие:
1 Процесс стружкообразования при шлифовании приближается к резанию
осуществляемому зубом фрезы. Но при шлифовании, в отличие от фрезерования,
режущий контур прерывистый, объем металла, снимаемый в единицу времени
одним зерном, в 400 000 раз меньше, чем объем металла, снимаемый зубом фрезы.
Принципиальная схема шлифования представлена на рисунке 1.1.
Рисунок 1.1 – Принципиальная схема шлифования
2 Процесс резания при шлифовании осуществляется на высоких скоростях (от
30 до 100 м/с), при этом время контакта зерна с заготовкой составляет от 10 -3 до 10-6
секунды.
3 Общее количество стружек, снимаемых шлифовальным кругом в единицу
времени, велико. При шлифовании в результате массового действия шлифующих
зерен на поверхностный слой в зоне контакта круга с обрабатываемым материалом
развиваются значительные температуры, во многом определяющие протекание
процесса и качество обработанной поверхности.
В зоне действия отдельных шлифующих зерен могут развиваться высокие
мгновенные температуры, в ряде случаев приближающиеся к температуре
плавления обрабатываемого материала. Источником теплоты, возникающей при
шлифовании, является главным образом работа деформирования обрабатываемого
материала и работа внешнего трения шлифующих зерен и связки о поверхность
материала.
10
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Значительная часть механической работы затрачивается на трение и
отношение полезной работы ко всей затраченной работе является сравнительно
низким.
При шлифовании металлов в зоне действия зерен резко повышается
пластичность обрабатываемого материала, что благоприятно сказывается на
процессе снятия стружки.
4 Шлифующие зерна являются многогранниками неправильной формы
(иногда сфера правильной формы) и имеют округленные вершины (рисунок 1.2). По
абсолютной величине радиус округления ρ не велик, но соизмерим с толщиной
срезаемого слоя.
Рисунок 1.2 – Профиль неработавшего абразивного зерна
Исходя из указанной особенности геометрической формы, режущие зернарезцы имеют отрицательные передние углы, обеспечивающие с одной стороны
динамическую прочность зерна, а с другой стороны – необходимость приложения
дополнительной силы, которая сжимает деформируемый материал и вызывает:
1) повышение сопротивления сдвигу деформируемого слоя;
2) увеличение силы внешнего трения между инструментом и заготовкой.
Схема шлифующего зерна при микрорезании приведена на рисунке 1.3.
Для переднего угла γ в точке X можно записать следующее выражение
Sin x 
  ax
,

(1.1)
11
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
где
ρ – радиус округления при вершине режущего зерна,
ax – толщина срезаемого слоя в точке X.
Тогда фактический угол резания δ в точке X равен
δx 
ρ - ax
π
 arcSin
.
2
ρ
(1.2)
Рисунок 1.3 – Схема шлифующего зерна при микрорезании
При резании слои материалов, отстоящие от режущей кромки на разных
расстояниях, деформируются при разных углах резания.
Из уравнения (1.1) следует, что при ax → 0, γx → 90°, δx → 180°, т.е. для слоев
материала, лежащих непосредственно на линии среза при ax = ρ, δx = 90° и при
ax > ρ, δx < 90°, т.е. при ax < ρ резания нет, происходит скольжение зерна по
обрабатываемой поверхности и смятие материала.
5 Следующей особенностью процесса шлифования является беспорядочное
расположение зерен на рабочей поверхности (рисунок 1.4).
12
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Такое
расположение
зерен
создает
прерывистую
режущую
кромку.
Разновысотность зерен, наличие у круга неточной геометрической формы
(бочкообразности, конусности), а также некоторого биения не позволяют
обеспечить равномерной нагрузки на каждое зерно.
Выступающие зерна являются наиболее нагруженными, а многие невыступающие зерна определенное время не работают.
Рисунок 1.4 – Схема расположения шлифующих зерен на рабочей поверхности
шлифовального круга
6 Управлять процессом резания при шлифовании можно только за счет
изменения
режимов
резания,
т.к.
изменение
геометрических
параметров
абразивных зерен затруднено, хотя в последнее время за счет разделения зерен по
форме и ориентирования зерен в теле круга создаются более благоприятные условия
резания.
7 Абразивный инструмент может в процессе работы самозатачиваться. Это
происходит, когда режущие грани зерна затупляются, силы резания возрастают. В
результате зерно или выпадает из связки или скалывается, образуя новые режущие
кромки.
13
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
1.2 Характеристика абразивного инструмента
Абразивный инструмент изготавливается в виде шлифовальных кругов
различного профиля и размеров, в виде брусков, пластин и шкурки.
Абразивный инструмент в отличие от металлического лезвийного не имеет
сплошной режущей кромки, а состоит из огромного числа разобщенных элементов
(абразивных зерен), скрепленных между собой связкой. Поэтому работоспособность
абразивного инструмента характеризуется не только материалом и размером
режущего
зерна,
но
также
составом
и
количеством
связки,
структурой
(расположением абразивных зерен и пор в инструменте).
Характеристика
абразивного
инструмента
определяется
следующими
параметрами: видом абразивного материала, размером зерна, видом связки,
соотношением объема зерен и связки, твердостью, формой и размерами круга.
1.2.1 Абразивные материалы
Абразивные материалы делятся на естественные и искусственные.
К естественным абразивным материалам относятся корунд, гранат, кремень и
наждак, состоящие из Al2O3 и примесей.
Корунд - горная порода, состоящая в основном из кристаллической окиси
алюминия (Al2O3), применяется для доводочных операций и обработки оптического
стекла.
Наждак - (корунд + кварц + магнетит), корунда около 30 %, применяется для
шлифования свободным абразивом.
Гранат - минерал, представляющий собой соединение Al, Fe, Сг, Mn, Mg с
кремниевой кислотой, применяется для изготовления шлифшкурки для обработки
дерева, пластмассы, кожи, а также обработка стекла свободным абразивом.
Кремень - горная порода, состоящая из 96 % SiO2 + 1 % СаО и кварца,
применяется при изготовлении шлифшкурки для обработки кожи, пластмассы,
эбонита, дерева.
К искусственным абразивным материалам относятся: электрокорунд, карбид
кремния, карбид бора.
14
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Наибольшее применение для изготовления шлифовальных кругов получил
электрокорунд. Он имеет микротвердость от 18,9 до 23,5 ГПа, температуру
плавления от 1900 °С до 2000 °С и теплостойкость от 1250 °С (нормальный) до
2000 °С (циркониевый). Представляет собой кристаллическую смесь Al2O3, получаемую плавкой в электропечах чистого глинозема (бокситов).
Промышленность производит несколько разновидностей электрокорунда, в
том числе - нормальный, белый, хромистый, титанистый, циркониевый, монокорунд
и сферокорунд.
Нормальный электрокорунд содержит от 92 % до 95 % Al2O3 и небольшое
количество примесей. В зависимости от состава и количества примесей - цвет от
светлого до темно-коричневого. Его получают в дуговых печах восстановительной
плавкой шихты, состоящей из высокосортного боксита.
Высокая
твердость
и
механическая
прочность
зерен
нормального
электрокорунда обеспечивает широкое применение его при шлифовании металлов.
Значительная вязкость позволяет применять его при выполнении работ с
переменными нагрузками. Нормальный электрокорунд применяется при обработке
материалов с высоким сопротивлением разрыву (обдирка стальных заготовок,
поковок, проката, высокопрочных и отбеленных чугунов, ковкого чугуна;
окончательная обработка деталей из углеродистых и легированных сталей в
закаленном и нормальном состоянии, никелевых и алюминиевых сплавов).
Белый электрокорунд состоит из 98 - 99 % корунда и небольшого количества
примесей (от 1 % до 2 %). По химическому и физическому составам белый
электрокорунд является более однородным, чем нормальный. Зерна белого
электрокорунда обладают высокой твердостью, прочностью и имеют острые
кромки; они легко внедряются в твердые прочные материалы, меньше выделяют
тепла при обработке, чем зерна других разновидностей электрокорунда.
Белый электрокорунд применяется при:
1) обработке закаленных деталей из углеродистых, быстрорежущих и
нержавеющих сталей, хромированных и нитрированных поверхностей;
2) обработке тонких деталей и инструментов, когда отвод тепла затруднен
15
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
(штампы, зубья шестерен, резьбовой инструмент, тонкие ножи и лезвия);
3) обработке деталей (плоское, внутреннее и профильное шлифование)
с
большой площадью контакта между кругом и обрабатываемой поверхностью;
4) отделочной обработке.
Хромистый электрокорунд состоит из 97 - 98 % Al2O3 и 2 % окиси хрома
(СгО); по цвету напоминает рубин. Наличие в этом корунде твердого раствора
хрома существенно меняет его микроструктуру и свойства; повышает механическую
прочность и абразивную способность по сравнению с белым электрокорундом.
Абразивный инструмент из хромистого электрокорунда обеспечивает повышение
производительности при шлифовании конструкционных и углеродистых сталей на
интенсивных режимах работы на 20 - 30 % по сравнению с инструментом из
электрокорунда белого.
Титанистый электрокорунд - абразивный материал, представляющий собой
соединение окиси алюминия с окисью титана (Al2O3 + TiO2). Титанистый
электрокорунд отличается от нормального электрокорунда большей вязкостью. В
нем отсутствует ферросплав и ряд вредных примесей. Титанистый электрокорунд
предназначен для изготовления абразивного инструмента, применяемого при
обработке углеродистых, конструкционных и других закаленных и незакаленных
сталей.
Циркониевый электрокорунд представляет собой абразивный материал, в
состав которого входит окись алюминия Al2O3 и чистая двуокись циркония ZrO2.
Зерно из циркониевого электрокорунда применяют в основном для обдирочного
шлифования и шлифования с высокими скоростями.
Монокорунд - абразивный материал, который получает сплавлением бокситов
(от 97 % до 98 % Al2O3) с сернистым железом и восстановителем. Зерна монокорунда имеют изометрическую форму, высокую механическую прочность и обладают
хорошей способностью к скалыванию. Монокорунд применяют для шлифования
цементированных, закаленных, азотированных и высоколегированных сталей с
низкой теплопроводностью и теплоемкостью. Инструменты из монокорунда
благодаря скалыванию мельчайших частиц зерен обладают высокой режущей
16
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
способностью. За счет сохранения остроты режущих кромок потребляемая
мощность и нагрев обрабатываемой детали снижаются. Особенно это важно при
заточке инструментов и окончательном шлифовании.
Сферокорунд - абразивный материал, получаемый из глинозема в виде полых
корундовых сфер. В нем содержится 99 % Al2O3 и небольшое количество примесей.
Абразивные инструменты, изготавливаемые из сферокорунда, применяют при
обработке мягких и вязких материалов, а также для заточки и шлифования
быстрорежущих сталей с большой глубиной резания, так как в процессе шлифования сферы разрушаются и образуются острые режущие кромки, что обеспечивает
более производительное шлифование при небольшом тепловыделении.
Формокорунд – шлифовальный материал, зерна которого имеют в основном
цилиндрическую или призматическую форму. Формокорунд получают методом
экструдирования специально подготовленной шихты с последующим спеканием при
температуре 1700 °С. Содержание А12О3 в формокорунде от 80 % до 87 %, Fe2O3 не
более 1,5%. В настоящее время зерно формокорунда выпускают цилиндрической (С)
и призматической (Р) форм следующих размеров: диаметр или ширина квадратного
сечения от 1,2 до 2,8 мм, длина от 3,8 до 8,0 мм. Мелкая кристаллизация
формокорунда, высокие прочностные свойства, хорошая самозатачиваемость
обуславливают преимущественное использование его в производстве абразивного
инструмента для тяжелых обдирочных работ.
Карбид кремния – абразивный материал, представляющий собой химическое
соединение кремния с углеродом (SiС). Высокая твердость карбида кремния
сочетается с высокой хрупкостью, что является следствием его кристаллической
структуры.
Для абразивной обработки промышленность производит два типа карбида
кремния: черный (от 95 % до 98 % SiС) и зеленый (от 98 % до 99 % SiС).
Карбид кремния зеленый содержит меньше примесей, имеет несколько
повышенную хрупкость и большую абразивную способность. Карбид кремния
зеленый используют для тонкого шлифования металлорежущего инструмента,
твердых сплавов, керамики, камня и для правки шлифовальных кругов.
17
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Инструмент из карбида кремния черного применяется для шлифования
твердых сплавов, чугуна, цветных металлов, стекла, пластмассы, кожи и резины.
Карбид бора - абразивный материал, состоящий из кристаллического карбида
бора (B4C) с содержанием его около 93 %. По твердости карбид бора уступает
только алмазу и эльбору, но он весьма хрупок, что позволяет применять его для
доводки твердосплавного инструмента.
Обозначение
и
основные
физико-механические
свойства
абразивных
материалов приведены в таблице 1.1.
1.2.2 Зернистость шлифовальных материалов
Полученные в электрических печах абразивные материалы дробят и
измельчают в специальных машинах, подвергают различным видам обогащения
(магнитному, химическому), термической обработке и затем классифицируют по
крупности частиц. Классификацию шлифовальных зерен и порошков по крупности
осуществляют рассевом на специальной аппаратуре, позволяющей получать
продукт требуемого зернового состава. Для разделения по крупности частиц мельче
40 мкм применяют гидравлическую классификацию.
Зернистостью называется условная числовая характеристика зернового
состава шлифовальных порошков в пределах от 4750 до 45 мкм. В свою очередь,
зерновым составом называется распределение абразивных зерен по размерам,
выраженное в массовых долях и определяемое путем рассева шлифовальных
порошков на контрольных ситах.
Зернистость и зерновой состав шлифовальных порошков обозначают по ГОСТ
Р 52381 – 2005.
Поскольку значительное количество справочной литературы и маркировка
абразивного инструмента, изготовленного до 2006 года, используют обозначение
зернистости по ГОСТ 3647 – 80, представляется целесообразным привести
обозначение зернистости и по этому стандарту.
По ГОСТ 3647 – 80 в зависимости от крупности абразивные материалы делят
на группы и номера (таблица 1.2).
18
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 1.1 – Обозначение и основные физико-механические свойства абразивных материалов
Материал
62СР
39,2 - 48,5
-
Абразивная
способность
зерна по
стеклу 2), г
0,5
63С, 64С
53С - 55С
32,4 - 35,3
32,4 - 35,3
11,0 - 14,7
11,0 - 14,7
0,45
0,4
1300 - 1400
1300 - 1400
12А - 16А
22А - 25А
32А - 35А
37А
38А
91А, 92А
43А - 45А
ЭС
18,9 - 19,6
19,6 - 20,9
19,6 - 22,6
19,6 - 22,6
22,6 - 23,5
19,6 - 22,6
22,6 - 23,5
19,6 - 20,9
18,9 - 19,6
17,7 - 23,5
17,7 - 23,5
13,7 - 16,7
9,8 - 14,7
8,8 - 10,7
8,8 - 10,4
10,3 - 10,8
10,3 - 10,8
589 3)
10,3 - 10,8
11,7 - 13,7
1,0 - 4,0
5,5 - 13,7
3,9 - 7,8
6,9 - 7,9
0,145
0,155
0,101
0,112
0,112
0,150
0,135
0,105
0,05
1250 - 1300
1700 - 1800
1700 - 1800
1700 - 1800
1900 - 2000
1750 - 1850
1700 - 1800
1700 - 1800
1250 - 1300
1700 - 1800
1700 - 1800
1200 - 1250
1500 - 1600
Обозначение Разновидности
Карбид бора
Карбид кремния:
зеленый
6С
черный
5С
Электрокорунд:
нормальный
1А
белый
2А
хромистый
3А
титанистый
3А
циркониевый
3А
хромотитанистый
9А
Монокорунд
4А
Сферокорунд
ЭС
Формокорунд
Корунд
Наждак
Гранат
Кремень
1)
Для материала зернистости 25
2)
Для материала зернистости 16
3)
Для материала зернистости 125
92Е
81Кр
Микротвердость, Механическая
ГПа
прочность 1), Н
Теплоустойчивость,
˚С
700 - 800
19
19
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 1.2 – Зернистость шлифовальных материалов по ГОСТ 3647 – 80
Группа зернистости
Зернистость
Шлифзерно
Способ
классификации
Рассев
200, 160, 125, 100, 80, 63, 50, 40, 32,
25, 20, 16
Шлифпорошки
12, 10, 8, 6, 5, 4, 3
Рассев
Микропорошки
М63, М50, М40, М28, М20, Ml4
Гидроклассификация
Тонкие микропорошки М10, М7, М5, М3, М2, М1
Гидроклассификация
Номер зернистости определяется размером стороны ячейки контрольного
сита, через которое зерна не прошли (в сотых долях миллиметра). Каждый номер
зернистости характеризуется предельной, крупной, основной, комплексной и легкой
фракцией. Определяющей характеристикой зернистости является ее основная
фракция. В зависимости от процентного содержания основной фракции рассев зерен
может быть высшего (В), повышенного (П), нормального (Н) и допустимого (Д)
качества (таблица 1.3).
Таблица 1.3 – Зерновой состав шлифовальных материалов по ГОСТ 3647 – 80
Индекс для
обозначения
качества
В (высшее)
П (повышенное)
Н (нормальное)
Д (допустимое)
Минимальное содержание основной фракции, %
200 - 8
55
45
41
6-4
55
40
-
М63 - М28
60
50
45
43
М20 - М14
60
50
40
39
М10 - М5
55
45
40
39
По введенному в 2006 году стандарту ГОСТ Р 52381 – 2005 для изготовления
абразивного инструмента, исключая инструмент на гибкой основе изготавливают
шлифовальные порошки зернистостей: F4, F5, F6, F7, F8, F10, F12, F14, F16, F20,
F22, F24, F30, F36, F40, F46, F54, F60, F70, F80, F90, F100, F120, F150, F180, F220,
для инструмента на гибкой основе изготавливают шлифовальные порошки
зернистостей: Р12, Р16, Р20, Р24, Р30, Р36, Р40, Р50, Р60, Р80, Р100, Р120, Р150,
Р180, Р220.
Зерновой состав шлифовальных порошков зернистостями от F4 до F220
приведен в таблице 1.4.
20
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
F4
F5
F6
F7
F8
F10
F12
F14
F16
F20
F22
F24
F30
F36
F40
F46
F54
F60
F70
F80
F90
F100
F120
F150
F180
F220
Размер ячейки
контрольного
сита 1, W1 ,
мм (мкм)
Размер ячейки
контрольного
сита 2, W2 ,
мм (мкм)
Остаток
шлифпорошка
на сите 2, Q2,
%, не более
Размер ячейки
контрольного
сита 3, W1 ,
мм (мкм)
Остаток
шлифпорошка
на сите 3, Q3,
%, не менее
Размер ячейки
контрольного
сита 4, W1 ,
мм (мкм)
Остаток
шлифпорошка
на ситах 3 и 4,
%, не менее
Размер ячейки
контрольного
сита 5, W1 ,
мм (мкм)
Остаток
шлифпорошка
на ситах 3-5,
%, не менее
Остаток
шлифпорошка
на поддоне,
%, не более
Обозначение
зернистости
Таблица 1.4 - Зерновой состав шлифовальных порошков зернистостями от F4 до
F220
8,00
6,70
5,60
4,75
4,00
3,35
2,80
2,36
2,00
1,70
1,40
1,18
1,00
(850)
(710)
(600)
(500)
(425)
(355)
(300)
(250)
(212)
(180)
(150)
(125)
(106)
5,60
4,75
4,00
3,35
2,80
2,36
2,00
1,70
1,40
1,18
1,00
(850)
(710)
(600)
(500)
(425)
(355)
(300)
(250)
(212)
(180)
(150)
(125)
(106)
(90)
(75)
20
25
30
25
20
15
4,75
4,00
3,35
2,80
2,36
2,00
1,70
1,40
1,18
1,00
(850)
(710)
(600)
(500)
(425)
(355)
(300)
(250)
(212)
(180)
(150)
(125)
(106)
(75)
(63)
40
45
40
не регламентируется
4,00
3,35
2,80
2,36
2,00
1,70
1,40
1,18
1,00
(850)
(710)
(600)
(500)
(425)
(355)
(300)
(250)
(212)
(180)
(150)
(125)
(106)
(90)
70
65
(63)
(53)
40
3,35
2,80
2,36
2,00
1,70
1,40
1,18
1,00
(850)
(710)
(600)
(500)
(425)
(355)
(300)
(250)
(212)
(180)
(150)
(125)
(106)
(75)
(63)
(45)
(53)
(45)
не
регламентируется
3
(65)
(60)
не регламентируется
Ориентировочное соответствие зернистостей по стандарту ГОСТ Р 52381 –
2005 и по ГОСТ 3647 – 80 приведено в таблице 1.5.
Зернистость выбирается в зависимости от следующих факторов (таблица 1.6):
1) количества снимаемого при обработке металла;
2) требуемой шероховатости и точности обработки поверхностей;
3) физико-механических свойств обрабатываемого материала;
4) требуемой в автоматическом цикле шлифования стойкости кругов между
правками.
21
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 1.5 – Ориентировочное соответствие зернистостей
по стандарту ГОСТ Р 52381 – 2005 и по ГОСТ 3647 – 80
Обозначение зернистостей
ГОСТ Р 52381-2005
ГОСТ 3647-80
F4
F5
F6
F7
F8
F10
200
F12, P12
160
F14
F16, P16
125
F20, P20
100
F22
F24, P24
80
F30, P30
63
F36, P36
50
F40, P40
F46
40
F54, P50
32
F60, P60
25
F70
20
F80, P80
F90, P100
16
F100, P120
12
F120, P150
10
F150, P180
8
F180, P220
6
F220
5
Крупнозернистые инструменты применяются:
1) при обдирочных и предварительных операциях с большой глубиной
резания, когда удаляются большие припуски;
2) при работе на станках большой мощности и жесткости;
3) при обработке материалов, которые вызывают заполнение пор круга и
засаливание его поверхности (латунь, медь, алюминий);
4) при большой площади контакта круга с обрабатываемой поверхностью
(плоское шлифование торцом круга, внутреннее шлифование).
22
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 1.6 – Зернистость абразивного инструмента в зависимости от вида
обработки
Зернистость
Зернистость
шлифматериала
шлифматериала
по
по
ГОСТ Р 52381ГОСТ 3647-80
2005
160 и более
F10 - F12
125 - 80
F16 - F24
80 - 50
F24 - F36
63 - 25
F30 - F60
40 - 25
32 - 16
F46 - F60
F54 - F90
12 - 6
F100 - F150
6-4
F100 - F120
М40 и мельче
F120 - F220
Вид обработки
Обдирочное
шлифование
в
металлургической
промышленности
Обдирочные операции: зачистка заготовок, отливок,
поковок
Плоское шлифование торцом круга, заточка средних и
крупных резцов, правка абразивного инструмента,
абразивная отрезка
Предварительное и комбинированное шлифование,
заточка режущего инструмента
Глубинное плоское (профильное) шлифование
Окончательное шлифование, обработка профильных
поверхностей, заточка мелкого инструмента, шлифование хрупких материалов
Отделочное шлифование металлов, доводка твердых
сплавов, доводка режущих инструментов, предварительное хонингование, заточка тонких лезвий
Отделочное шлифование металлов, стекла, мрамора,
резьбошлифование, окончательное хонингование
Суперфиниширование, окончательное хонингование,
доводка тонких лезвий измерительных поверхностей
калибров, резьбошлифование изделий с мелким шагом
Средне- и мелкозернистые инструменты применяются:
1) для получения шероховатости поверхности от 0,32 до 0,08 мкм;
2) при обработке закаленных деталей и твердых сплавов;
3) при окончательном шлифовании, заточке и доводке инструментов;
4) при высоких требованиях к точности обрабатываемого профиля детали.
1.2.3 Связки абразивных инструментов
Связка служит для скрепления отдельных зерен в единое тело инструмента.
От материала связки зависит прочность удержания зерен в круге, прочность самого
круга. Связка в значительной мере обуславливает интенсивность съема материала,
качество обработки, износ инструмента и, соответственно, экономичность операции.
23
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Связка абразивного инструмента не участвует в процессах резания и удалении
припуска, но существенно влияет на состояние рабочей поверхности инструмента и
работу абразивных зерен.
Связки разделяются на органические и неорганические.
Cоответствие старого и нового обозначения связок шлифовальных кругов
приведены в таблице 1.7.
К органическим связкам относятся бакелитовая B(Б), вулканитовая R(В),
глифталевая BE(ГФ), полимерная PL(ПФ).
Бакелитовая связка B(Б) состоит из бакелита (карболовая кислота,
формалин). Для придания необходимых технологических свойств в смесь вводятся
наполнители (гипс, криолит и др. материалы).
Таблица 1.7 - Соответствие нового и старого обозначения
связок шлифовальных кругов
V
R
RF
B
BF
E
MG
PL
BE
К
В
ВУ
Б
БУ
Ш
М
ПФ
ГФ
Связка
керамическая
вулканитовая
вулканитовая с упрочняющими элементами
бакелитовая
бакелитовая с упрочняющими элементами
шеллаковая
магнезиальная
полимерная
глифталевая
Бакелитовая связка имеет три основные разновидности: пульвербакелит,
жидкий бакелит и специальная, которая используется для резьбошлифовальных и
тонких разрезных кругов.
Круги на бакелитовой связке предназначены для работ при скоростях 50 м/с и
более, армируются металлическими кольцами, стеклосеткой и стекловолокном.
Инструмент на бакелитовой связке прочен и эластичен, допускает изготовление
кругов толщиной до десятых долей миллиметра.
Недостатками инструментов на бакелитовых связках являются следующие:
24
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
1) под действием щелочных растворов с концентрацией более 1,5 % связка
разлагается;
2) при достаточно длительном воздействии температуры порядка 250 - 300 °С
связка выгорает.
Бакелитовая
связка
применяется
для
изготовления
инструментов,
используемых при плоском шлифовании торцом круга, при отрезке и прорезке
пазов, при заточке инструмента, при отделочном шлифовании зеркала цилиндров.
Вулканитовая
связка
R(В)
представляет
собой
многокомпонентную
композицию, основным элементом которой является синтетический каучук.
Различные химические
и
минеральные
компоненты
придают
инструменту
твердость, эластичность, самозатачиваемость, кромкостойкость (вулканизирующий
агент - сера – 30 %, ускорители вулканизации - коптакс, тиурам, наполнители окись цинка, окись магния).
Вулканитовая связка обладает большой эластичностью, прочностью и не
боится влаги. Круги, изготовленные из этой связки, могут иметь толщину до 0,5
миллиметра при диаметре от 20 до 150 миллиметров.
Недостатком вулканитовой связки является быстрая засаливаемость кругов.
Абразивные инструменты на вулканитовой связке, имеющие большие
упругость и плотность, хорошую водоупорность, применяют при отрезке, прорезке
и шлифовании пазов, обработке сферических поверхностей при профильном,
бесцентровом и отделочном шлифовании.
Глифталевая связка BE(ГФ) изготавливается из синтетическом смолы с
добавлением глицерина и фталевого ангидрида. Применятся для доводочных
инструментов, т.к. имеет теплостойкость 120 °С и невысокую твердость. Рабочие
скорости для инструментов на этих связках до 40 м/с.
Полимерная PL(ПФ) на основе вспененного поливинилформаля отличается
пористостью и используется при обработке вязких материалов.
К неорганическим связкам относятся: керамическая V(К), магнезиальная
MG(М).
25
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Керамические
связки
V(К)
являются
многокомпонентными
смесями
огнеупорной глины, полевого шпата, борного стекла и других минеральных
материалов, составленными по определенной рецептуре с добавками клеящих
веществ (жидкое стекло, декстрин).
Керамические связки обладают высокой огнеупорностью, водоупорностью,
химической стойкостью и относительно высокой прочностью. В зависимости от
поведения в процессе термообработки они делятся на плавящиеся (стекловидные) и
спекающиеся (фарфоровидные). Абразивные инструменты из электрокорунда
изготавливают на плавящихся связках, а из карбида кремния - на спекающихся
связках.
Плавящиеся связки обеспечивают прочное закрепление зерен, вступая с ними
в химическое соединение, обеспечивая тем самым большую прочность абразивных
инструментов.
Недостатком керамических связок является их высокая хрупкость, в связи с
чем их не применяют при ударной нагрузке и малой высоте круга. Тонкие круги
(толщиной менее 3 мм) легко ломаются от боковой нагрузки. Предельная скорость
резания, допустимая кругами на этой связке, составляет от 30 до 50 м/с.
В последнее время разработаны новые керамические связки, пригодные для
шлифования со скоростью от 50 до 80 м/с, для этой же цели используются круги с
упрочняющими тканевыми прокладками или из стекловолокна.
Магнезиальная связка MG(М) изготавливается из смеси магнезита и
хлористого калия. При ее использовании уменьшается нагрев обрабатываемой
поверхности, однако круги не допускают использование влаги и имеют
повышенный износ. Допускаемая скорость - не более 20 м/с.
Наиболее широкое применение из всех перечисленных связок имеет
керамическая и составляет от 50 % до 60 % от общего объема производства
абразивного инструмента, на бакелитовой связке – от 30 % до 39 %, на
вулканитовой – от 4 % до 7 % и на других связках - не более 1-2 %. Механические
свойства абразивных кругов на различных связках приведены в таблице 1.8, а
области применения связок для изготовления абразивных кругов - в таблице 1.9.
26
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 1.8 – Механические свойства абразивных кругов на различных связках
Параметр
Предел прочности, Па:
при растяжении
при сжатии
при изгибе
Ударная вязкость, МДж/м2
Модуль упругости, ×103 МПа
Температура размягчения, ˚С
Плотность, ×10 3 кг/м3
керамическая
Связка
бакелитовая
вулканитовая
30 - 50
70 - 90
45 - 60
0,12 - 0,5
50 - 85
500 - 700
2,2 - 2,8
30 - 35
150
60
0,5 - 0,6
4 - 10
100 - 120
1,2 - 1,4
46
70 - 85
80 - 100
1 - 1,5
1-4
80 - 100
1,0 - 1,4
Таблица 1.9 – Применение связок для абразивных кругов
Связки
Область применения
Керамические
Инструмент для всех основных видов шлифования, кроме
прорезания пазов, а также обдирочного шлифования на
подвесных станках
Круги с упрочненными элементами для шлифования при
скорости круга 65, 80, 100 м/с; круги для обдирочного
шлифования на подвесных станках и вручную; плоского
шлифования торцом круга, отрезания и прорезания пазов, заточки
режущих инструментов, шлифования прерывистых поверхностей, мелкозернистые круги для отделочного шлифования,
хонинговальные бруски и шлифовальные сегменты.
Ведущие круги при бесцентровом шлифовании, гибкие круги
для полирования и отделочного шлифования; отрезные круги для
прорезания и шлифования пазов, круги для профильного шлифования, полировальные высокопористые круги, тонкозернистые
круги для окончательного полирования, инструмент для доводочного шлифования, абразивные шеверы.
Бакелитовые
Вулканитовые
и другие
органические
1.2.4 Структура абразивного инструмента
В абразивных инструментах различают несколько основных фаз: абразивную,
занимаемую абразивными зернами; связующую, занимаемую связкой; газообразную, занимаемую порами (рисунок 1.5). Иногда вводится дополнительная фаза,
занимаемая наполнителями. Содержание каждой фазы выражают в долях объема
27
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
(объемная фазовая характеристика) или массы (массовая фазовая характеристика).
Массовыми характеристиками пользуются при изготовлении кругов.
Рисунок 1.5 – Фазовый состав абразивных инструментов
С увеличением объемного содержания зерен уменьшается расстояние между
ними, а, следовательно, и минимальная толщина мостиков между ними. Соотношение объемов шлифовального материала, связки и пор в абразивном инструменте
называется его структурой.
V3 + VCB + VПОР = 100 %,
где
V3 – объем шлифовальных зерен;
VCB – объем связки;
VПОР – объем пор.
Объемное
содержание
абразивной
фазы
в
инструменте
принято
характеризовать номером структуры (таблица 1.10). Структура обозначается
номерами от 1 до 20. Это обозначение имеет определенные условности: чем меньше
зерен в единице объема, тем выше порядковый номер структуры. С увеличением
структуры на один номер объем зерна в круге уменьшается на 2 %.
Абразивные инструменты плотной структуры (1 - 4), имеющие тесное расположение зерен и малые поры, применяются главным образом для доводочных
работ. Наибольшее применение имеют структуры 5 - 8. Открытая структура (9 - 12)
28
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
характеризуется большим расстоянием между зернами, лучшим отводом срезаемой
стружки и позволяет работать на повышенных режимах. Однако круги открытой
структуры обладают меньшей прочностью.
Таблица 1.10 – Объемная концентрация абразивных зерен в инструменте
Структуры
Показатель
очень
открытая
Объемное содер- 60 58 56 54 52 50 48 46 44 42 40 38 36 30 24
жание зерен в
34 28 20
инструменте, %
32 26
Обозначение
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 16 19
номера
14 17 20
структуры
15 18
плотная
средняя
открытая
В последнее время широкое применение находят высокопористые круги,
величина пор у которых обычно больше (до 2 - 3 мм), чем размеры абразивных
зерен.
Поры
такой
величины
получаются
в
результате
выгорания
при
термообработке добавок (древесные опилки и мука, молотый уголь, пластмассы,
бисер, сополимеры и т.п.), которые вводятся в виде наполнителей.
Высокопористые круги в основном предназначены для шлифования мягких и
вязких материалов, т.к. повышенная пористость создает лучшие условия для.
размещения стружки и уменьшения ее застревания в порах.
Применение кругов различной структуры представлено в таблице 1.11.
Таблица 1.11 – Применение кругов различной структуры
Структура
1
1-3
3, 4
Область применения
2
Шлифование заготовок с малым съемом металла кругами на
бакелитовой и керамической связках (обработка некоторых деталей
шарикоподшипников)
Профильное шлифование; шлифование твердых и хрупких
материалов с малой шероховатостью обработанной поверхности;
шлифование с большими подачами или переменной нагрузкой;
отрезные работы
29
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Продолжение таблицы 1.11
1
5, 6
7, 8
9 - 12
14 - 16
2
Почти все виды шлифования металлов (круглое наружное, бесцентровое, плоское периферией круга) с высоким сопротивлением
разрыву
Шлифование вязких металлов с низким сопротивлением разрыву;
плоское шлифование торцом круга; внутреннее шлифование;
заточка инструментов
Скоростное шлифование, профильное шлифование мелкозернистыми кругами; шлифование резьбы
Шлифование неметаллических материалов и металлов с низкой
теплопроводностью (устранение ожогов и трещин)
1.2.5 Твердость абразивных инструментов
Под твердостью понимается способность связки удерживать абразивные зерна
от вырывания их с поверхности под действием внешних сил. Твердость инструмента
в значительной степени определяет производительность шлифования и качество
обработанной поверхности. Абразивные зерна по мере их затупления должны
обновляться
путем
скалывания
или
выкрашивания.
Чем
выше
твердость
абразивного инструмента, тем прочнее связь между абразивными зернами в
инструменте, тем большие силы способны они воспринять без выкрашивания. При
слишком твердом круге связка продолжает удерживать затупившиеся и потерявшие
режущую способность зерна. При этом расходуется большая мощность, изделие
нагревается (прижоги). При слишком мягком круге зерна, не утратившие режущую
способность, выкрашиваются, увеличивается износ круга, появляются вибрации изза огранки круга, снижается качество обработанной поверхности.
Твердость абразивных инструментов на связках V и B зернистостью F36 - F20
(50 - 5) по ГОСТ Р 52381 - 2005 и М63 - М5 по ГОСТ 3647 - 80 определяют на
пескоструйном приборе измерением глубины лунки, образующейся на поверхности
инструмента под действием струи кварцевого песка, выбрасываемого из рабочей
камеры прибора сжатым воздухом под давлением 0,15 МПа. С увеличением
твердости абразивного инструмента глубина лунки уменьшается.
Твердость шлифовальных кругов высотой менее 8 мм на связках V и B
зернистостью F100 – F200 по ГОСТ Р 52381 - 2005 и М63 - М5 по ГОСТ 3647 - 80
30
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
определяют измерением глубины лунки, образующейся от вдавливания в тело
инструмента стального шарика диаметром 5 или 10 миллиметров под действием
нагрузки 981 или 1471 Н на приборе Роквелла.
Твердость абразивного инструмента зависит от количества и качества связки,
вида абразивного материала, конфигурации абразивных зерен, шероховатости, а
также техпроцесса изготовления (давления, режима термической обработки и т.д.).
Твердость абразивного инструмента по ГОСТ Р 52587 - 2006 обозначается:
F, G – весьма мягкий;
H, I, J – мягкий;
K, L – среднемягкий;
M, N – средний;
O, P, Q – среднетвердый;
R, S – твердый;
T, U – весьма твердый;
V, W, X, Y, Z – чрезвычайно твердый.
Ориентировочное соответствие обозначений твердости по ГОСТ Р 52587 2006 и ГОСТ 18118 -79, ГОСТ 19202 - 80, ГОСТ 21323 -75 приведено в таблице 1.12.
Таблица 1.12 – Ориентировочное соответствие обозначений твердости по ГОСТ Р
52587 - 2006 и ГОСТ 18118 - 79, ГОСТ 19202 - 80, ГОСТ 21323 - 75
Обозначение
общее
в зависимости от связки
Степень твердости
керамическая и
круга
новое старое
вулканитовая
бакелитовая
Весьма мягкий
F, G
ВМ
F, G
ВМ1, ВМ2
Мягкий
H, I, J
М
H, I, J
М1, М2, М3
Среднемягкий
K, L
СМ
K, L
СМ1, СМ2
Средний
M, N
С
M, N
С1, С2
M, N
СМ
Среднетвердый
O, P, Q
СТ
O, P, Q СТ1, СТ2, СТ3 O, P, Q
С
Твердый
R, S
Т
R, S
Т1, Т2
R, S
СТ
Весьма твердый
T, U
ВТ
T, U
ВТ1, ВТ2
T, U
Т
Чрезвычайно твердый V, W,
ЧТ
V, W,
ЧТ1, ЧТ2
X, Y, Z
X, Y, Z
31
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Изменение твердости инструмента на керамической связке достигается
изменением доли связки и соответствующим изменением объема пор при
неизменном объеме зерен (рисунок 1.6). Уменьшение или увеличение объема связки
на 1,5 % дает изменение твердости на одну ступень, т.е. определенной твердости
круга соответствует определенный объем пор независимо от номера структуры.
Процентный объем пор в абразивном инструменте на керамической связке
различных степеней твердости приведен в таблице 1.13.
Таблица 1.13 – Объем пор при различных степенях твердости
по ГОСТ
Р 52587-2006
по ГОСТ
21323-75
Твердость
инструмента
Объем пор, %
H
I
J
М1
М2
М3
46,5
45
43,5
K
L
СМ1 СМ2
42
40,5
M
N
O
P
Q
С1
С2
СТ1
СТ2
СТ3
39
37,5
36
34,5
33
Абразивный инструмент на керамической связке выпускают всех степеней
твердости, на бакелитовой – от K до R (СМ1 - Т1), на вулканитовой - без указания
степеней твердости.
1.2.5.1 Выбор твердости круга
На выбор твердости круга влияют следующие факторы: физико-механические
свойства
обрабатываемого
материала,
величина
площади
контакта
между
инструментом и деталью, режимы резания.
Рекомендации по выбору твердости абразивных инструментов в зависимости
от вида обработки приведены в таблице 1.14.
При
выборе
твердости
необходимо
руководствоваться
следующими
рекомендациями:
1) Твердые материалы быстрее истирают абразивные зерна, затупляют их.
Удаление затупившихся зерен быстрее происходит в сравнительно мягких кругах.
Поэтому для обработки твердых материалов следует применять мягкие абразивные
круги, а для обработки материалов невысокой твердости - более твердые.
Исключение составляют медь, алюминий, свинец, нержавеющая и жаропрочная
стали, которые шлифуют мягкими кругами.
32
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рисунок 1.6 – Соотношение между объемом абразивных зерен, пор и связки (в
процентах от общего объема) в кругах различной степени твердости для структур
№5 и №10
33
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 1.14 – Твердость абразивных инструментов в зависимости от вида
обработки
Степень
твердости
по ГОСТ
Р 52587-2006
Степень
твердости
по ГОСТ
21323-75
T-Z
ВТ1 - ЧТ2
R- S
СТ2 - Т2
N-P
С2 - СТ2
K-N
СМ1 - С2
M-N
K-L
I-L
I-J
С1, С2
СМ1, СМ2
М2 - СМ2
М2, М3
Вид обработки
Правка абразивных инструментов методом обкатки и
шлифования. Шлифование шариков шарикоподшипников и
деталей часовых механизмов
Обдирочные операции, ведущиеся вручную. Абразивная
отрезка, прорезка канавок. Круглое наружное шлифование
методом врезания, шлифование фасонных поверхностей,
бесцентровое шлифование ведущими кругами, хонингование
закаленных сталей
Шлифование (круглое, бесцентровое, профильное,
резьбошлифование) углеродистых и легированных сталей и
сплавов, чугуна и других вязких металлов и материалов,
плоское шлифование сегментами, хонингование брусками
Окончательное и комбинированное круглое, наружное,
бесцентровое и внутреннее шлифование стали, плоское
шлифование периферий круга, резьбошлифование деталей с
крупным шагом, глубинное шлифование пазов
Заточка режущих инструментов
Заточка режущих инструментов с автоматической подачей
Плоское шлифование торцом круга
Заточка и доводка режущего инструмента из твердого
сплава, шлифование труднообрабатываемых материалов,
цветных металлов и сплавов
2) с увеличением площади контакта между кругом и деталью давление на
единицу площади уменьшается, и, следовательно, обновление затупившихся зерен
затрудняется. В этом случае следует использовать более мягкие круги;
3) чем больше скорость круга, тем более мягкий инструмент следует
применять;
4) для предварительных операций применяются более твердые инструменты,
чем для окончательных;
5) при работе без охлаждения применяются более мягкие круги, чем при
работе с охлаждением;
34
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
6) при шлифовании неровных, прерывистых поверхностей применяются
более твердые инструменты;
7) мелкозернистые инструменты должны быть относительно меньшей
твердости, а крупнозернистые – большей;
8) при заточке лезвий закаленных инструментов, при шлифовании и заточке
пластинок из твердых сплавов, при обработке поверхностей изделий, плохо
отводящих тепло, тонких отверстий (типа труб) и т.п. применяют мягкие
шлифовальные круги;
9) при одинаковых условиях шлифования абразивные инструменты на
бакелитовой связке должны быть на две степени тверже инструментов на
керамической связке;
10) мягкие круги экономичнее твердых, реже правятся и позволяют вести
обработку с более интенсивными режимами. Однако твердость их не должна быть
столь низкой, чтобы они быстро изнашивались и теряли форму.
1.2.6 Классы точности абразивных кругов
В зависимости от величин, характеризующих абразивный инструмент в
нормативно-технической
документации,
действующей
до
01.01.2008
г.
по
предельным отклонениям размеров, формы и расположения поверхностей,
устанавливались классы точности абразивного инструмента.
Шлифовальные круги изготавливались трех классов точности АА, А и Б. Для
кругов класса точности Б использовались шлифовальные материалы со всеми
индексами, характеризующими содержание основной фракции: В, П, Н, Д, Для
кругов класса точности А - только с индексами В, П, Н, для кругов класса точности
АА - только с индексами В и П, т.е. с высоким и повышенным (до 55% при зернистости 200…4) содержанием основной фракции.
По ГОСТ Р 52781-2007, введенном в действие с 01.01.2009 г., вместо классов
точности устанавливаются нормы точности, приведенные в таблице 1.15.
Наибольшее влияние на процесс шлифования, качество обработанной
поверхности и стойкостную наработку инструмента имеют зерновой состав
шлифматериалов, отклонения от параллельности, вогнутость и выпуклость
35
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
торцовых поверхностей, отклонение степени твердости и неуравновешенная масса в
шлифовальном круге.
Таблица 1.15 – Нормы точности на изготовление шлифовальных кругов
Размеры, мм
Предельные отклонения, мм
1
2
Наружный диаметр D:
Св. 8
» 20
» 50
» 125
» 300
» 762
До 8
» 20
» 50
» 125
» 300
» 762
включ.
»
»
»
»
»
±0,5;
±0,8;
±1,2;
±2,0;
±3,2;
±5,0;
±8,0;
±0,3*
±0,5*
±0,8*
±1,2*
±2,0*
±3,2*
±5,0*
Высота T; U:
Св. 1,6
» 5,0
» 16
» 50
» 160
До 1,6
» 5,0
» 16
» 50
» 160
включ.
»
»
»
»
±0,2
±0,4
±0,8
±1,5
±2,0
±3,5
Диаметр посадочного отверстия H (кроме кругов
типа 36):
До 50,8
Св. 50,8 » 80
» 80 » 180
» 180 » 250
» 250 » 315
» 315 » 400
» 400 » 508
» 508
включ.
»
»
»
»
»
»
+0,16
+0,19
+0,25
+0,29
+0,32
+0,36
+0,40
+0,44
Диаметр центрального отверстия кругов типа 36:
До 120 включ.
Св. 120 » 260 »
» 260
±1,5
±2,0
±3,2
36
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Продолжение таблицы 1.15
1
2
Диаметр выточки P:
Св. 8
» 20
» 50
» 125
» 315
До 8
» 20
» 50
» 125
» 315
включ.
»
»
»
»
±0,8
±1,2
±2,0
±3,2
±5,0
±8,0
Высота выточки F; G:
До 5 включ.
Св. 5 » 16 »
» 16 » 50 »
» 50
±0,8
±1,6
±2,4
±3,2
Ширина W (кроме кругов типов 2, 37):
До 6 включ.
Св. 6 » 20 »
» 20 » 32 »
» 32
±0,5
±0,8
±1,2
±1,6
Ширина W кругов типов 2, 37:
До 25 включ.
Св. 25 » 50 »
» 50
±1,5
±2,0
±2,4
Толщина E:
До 6 включ.
±0,8
Св. 6 » 20 »
±1,2
» 20 » 32 »
±1,8
» 32
±2,4
* Для бесцентрового шлифования, резьбошлифования, зубошлифования, шлицешлифования, шарошлифования, профильного шлифования, шлифования коленчатых валов, врезного шлифования.
1.2.7 Классы неуравновешенности абразивных кругов
Неуравновешенность является одним из основных комплексных показателей
качества абразивных кругов. При шлифовании возникают автоколебания, вызываемые неуравновешенностью шпинделя, электродвигателя, ременной передачи и
других частей шлифовального станка. Однако наибольшие колебания обусловлены
неуравновешенностью шлифовального круга, которая приводит к вибрациям в
37
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
системе СПИД, возрастанию напряжений в круге, ухудшению качества шлифованных поверхностей и появлению на них прижогов, повышенному износу круга и
увеличению расхода правящих средств. Исключительное значение имеет степень
неуравновешенности кругов в связи со все более широким внедрением в практику
скоростного и сверхскоростного шлифования.
Основные причины, вызывающее появление неуравновешенности у шлифовальных кругов:
1) погрешность геометрической формы круга;
2) эксцентричность посадочного отверстия круга относительно его наружной
поверхности;
3) неравномерность структуры круга;
4) смещение центра круга относительно оси его вращения вследствие зазора
между посадочным отверстием круга и планшайбой (оправкой);
5) износ круга в процессе шлифования.
Неуравновешенность определяется как произведение неуравновешенной
массы G на ее эксцентриситет S относительно оси вращения. Установлены четыре
класса неуравновешенности шлифовальных кругов - 1, 2, 3, 4.
По нормативно-технической документации, действующей до 01.01.2008 г.,
класс неуравновешенности был увязан с классом точности (ГОСТ 2424 - 83).
Круги класса АА должны иметь наименьшую неуравновешенность – 1-го
класса, круги класса точности А должны быть 1-го или 2-го класса неуравновешенности, для кругов класса точности Б - 2-го или 3-го класса неуравновешенности.
1.2.8 Типы и размеры абразивных инструментов
Абразивные круги изготавливают разных форм и размеров, выбор которых
обусловлен конфигурацией и размерами обрабатываемой детали, требованиями к
результатам обработки, характером технологической операции, типом и размером
оборудования.
Типаж
шлифовального
инструмента
общего
назначения
регламентирован государственными стандартами. Типы и размеры абразивных
инструментов, регламентируемые ГОСТ Р 52781-2007, приведены в таблице 1.16.
Также выпускаются нестандартные инструменты специального назначения.
38
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 1.16 – Типы и размеры абразивных инструментов (ГОСТ Р 52781-2007)
Форма круга
Условное
обозначение
типа круга
(устаревшее)
Профиль
Предельные
размеры, мм
1
2
3
4
Прямого
профиля
Кольцевые
С коническим
профилем
С
двусторонним
коническим
профилем
1
(ПП)
2
(К)
3
(3П)
4
(2П)
5
С выточкой
(ПВ)
D = 6 - 1250
T = 6 - 600
H = 2,5 - 508
D = 125 - 600
T = 70 - 150
W = 16 - 100
D = 63 - 500
T = 5 - 32
H = 10 - 203,2
J = 25 - 407
U = 1 - 5,5
D = 250 - 500
T = 8 - 32
H=76,2 - 203,2
U=4-8
α = 40 - 60
D = 10 - 1060
T = 10 - 600
H = 2,5 - 508
P = 5 - 720
F = 4 - ≤ T/2
Rmax = 3,2 - 8,0
39
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Продолжение таблицы 1.16
1
Чашечные
цилиндрические
С двусторонней
выточкой
С двусторонней
выточкой и
ступицей
Чашечные
конические
2
6
(ЧЦ)
7
(ПВД)
10
(ПВДС)
11
ЧК
12
Тарельчатые
Т
14
Тарельчатые
(1Т)
3
4
D = 40 - 300
T = 25 - 125
H =13 - 127
W = 4 - 25
Emin = 5 - 25
D = 100 - 1060
T = 25 - 600
H = 32 - 508
P = 88 - 720
F=6-(F+G≤T/2)
G=6-(F+G≤T/2)
Rmax = 5 - 8
D = 150 - 300
T = 8 - 20
H = 32 - 127
K = 65 - 180
F=G=2-6
W = 6 - 10
D = 50 - 300
T = 25 - 150
H = 13 - 150
J = 27 - 247
K = 22 - 190
W = 4 - 35
Emin = 8 - 40
D = 80 - 250
T = 10 - 25
H = 13 - 32
J=K = 31 - 100
W = 4 - 13
Emin = 6 - 12
U = 2,5 - 6
D = 100 - 350
T = 10 - 40
H = 20 - 127
J = 48 - 274
α = 15 - 45
α1 = 7 - 10
E = 6 - 40
40
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Продолжение таблицы 1.16
1
С выборкой
С двусторонней
выборкой
С выборкой и
выточкой
С выборкой и
выточкой на
одной стороне
С выборкой и
выточкой на
одной стороне и
с выточкой на
другой стороне
2
3
4
20
D = 250 - 750
T = 13 - 125
H=76,2 - 304,8
K = 150 - 400
α=2-4
N = 1 - 13
Rmax = 3,2 - 8
21
D = 250 - 750
T = 13 - 125
H=76,2 - 304,8
K = 150 - 400
α=2-4
N = 1 - 13
Rmax = 3,2 - 8
22
D = 300 - 750
T = 40 - 100
H=76,2 - 304,8
K=P=150 - 400
α=2-4
N = 2 - 13
Rmax = 5 - 8
F = 13 - 40
23
(ПВК)
24
D = 300 - 750
T = 40 - 100
H=76,2 - 304,8
P=150 - 400
α=2-4
N = 2 - 13
Rmax = 5 - 8
F = 13 - 40
D = 300 - 750
T = 40 - 100
H=76,2 - 304,8
P=150 - 400
α=2-4
N = 2 - 13
Rmax = 5 - 8
F(G)=6 - 13(25)
41
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Продолжение таблицы 1.16
1
С выборкой и
выточкой на
одной стороне
и выборкой на
другой стороне
С выборкой и
выточкой на
обеих сторонах
Торцовый
прямого
профиля
Прямого
профиля с запрессованными
крепежными
элементами
2
25
26
(ПВДК)
35
36
(ПН)
3
4
D = 300 - 750
T = 40 - 100
H=76,2 - 304,8
K=P=150 - 400
α=2-4
N=2-7
Rmax = 5 - 8
D = 300 - 750
T = 40 - 100
H=76,2 - 304,8
P=150 - 400
α=2-4
N = 2 - 13
Rmax = 5 - 8
F(G)=6 - 13(25)
D = 350 - 900
T = 63 - 80
H=203,2 - 508
D = 350 - 1060
T = 63 - 100
H=60 - 280
42
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Продолжение таблицы 1.16
1
Кольцевой с запрессованными
крепежными
элементами
С
односторонней
ступицей
С
двусторонней
ступицей
2
3
37
38
39
4
D = 300 - 600
T = 100 - 125
W = 50 - 63
D1 = 250 - 540
К-во = 6 - 12
D = 250 - 1060
J = 180 - 550
T = 13 - 50
U = 3 - 40
H=76,2 - 304,8
D = 250 - 1060
J = 180 - 550
T = 13 - 50
U = 3 - 40
H=76,2 - 304,8
Назначение наиболее часто применяемых типов шлифовальных кругов
приведено в таблице 1.17.
Таблица 1.17 – Применение основных типов шлифовальных кругов
Тип шлифовального
Назначение
круга
1
2
Плоские
прямого
Универсальное применение. Наиболее распространенные
профиля (1)
виды шлифования в зависимой от диаметра круга, мм:
до 150
- внутреннее шлифование
150 - 500 - заточка инструментов
250 - 1100 - круглое наружное шлифование
250 - 600 - бесцентровое шлифование
200 - 450 - плоское шлифование периферий круга
150 - 600 - ручное обдирочное шлифование
100 - 500 - резьбошлифование
43
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Продолжение таблицы 1.17
1
2
Плоские с выточкой
Универсальное применение подобно кругам типа 1.
(5, 7, 23, 26)
Назначение выточек: обеспечить доступ круга к обрабатываемой заготовке и возможность одновременного
шлифования цилиндрических и торцовых поверхностей
(«в упор»); уменьшить площадь соприкосновения торцовой
поверхности круга с обрабатываемой поверхностью при
обработке буртов, фланцев (23)
С коническим
профилем (3,4)
Резьбошлифование, шлицешлифование, зубошлифование
(4); заточка некоторых видов многолезвийного инструмента (3)
Кольцевые (2)
Плоское шлифование торцом круга (крепление круга – на
планшайбе с помощью цементирующих веществ)
Чашечные цилиндриЗаточка и доводка лезвийных инструментов; внутреннее
ческие (6)
и плоское шлифование
Чашечные
кие (11)
коничес-
Заточка и доводка лезвийных инструментов; внутреннее
и плоское шлифование
Тарельчатые (12, 14) Заточка и доводка многолезвийных инструментов;
зубошлифование; шлифование труднодоступных мест
1.3 Маркировка и условные обозначения шлифовальных кругов
Маркировка шлифовальных кругов необходима для удобства их эксплуатации.
Круги маркируют в соответствии с требованиями ГОСТ Р 52588 - 2011. Маркировку
наносят:
- на этикетку круга диаметрами от 50 до 250 мм;
- на торцовую поверхность круга диаметрами более 250 мм;
- на групповую потребительскую тару с кругами диаметрами менее 50 мм.
Условные обозначения шлифовальных кругов приведены в таблице 1.18.
44
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Тип
круга
Размеры
Шлиф.
материал
Зернистость
Твердость
Структура
Связка
Наличие
упрочняющ.
элемента
Рабочая
скорость,
м/с
Класс
точности
Класс
неуравновешенности
Таблица 1.18 – Условное обозначение шлифовальных кругов
Обозначение НТД
ПП
150 × 20 × 32
14А
50Н
СТ2
5
Б
У
63 м/с
А
2
ГОСТ 2424-75
1
150 × 20 × 32
14А
F36
СТ2
5
Б
У
63 м/с
А
2
ГОСТ 2424-83
Действовал до
01.01.2008
1
150 × 20 × 32
14А
F36
P
5
B
F
63 м/с
2
ГОСТ 2424-83
В новой редакции
действует с
01.01.2008
1
150 × 20 × 32
14А
F36
P
5
B
F
63 м/с
2
ГОСТ Р
52781-2007
действует с
29.10.2008
Пример условного обозначения круга типа 1, имеющего наружный диаметр D = 150 мм, высоту T = 20 мм, диаметр
посадочного отверстия H = 32 мм, из нормального электрокорунда марки 14А, зернистостью F36, твердостью P,
номером структуры 5, на бакелитовой связке B, с упрочняющими элементами F, с продольной рабочей скоростью 63 м/с,
2-го класса неуравновешенности:
Круг 1 150 × 20 × 32 14А F36 P 5 B F 63 м/с 2 кл. ГОСТ Р 52781-2007
45
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Контрольные вопросы и задания
1 На какие виды обработки подразделяется абразивно-алмазная обработка?
2 Какие параметры точности и шероховатости реализуются при шлифовании?
3
Какие особенности характерны для процессов алмазно-абразивной
обработки?
4 Какие параметры входят в характеристику абразивного инструмента?
5 Перечислите естественные и искусственные абразивные материалы,
назовите области их применения.
6 Дайте определение зернистости абразивных порошков.
7 Назовите ориентировочный диапазон зернистости в зависимости от вида
обработки.
8 Перечислите виды связок и области их применения.
9 Дайте определение структуры абразивных кругов.
10 Назовите области применения плотной, средней, открытой и очень
открытой структур.
11 Дайте определение твердости абразивных инструментов.
12 Перечислите факторы, влияющие на выбор твердости абразивного круга.
13 Перечислите формы шлифовальных кругов и области их применения.
46
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2 Круги из алмазов и сверхтвердых материалов на основе
кубического нитрида бора
Впервые успешный синтез алмаза из графитометаллической смеси при
давлении 83000 атмосфер был выполнен 16 февраля 1953 года в лаборатории
компании АСЕА (Швеция) группой ученых под руководством Эрика Лундблата.
Патент не оформлялся.
В 1954 году синтез алмазов был осуществлен в лаборатории компании
«Дженерал Электрик» (США) группой ученых, в состав которой входили Траси
Холл, Герберт Стронг, Френсис Банди и Боб Венторф. 31 декабря 1954 года
признано датой получения первых синтетических алмазов (man-made diamonds).
Патент был зарегистрирован. Промышленное производство синтетических алмазов
было начато в 1957 году в Детройте.
В октябре 1960 года компания «ДЕ БИРС» объявила о создании своего
производства синтетических алмазов в Южной Африке.
В СССР группой ученых Института физики высоких давлений Академии наук,
в состав которой входили Верещагин Л.Ф., Галактионов В.А., Рябинин Ю.Н.,
Семерчан А.Л. и Слесарев Л.Ф., в I960 году был осуществлен синтез алмазов в
оригинальном АВД типа наковальня с углублением (чечевица). На этой основе с
ноября 1960 года В.Н. Бакулем в Киеве была разработана промышленная
технология и в 1961 году в созданном Институте сверхтвёрдых материалов
заработало промышленное производство. Патенты были оформлены.
В феврале 1957 г. доктор Боб Венторф (США) объявил об изобретении
способа синтеза алмазоподобного кубического нитрида бора (КНБ).
В 1964 году впервые в мире по изобретениям отечественных ученых было
начато промышленное производство КНБ на заводе «Ильич» в Санкт-Петербурге,
В Китае в 1963 году был осуществлен синтез алмазов в Ченьджоу и Пекине.
Первый шестипуансонный пресс создан в институте в Ченьджоу в 1965 году. В 1966
году был получен порошок КНБ. Промышленное производство синтетических
алмазов начато в 1966 г., а первый завод запущен в 1969 г.
47
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Интенсификация инструментального производства на основе развития
эффективных
средств
производства
высокопроизводительных
технологий
(инструменты,
механообработки
оборудование)
–
ключевая
и
задача
машиностроительного комплекса и других базовых отраслей промышленности.
Использование абразивных инструментов из СТМ в технологиях шлифования
основных инструментальных материалов – твердых сплавов, инструментальных
сталей, режущей керамики, безвольфрамовых твердых сплавов, материалов на
основе
карбида
бора
и
др.,
позволяет
решать
проблему
рационального
использования данных материалов, представляет важнейший резерв увеличения
производительности обработки, предопределяет экономичность производственных
процессов и гарантирует высокое качество обработки инструментов и деталей
машин.
В этой связи актуальной задачей современной технологической науки
является развитие фундаментальных и прикладных исследований в области
машиностроения,
механики
и
процессов
управления
по
установлению
механических, физико-химических и других закономерностей с целью их
использования в производственных процессах с использованием шлифовальных
кругов. Современная концепция комплексного прогноза проблем машиностроения в
области обработки материалов предопределяет широкое применение методов
вибрационного и волнового воздействия, совмещение механического воздействия с
химическими, электрическими и другими процессами обработки современных
материалов, где немаловажная роль отведена качеству такой детали, как
шлифовальный круг. Потенциал научных исследований по совершенствованию и
развитию процессов алмазной обработки материалов резанием во всем мире
неуклонно возрастает. Это объясняется тем, что создание синтетических алмазов и
кубического нитрида бора относится к числу наиболее выдающихся достижений XX
века. Применение этих суперабразивов в различных отраслях производства
ежегодно возрастает в мире на 5 - 10 %.
О большом внимании индустриально развитых стран к сверхтвердым
материалам, как наиболее прогрессивным инструментальным, а в ряде случаев и
48
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
конструкционным материалам, свидетельствует тот факт, что в настоящее время
ведущие промышленно развитые страны (США, Япония, Германия, Англия, Италия,
Франция) используют до 80 % всех добываемых природных и производимых
синтетических алмазов. При этом одной из основных областей применения СТМ
является
машиностроение,
металло-
и
камнеобработка.
В
этих
отраслях
используется около 70 % общего объема производства СТМ.
Как техническая продукция, сверхтвердые материалы и инструменты на их
основе относятся к наукоемкой продукции, показателем которой является стоимость
1 кг массы этой продукции. Так, стоимость 1 кг сверхтвердых абразивных
материалов составляет порядка 1 - 5 тыс. долларов США, стоимость 1 кг
инструментов из СТМ – 0,1 - 0,5 тыс. долларов США.
Круги из алмазов и сверхтвердых материалов на основе кубического нитрида
бора применяют для круглого наружного и внутреннего шлифования, плоского,
фасонного, бесцентрового шлифования деталей, заточки и доводки лезвийного
инструмента, резки и обработки неметаллических материалов.
Алмазными кругами эффективно обрабатывать твердые сплавы, труднообрабатываемые стали, чугуны, цветные металлы и сплавы, керамику, ферриты,
ситаллы, фарфор, стекло, пластмассы, бетон и другие материалы.
Круги из сверхтвердых материалов на основе кубического нитрида бора
успешно используют при шлифовании высоколегированных конструкционных,
инструментальных, быстрорежущих, нержавеющих и жаропрочных сталей, а также
труднообрабатываемых сплавов.
Алмаз – самый твердый материал на земле, поэтому по сравнению с
обычными абразивами алмазный инструмент обеспечивает:
- повышение точности обработки инструмента и деталей;
- увеличение стойкости инструмента после алмазной заточки в 1,2 - 2,5 раза;
- повышение производительности труда до 50 %;
- улучшение условий труда и культуры производства;
- снижение затрат на обработку в 1,5 - 2 раза.
49
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2.1 Характеристика алмазных и эльборовых кругов
Производительность, качество обработки и эффективность процесса шлифования алмазными кругами находится в непосредственной зависимости от
характеристики круга, которая включает параметры инструмента, определяющие
его строение, состав, свойства, форму, размеры и точность исполнения.
Микротвердость современных инструментальных материалов приведена на
рисунке 2.1.
Рисунок 2.1 - Микротвердость современных инструментальных материалов
2.1.1 Марки шлифпорошков
2.1.1.1 Марки порошков из синтетических алмазов
Алмазные порошки представляют совокупность алмазных зерен различной
величины
и
формы
в
виде
монокристаллов,
их
осколков,
сростков
и
поликристаллов. В зависимости от размера зерен, метода их получения и контроля
алмазные порошки делятся на две группы: шлифпорошки и микропорошки.
Шлифпорошки из синтетических алмазов выпускают марок АС2, АС4, АС8,
АС15, АС20, АС32 и АС50 (с увеличением индекса прочность алмазных зерен
повышается).
50
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Алмазы с покрытиями. Применение алмазов с различными покрытиями
повышает их работоспособность. По материалу покрытия различают алмазы с
металлическими, неметаллическими и композиционными покрытиями. Покрытия
повышают прочность и износостойкость, предохраняют от раскалывания и
выкрашивания зерен, обеспечивают лучшее удержание их связкой, способствуют
снижению температуры в зоне резания и улучшают физико-механические свойства
связки. Алмазы с металлическим покрытием условно обозначаются буквой М,
которая добавляется к маркам алмазных порошков.
Таблица 2.1 – Характеристика и область применения шлифпорошков из
синтетических алмазов
Марка порошка
или кристалла
АС2 (АСО) –
обычной
прочности
(снят с производства)
Характеристика зерен
Область применения
Шероховатая, наиболее раз- Инструмент на органических
витая режущая поверхность, связках для чистовых и
повышенная хрупкость; хоро- доводочных операций при
шо удерживается в связке
обработке твердого сплава и
сталей
АС4 (АСР) –
повышенной
прочности
Меньшая хрупкость и боль- Инструмент на органических
шая прочность, чем у АС2; керамических и металлических
имеют развитую поверхность и связках
для
шлифования
хорошо удерживаются в связке твердых сплавов, керамики и
других хрупких материалов
АС8 (АСВ) –
высокой
прочности
Меньшая хрупкость и большая прочность, чем у АС2,
АС4; имеют по сравнению с
последними более гладкую
поверхность
Инструмент на металлических
связках для работы при повышенных удельных нагрузках,
обработки стекла, керамики и
других неметаллических материалов
АС15, АС20
(АСК) –
кристаллы
Меньшая
хрупкость
и
большая прочность, чем у АС2,
АС4, АС6, гладкая поверхность. Зерна размером до 0,6
мм имеют прочность равную
прочности природных алмазов
Инструмент на металлических
связках для работы в тяжелых
условиях;
при
резке
и
обработке стекла, шлифовании
и полировании камня; при
хонинговании закаленных чугунов и труднообрабатываемых
материалов
51
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Продолжение таблицы 2.1
Марка порошка
или кристалла
Характеристика зерен
Область применения
АС32 (АСС) –
монокристаллы
сортированные
Наибольшая прочность по Инструмент на металлических
сравнению с алмазами других связках для работы в тяжелых
марок. Алмазы этой марки условиях: резке камня, черноразмером до 0,6 мм имеют вом хонинговании
прочность большую, чем у
природных алмазов
АС50
Целые кристаллы и их Инструмент на металлических
обломки, обладающие высокой связках, применяемый для
прочностью.
шлифования камня, резания
мягких горных пород, обработки стекла, рубина, лейкосапфира,
корунда,
чернового
хонингования
2.1.1.2 Марки шлифпорошков из эльбора
Эльбор (кубический нитрид бора) имеет алмазоподобную кристаллическую
решетку и по твердости уступает алмазу, значительно превосходя остальные
абразивные материалы. Высокая твердость значительно уменьшает износ зерен
эльбора при шлифовании и длительное время сохраняет их режущую способность.
Еще одно преимущество заключается в том, что эльбор имеет высокую
температурную устойчивость. Окисление поверхности зерен эльбора начинается
при температуре от 1000 ºС до 1200 ºС. Такие температуры при шлифовании являются мгновенными и возникают только при очень жестких режимах шлифования.
Важным свойством эльбора является его высокая химическая стойкость,
которая выражается в том, что эльбор не реагирует с кислотами и щелочами, а также
инертен практически ко всем химическим элементам, входящим в состав сталей и
сплавов. Очень важно, что эльбор химически инертен к железу, тогда как алмаз
активно взаимодействует с железом, что является причиной интенсивного износа
алмазных кругов при обработке сталей.
Круги из эльбора применяют при круглом наружном, бесцентровом, плоском
и внутреннем шлифовании.
52
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Эльборовый инструмент применяют при обработке следующих материалов:
- термообработанных (более 50 HRC) сталей (закаленных, азотированных,
цементированных, сложнолегированных);
- инструментальных сталей (в т.ч. быстрорежущих);
- подшипниковых сталей;
- термообработанных сталей пониженной твердости (40 - 50 HRC);
- закаленных (отбеленных) чугунов;
- износостойких покрытий (плазменных, из твердого хрома и др.);
- жаропрочных сплавов;
- титановых сплавов.
В таблице 2.2 представлены марки шлифпорошков из эльбора.
Таблица 2.2 – Марки шлифпорошков из эльбора
Марка
Связка
Шлифование
труднообрабатываемых
сталей:
закаленных,
азотированных,
цементированных,
быстрорежущих
ЛКВ40
ЛКВ50
Область применения
керамическая
Высокопроизводительное (в т. ч. высокоскоростное и
глубинное) шлифование термообработанных сталей,
отбеленного чугуна, износостойких покрытий
ЛКВ60
Высокопроизводительное шлифование при наиболее
интенсивных режимах
ЛКВ40М
Заточка режущего инструмента из быстрорежущих
сталей
органическая
ЛКВ50М
ЛМ
Высокопроизводительная, в т. ч. глубинная заточка
режущего инструмента. Вышлифовка стружечных
канавок
керамическая Финишное
шлифование.
органическая притирка, полирование
Суперфиниширование,
53
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2.1.2 Зернистость алмазных порошков и порошков из кубического нитрида
бора
Порошки алмазные и из кубического нитрида бора (эльбора) в зависимости от
размера зерен, метода их получения и контроля делят на две группы: шлифпорошки,
размеры зерен которых находятся в пределах от 1830 до 38 мкм (ГОСТ Р 53922 2010), получаемые путем рассева на ситах, и микропорошки, получаемые путем
классификации с использованием жидкости и контролем зернового состава
микроскопическим методом.
Зернистость (мкм, меш) алмазов и других сверхтвердых материалов – это
размер зерен, определяемый размером стороны ячейки двух смежных контрольных
сит («верхнее» и «нижнее»), через одно из которых зерна должны проходить, а на
другом задерживаться, или определяемое числом отверстий на 1".
Ориентировочное соответствие зернистостей шлифпорошков по ГОСТ Р
53922 - 2010 и по ГОСТ 9206 - 80 приведено в таблице 2.3.
Таблица 2.3 – Ориентировочное соответствие обозначений зернистостей
шлифпорошков по ГОСТ Р 53922 – 2010 и зернистостей по ГОСТ 9206 -80
Обозначение зернистости
по ГОСТ Р 53922 - 2010
Зернистость
по ГОСТ 9206 - 80
Обозначение зернистости
по ГОСТ Р 53922 - 2010
Зернистость
по ГОСТ 9206 - 80
1182
1181
1001
852
851
711
602
601
502
501
427
426
356
1600/1000
1600/1250
1250/1000
1000/630
1000/800
800/630
630/400
630/500
500/400
400/250
400/315
-
301
252
251
213
181
151
126
107
91
76
64
54
46
315/250
250/160
250/200
200/160
160/125
125/100
100/80
80/63
63/50
50/40
-
Порошки алмазные и из кубического нитрида бора выпускаются узкого и
широкого диапазона зернистостей.
Узкий диапазон зернистостей, это диапазон, определяемый размерами двух
смежных контрольных сит.
54
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Широкий диапазон зернистостей, это диапазон зернистостей, определяемый
размерами двух контрольных сит, разделяемых в ряду интервалами.
Шлифпорошки узкого диапазона изготавливают зернистостями (в скобках
указаны зернистости в мешах):
1180/1000 (16/18), 1000/850 (18/20), 850/710 (20/25), 710/600 (25/30), 600/500
(30/35), 500/425 (35/45, 35/40), 425/355 (40/45), 355/300 (45/50), 300/250 (50/60),
250/212 (60/70), 212/180 (70/80), 180/150 (80/100), 150/125 (100/120), 125/106
(120/140), 106/90 (140/170), 90/75 (170/200), 75/63 (200/230), 63/53 (230/270), 53/45
(270/325), 45/38 (325/400).
Шлифпорошки широкого диапазона изготавливают зернистостями:
1180/850 (16/20), 850/600 (20/30), 600/425 (30/40), 425/300 (40/50), 250/180
(60/80).
Обозначение алмазных шлифпорошков должно состоять из буквы D и
обозначения зернистости.
Пример условного обозначения алмазного шлифпорошка с обозначением
зернистости 151:
Шлифпорошок D151 ГОСТ Р 53922-2010
Обозначение шлифпорошков из кубического нитрида бора должно состоять из
буквы B и обозначения зернистости.
Пример условного обозначения шлифпорошка из кубического нитрида бора с
обозначением зернистости 252:
Шлифпорошок B252 ГОСТ Р 53922-2010
Допускается обозначения зернистости шлифпорошка указывать в мешах.
Зерновой состав шлифпорошков должен соответствовать указанному в
таблицах 2.4 и 2.5.
55
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
1181
16/18 1180/1000 1830 (1700) 1280 (1180)
1001
18/20 1000/850
851
20/25
711
Размер ячейки
предельного сита через
которое должно
проходить 0,5 % (2 %)
шлифпорошка, мкм, не
более
Остаток
щлифпорошка,
%, не менее
К-во проходящего
шлифпорошка,
%, не более
Нижнее контрольное
сито
Размер ячейки,
мкм
Остаток
щлифпорошка,
%, не более
Верхнее
контрольное
сито
Размер ячейки,
мкм
Размер ячейки
предельного сита через
которое должно
проходить 0,5 % (2 %)
шлифпорошка,
мкм, не менее
Размер ячейки сита
по ГОСТ
Р 51568 - 99, мкм
Зернистость, меш
Обозначение
зернистости
Таблица 2.4 - Зерновой состав шлифовальных порошков узкого диапазона
зернистостей
1010 (1000)
710 (710)
1520 (1400) 1080 (1000)
850 (850)
600 (600)
850/710
1280 (1180)
915 (850)
710 (710)
505 (500)
25/30
710/600
1080 (1000)
770 (710)
600 (600)
425 (425)
601
30/35
600/500
915 (850)
645 (600)
505 (500)
360 (355)
502
35/45
500/425
770 (710)
541 (500)
360 (355)
5 (8)
255 (250)
93 (90) 5 (8)
501
35/40
500/425
770 (710)
541 (500)
425 (425)
302 (300)
426
40/45
425/355
645 (600)
455 (425)
360 (355)
255 (250)
356
45/50
355/300
541 (500)
384 (355)
302 (300)
213 (212)
301
50/60
300/250
455 (425)
322 (300)
255 (250)
181 (180)
251
60/70
250/212
384 (355)
271 (250)
213 (212)
151 (150)
213
70/80
212/180
322 (300)
227 (212)
181 (180)
127 (125)
181
80/100 180/150
271 (250)
197 (180)
151 (150)
107 (106)
151 100/120 150/125
227 (212)
165 (150)
126 120/140 125/106
197 (180)
139 (125)
107 (106)
75 (75)
107 140/170
106/90
165 (150)
116 (106)
90 (90)
65 (63)
91
90/75
139 (125)
97 (90)
170/200
7 (10) 127 (125) 90 (87) 7 (10)
75 (75)
8 (12)
90 (90)
57 (53)
88 (85) 8 (11)
76
200/230
75/63
116 (106)
85 (75)
65 (63)
49 (45)
64
230/270
63/53
97 (90)
75 (63)
57 (53)
41 (38)
54
270/325
53/45
85 (75)
65 (53)
46
325/400
45/38
75 (63)
57 (45)
12 (14)
49 (45)
41 (38)
83 (80) 12 (15)
37 (не регламентируется)
32 (не регламентируется)
П р и м е ч а н и е – Размеры в скобках указаны для сит из металлической проволочной сетки.
56
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Размер ячейки
предельного сита через
которое должно
проходить 0,5 % (2 %)
шлифпорошка, мкм, не
более
Размер ячейки
предельного сита через
которое должно
проходить 0,5 % (2 %)
шлифпорошка,
мкм, не менее
Нижнее контрольное
сито
1180/850 1830 (1700) 1280 (1180)
850 (850)
600 (600)
852
20/30
850/600
1280 (1180)
915 (850)
600 (600)
425 (425)
602
30/40
600/425
915 (850)
645 (600)
425 (425) 93 (90) 5 (8)
302 (300)
427
40/50
425/300
600 (600)
455 (425)
302 (300)
213 (212)
252
60/80
250/180
384 (355)
271 (250)
181 (180)
127 (125)
5 (8)
Размер ячейки,
мкм
Остаток
щлифпорошка,
%, не менее
К-во проходящего
шлифпорошка,
%, не более
16/20
Размер ячейки,
мкм
1182
Остаток
щлифпорошка,
%, не более
Зернистость, меш
Верхнее
контрольное
сито
Обозначение
зернистости
Размер ячейки сита
по ГОСТ
Р 51568 - 99, мкм
Таблица 2.5 - Зерновой состав шлифовальных порошков широкого диапазона
зернистостей
П р и м е ч а н и е – Размеры в скобках указаны для сит из металлической проволочной сетки.
В таблице 2.6 приведены области применения алмазных порошков различной
зернистости.
Таблица 2.6 - Области применения алмазных порошков различной зернистости
Обозначение
по ГОСТ Р 53922 - 2010
Обозначение
по ГОСТ 9206 - 80
Черновое шлифование
251
213
181
250/200
200/160
160/125
Чистовое шлифование
151
126
107
160/125
125/100
100/80
Тонкое шлифование
91
76
64
54
46
80/63
63/50
50/40
-
Вид обработки
57
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2.1.3 Концентрация алмазов в кругах
Эффективность работы алмазных кругов зависит от концентрации в них
алмазов, т.е. содержания алмазного порошка (в каратах) в одном кубическом
сантиметре алмазного слоя.
Концентрация
алмазного
алмазов
инструмента,
является
одной
определяющих
из
важнейших
характеристик
его
режущую
способность,
производительность, срок службы и стоимость. Выбор концентрации зависит от
типа инструмента, формы и размеров рабочей поверхности, зернистости алмазного
порошка, износостойкости связки, условий обработки. При подборе оптимальных
концентраций алмазов в алмазоносном слое действует следующее правило:
- при небольшой контактной поверхности между кругом и деталью, например
при круглом наружном шлифовании, необходимо выбирать высокую концентрацию
алмазов, благодаря чему обеспечивается высокая износостойкость инструмента;
- большая контактная поверхность требует принятия мер по снижению
температуры шлифования и уменьшению усилий шлифования. В этом случае
следует использовать низкую концентрацию алмазов.
За 100-процентную концентрацию принимают содержание алмазов 4,4 карата
в 1 см3 алмазоносного слоя (0,878 мг/мм3). Это означает, что при 100-процентной
концентрация 25 % объема занимает алмазный порошок, а остальное - связка,
наполнитель и поры.
Шлифовальные круги выпускают с концентрацией 25 %, 50 %, 75 %, 100 % и
150 %. По специальным заказам круги можно изготавливать со 175-процентной и
200-процентной концентрациями.
Круги с малой концентрацией алмаза (эльбора) применяются при небольшом
объеме снимаемого металла. При заточке и доводке инструмента, а также для
большинства шлифовальных операций применяют круги с концентрацией алмаза
(эльбора) от 75 до 100 %. Круги с высокой концентрацией (от 150 % до 200 %)
используют при фасонном шлифовании.
В таблице 2.7 показано объемное и весовое содержание алмазов в
алмазоносном слое в зависимости от концентрации алмазов.
58
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 2.7 – Объемное и весовое содержание алмазов в алмазоносном слое в
зависимости от концентрации алмазов
Относительная концентрация алмазов, %
Вес алмазов в каратах на 1 см3
алмазоносного слоя (карат/ см3)
Объем занимаемый алмазным порошком
в алмазоносном слое (%)
25
50
75
100
150
1,1
2,2
3,3
4,4
6,6
6,25
12,5
18,75
25
37,5
На рисунке 2.2 приведены схемы алмазоносного слоя с низкой и высокой
концентрацией алмазов.
Рисунок 2.2 - Схемы алмазоносного слоя с низкой и высокой концентрацией
алмазов
2.1.4 Связки алмазных кругов
Связка алмазных кругов во многом определяет их эксплуатационные свойства.
Она не только удерживает режущие зерна в рабочем слое инструмента, но и влияет
на производительность обработки и качество шлифованных поверхностей, оказывая
полирующее действие, способствует снижению коэффициента трения и адгезии с
обрабатываемыми поверхностями, обеспечивает работу инструмента в режиме
самозатачивания, обуславливает прочность, жесткость и износостойкость рабочего
слоя круга, участвует в образовании и отводе тепла из зоны обработки.
Существенное влияние оказывает наполнитель, который в одних случаях
приводит к повышению прочности, твердости и износостойкости связки, в других –
к интенсификации процесса резания, в-третьих - к улучшению теплоотвода в круг.
59
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Общий объем алмазного шлифпорошка и наполнителя составляет 50 % объема
рабочего слоя круга.
Алмазные
круги
изготавливают
на
органических,
металлических
и
керамических связках.
Органическая связка обеспечивает хорошее самозатачивание круга при его
работе, она достаточно прочная и вязкая, но имеет сравнительно небольшую
жесткость, поэтому круги на органической связке изготавливают чаще всего с
наполнителем, в качестве которого используют абразивные шлифпорошки (карбид
бора, карбид кремния, электрокорунд).
Металлические
связки
отличаются
высокой
прочностью
и
износо-
устойчивостью. Они изготавливаются из различных композиций на основе меди,
олова, железа, алюминия, цинка, никеля, кобальта и других металлов.
В некоторые металлические связки добавляют в качестве наполнителя
электрокорунд, карбид бора, карбид кремния.
Наполнителями могут быть также высокотемпературные твердые смазки,
обеспечивающие возможность работы алмазных кругов без охлаждения.
Одной из разновидностей металлических связок является гальваническая
связка. Алмазные инструменты на гальванической связке характеризуются одноили многослойным алмазоникелевым покрытием на опорном металлическом
корпусе. Отдельные кристаллы алмазов связаны никелевым слоем, толщина
которого соответствует 2/3 размера зерна.
Круги на гальванических связках применяют для резки и шлифования
керамики, германия и других полупроводниковых материалов, ситала, различных
видов технического стекла, фактурной обработки камня.
Керамические связки удерживают режущие зерна более прочно, чем
органические, но менее прочно, чем металлические. Керамические связки
отличаются хрупкостью и поэтому круги на этих связках хорошо самозатачиваются.
Круги на керамических связках изготавливают с наполнителем или без наполнителя.
На рисунке 2.3 представлены структуры алмазоносного слоя кругов на
различных связках.
60
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
а)
б)
в)
Рисунок 2.3 – Структура алмазоносного слоя кругов на органической (а),
металлической (б) и гальванической (в) связках
В таблице 2.8 представлена номенклатура связок, нашедших наибольшее
применение в практике изготовления алмазных кругов.
Таблица 2.8 – Связки для алмазных кругов
Новое
Старое
обозначение обозначение
связки
связки
B2-01
Б1
В1-02
Б156
В1-01
БП2
В1-09
БСТ
В1-11П
В1-11П
В1-13
В2-02
В1-13
01
Назначение
Органические связки
Чистовое плоское, круглое, внутреннее, бесцентровое, профильное,
прерывистое шлифование деталей;
заточка и
доводка
однолезвийного и многолезвийного режущего инструмента, ножей,
хирургического инструмента
Плоское, круглое, бесцентровое, внутреннее, прерывистое,
профильное шлифование деталей; чистовое шлифование резьб;
заточка и доводка режущего инструмента, ножей, медицинского
инструмента
Чистовое шлифование и доводка твердосплавного инструмента,
совместно с касанием стальной державки на повышенных режимах
с охлаждением и без него
Заточка инструмента из безвольфрамовых твердых сплавов, а
также других твердых материалов
Заточка и доводка деревообрабатывающего твердосплавного
инструмента на повышенных режимах с охлаждением и без него
Шлифование, заточка и доводка твердосплавного инструмента
Обработка твердого сплава, твердого сплава совместно со сталью
61
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Продолжение таблицы 2.8
Новое
Старое
обозначение обозначение
связки
связки
Назначение
Металлические связки
М2-01
М1
Плоское, круглое, внутреннее шлифование деталей; плоское
глубинное шлифование деталей и инструмента; резка деталей;
шлифование резьб с мелким шагом
М1-01
МБ1
Шлифование
титановых
сплавов,
твердосплавного инструмента
М3-04
МН-1
Обработка технического стекла
М2-30
М2-30
Обработка оптического и технического стекла
М5-08
М13
М3-05
М3-05
М5-01
М73
Хонингование закаленных легированных сталей
М5-04
МС-1
Хонингование сталей и чугунов
М5-05
МС-3М
М5-06
МК-3
заточка
и
доводка
Хонингование отверстий в стальных деталях в закаленном и
незакаленном состоянии, серых и легированных чугунов
Обработка технического стекла
Хонингование легированных сталей
Хонингование серых и легированных чугунов
В таблице 2.9 представлена номенклатура связок для кругов из эльбора.
Таблица 2.9 – Связки для кругов из эльбора
Марка
связки
Тип связки
КС10
Керамическая
Применение
В кругах для круглого наружного, бесцентрового, плоского
шлифования
К27
В кругах для внутреннего и профильного шлифования
В48
Универсальная связка для шлифования с СОЖ и всухую при
средних режимах, для станков с ЧПУ
В481
Для «сухого» шлифования, в кругах чашечной формы шириной
рабочего слоя не более 5 мм
В482
Органическая
Для шлифования с СОЖ в узкокромочных (5 мм и менее) кругах,
для станков с ЧПУ, для отрезных кругов
В483
Для «сухого» шлифования в узкокромочных (5 мм и менее) кругах
КБ
Для шлифования с СОЖ при легких режимах, на станках с ручным
управлением
КС70
Для высокоскоростного и глубинного шлифования
62
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2.1.5 Типы и размеры алмазных и эльборовых кругов
Конструкция алмазных кругов представляет собой корпус с прочно
закрепленным рабочим слоем. Корпус может быть выполнен из стали марок Ст3,
Ст20, Ст25 и Ст30, алюминиевого сплава марки АК6 или Д16 или пластмасс.
Конструкция алмазного шлифовального круга приведена на рисунке 2.4.
Рисунок 2.4 – Конструкция алмазного шлифовального круга
В корпусе имеются базовые отверстия, диаметр которых соответствует
диаметру посадочных шеек оправок заточных станков.
Алмазные и эльборовые шлифовальные круги классифицируют по ГОСТ
24747-90. В зависимости от формы сечения и расположения алмазо- и
эльборосодержащего слоя, а также от модификации корпуса устанавливают
обозначения форм кругов. Первые две или одна цифра (с 1-й по 15-ю) в обозначении
характеризуют форму сечения корпуса (таблица 2.10); следующие две или одна
буквы (А, АН, В, С, СН, D, DD. Е, ЕЕ, F, FF, G, GG, Н, J, L, LL, M, P, Q, QQ, R, S, V,
Y, U) - форму сечения абразивосодержащего слоя (таблица 2.11); последующие два
или один цифровой и буквенный индексы (1, 1P, 1R, 1V, 1X, 2, 3, 4, 4V, 4Х, 5, 5V,
5Х. 6, 6V, 6Х, 7, 8, 9, 10) обозначают расположение абразивосодержащего слоя на
корпусе (таблица 2.12), а следующие за ними (В, С, Н, Т, М) - модификацию
корпуса (при маркировке индексы модификации корпуса можно опускать).
63
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Обозначение
Таблица 2.10 – Обозначение форм сечений корпусов
Форма сечения корпуса
Название
1
плоский круг без выточек, D/H ≥ 1,8
2
кольцо, D/H < 1,8
3
плоский круг с односторонним рельефом
4
плоский круг, конусообразный с одной стороны
6
плоский круг, с выточкой с одной стороны
9
плоский круг, с выточкой с обеих сторон
11
чашечный круг 45º < α < 90º
12
чашечный круг α ≤ 45º
14
плоский круг с двухсторонним рельефом
Таблица 2.11 – Обозначение форм сечений алмазоносного или эльборосодержащего
слоя
64
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Форма расположения
Место
расположения
На периферии
корпуса и
покрывает всю
его высоту
1
На торцевой
поверхности
корпуса круга
2
На двух
торцевых
поверхностях
корпуса круга
На торцевой
поверхности
корпуса и имеет
скос, нижняя
точка которого
находится у
центра круга
На торцевой
поверхности
корпуса и имеет
дугу, верхняя
точка которой
находится у
центра круга
3
4
5
Обозначение
Обозначение
Таблица 2.12 – Расположение алмазоносного или эльборосодержащего слоя на
корпусе круга
Форма расположения
6
7
8
Место
расположения
На периферии
корпуса и не
доходит до его
торцевых
поверхностей
На торцевой
поверхности
корпуса, может
доходить до
центра круга, но
не доходит до
периферии
Рабочий слой в
форме полого
цилиндра без
корпуса
9
На периферии,
в углу корпуса
10
На внутренней
поверхности
корпуса
В связи с введением с 01.01.2012 г. ГОСТ Р 53923-2010 «Круги алмазные и из
кубического нитрида бора (эльбора) шлифовальные. Технические условия»
предусмотрена следующая классификация алмазных кругов:
1А1, 14А1, 1А8, 14U1, 6A2, 9A3, 6A2T, 1A2T – плоские;
14ЕЕ1, 1ЕЕ1, 1Е1, 1Е6Q, 1V1, 1R1 – угловые;
1FF1, 1F1 – радиусные;
2A2 – кольцевые;
65
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
6А9 – чашечные цилиндрические;
12А2-45º, 12V5-45º, 12B2, 11V9, 11A2 – чашечные конические;
12А2-20º, 12V5-20º, 12D9, 12R4, 4V9, 12R9 – тарельчатые.
Формы и размеры указанных кругов приведены в таблице 2.13.
Обозначение
формы круга
Форма сечения
Предельные
размеры, мм
1
2
3
4
П л о с к и е
Тип
круга
Таблица 2.13 – Обозначение основных форм и размеров кругов алмазных и из
кубического нитрида бора (эльбора) шлифовальных
1А1
D = 6 - 750
T = 2 - 100
H = 6 - 304,8
X = 2 - 20
14А1
D = 80 - 250
T = 6 - 13
H = 20 - 76,2
J = 40 - 200
U = 3,2 - 8
X = 3,2 - 8
1A8
D = 3 - 20
T = 0,8 - 25
H = 1,2 - 6
14U1
6A2
D = 125 - 250
T = 10 - 20
H = 32 - 76,2
J = 65 - 160
U = 6 - 20
W = 4 - 13
X = X1 = 2; 3,2
D = 50 - 300
T = 22 - 38
H = 16 - 76,2
Е = 10 - 16
W = 3,2 - 40
X = 2; 4; 6
66
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Продолжение таблицы 2.13
1
2
П л о с к и е
9А3
6А2Т
1A2Т
Угловые
14EE1
1EE1
1E1
1E6Q
3
4
D = 100 - 250
T = 10 - 32
H = 20 - 76,2
E = 5 - 25
W = 3,2 - 20
X = 1,6 - 4
D = 100 - 400
T = 18; 20
H = 40; 80
Т1 = 12; 14
D1 = 70 - 260
D = 100 - 400
T = 18; 20
H = 40; 80
W = 30 - 160
Т1 = 12; 14
D1 = 70 - 260
D = 50 - 400
T = 6 - 16
H = 16 - 203,2
J = 25 - 350
U = 3,2 - 10
X = 3,2 - 10
α = 20° - 130°
D = 40 - 200
T = 6 - 32
H = 6 - 42
J = 60; 70
X = 3,2; 4; 6
α = 45° - 140°
D = 50 - 150
T = 8; 10
H = 16 - 50,8
X = 10; 15
α = 40°, 60°
D = 80 - 500
T = 6 - 13
H = 20 - 304.8
U = 3,2 - 6
α = 40°, 60°
67
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Продолжение таблицы 2.13
1
2
Кольцевые
4
D = 63 - 500
T = 8 - 20
H = 13 - 304,8
U=2-5
X = 10 - 25
α = 40°, 60°
1V1
D = 100 - 250
T = 8 - 32
H = 32; 76,2
X = 6 - 16
α = 15°, 20°
1R1
D = 100; 250
T = 35; 10
H = 32; 76,2
U = 6; 2
α=73°, 15°, 20°
1FF1
D = 50 - 350
T = 2 - 50
H = 16 - 60
J = 40 - 90
R = 1 - 60
R1 = 1 - 60
X = 2 - 10
1F1
D = 132 - 125
T = 6 - 20
H = 10 - 32
X = 3 - 12
R = 3 - 12
2A2
D = J = 6 - 250
T = 8 - 20
X = 3,2; 6
W = 2,5 - 8
Радиусные
Угловые
1D1
3
68
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
1
2
Чашечные
цилиндрические
Продолжение таблицы 2.13
6A9
12A2-45°
Чашечные конические
12V5-45°
12B2
11V9
11A2
3
4
D = 80 - 250
T = 25 - 40
H = 20 - 76,2
E = 10; 13
K = 40 - 190
X = 2; 3,2
U = 6; 10
D = 50 - 250
T = 20 - 50
H = 16 - 76,2
E = 6; 10; 12
J = 26 - 216
K = 25 - 160
W=2 - 20 X = 2 - 6
D = 50 - 150
T = 20 - 40
H = 16 - 50,8
E = 6; 10
J = 26 - 116
K = 25 - 80
α = 15°, 25° W = 6; 10
X = 3,2; 6
D = 125; 150
T = 28; 30
H = 32
K = 77; 88
J = 69; 90
W = 10; 15
D = 80 - 150
T = 32 - 50
H = 20 - 50,8
E = 10; 12
J = 50 - 114
K = 40 - 90
U = 6; 10 X = 2; 3,2
D = 80 - 150
T = 32; 50
H = 20; 32
E = 10; 12
J = 50 - 118
K = 40 - 100
W = 6; 10
69
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Продолжение таблицы 2.13
1
2
3
12A2-20°
E = 4 - 13
12V5-20°
Тарельчатые
α = 15°, 25°
E = 4 - 10
12D9
α = 15°, 25°
E = 10 - 16
12R4
E = 4; 6; 8
4V9
α = 15°, 20°
12R9
4
D = 50 - 250
T = 8 - 25
H = 10 - 50,8
J = 26 - 216
K = 25 - 160
W = 3,2 - 10
X = 1,6; 2; 3,2
D = 50 - 150
T = 6 - 16
H = 16 - 50,8
J = 26 - 116
K = 25 - 80
W = 1,6 - 10
X = 1,6 - 3,2
D = 125 - 300
T = 11 - 25
H = 32 - 76,2
J = 80 - 180
K = 50 - 120
W = 4 - 40
X = 2; 3,2
D = 50 - 200
T = 8 - 20
H = 10 - 32
J = 26 - 116
K = 25 - 80
W=2-6
X = 1,6; 2; 3,2
D = 200; 250
T = 16 - 20
H = 32 - 76,2
W = 3,2 - 16
D = 100 - 150
T = 10 - 16
H = 20 - 32
J = 70 - 90
K = 55 - 72
W = 10; 15
W1 = 2; 6
X = 2; 4
70
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2.2
Маркировка и условные обозначения шлифовальных кругов из
алмазов и из кубического нитрида бора (эльбора)
Круги маркируют в соответствии с требованиями ГОСТ Р 53923-2010.
Пример условного обозначения круга из кубического нитрида бора типа 1А1, с
наружным диаметром D = 300 мм, высотой Т= 40 мм, диаметром посадочного
отверстия Н = 127 мм, толщиной слоя из кубического нитрида бора X = 4 мм, из
порошка кубического
нитрида бора марки
ЛКВ50, зернистостью В76, с
относительной концентрацией кубического нитрида бора 100, твердостью слоя из
кубического нитрида бора Р, на керамической связке V, с предельной рабочей
скоростью 63 м/с:
Круг шлифовальный 1А1 300×40×127×4 ЛКВ50 В76 100 P V 63 м/с
ГОСТ Р 53923—2010
Пример условного обозначения алмазного круга типа 6А2Т, с наружным
диаметром D = 200 мм, высотой Т = 18 мм, с резьбой крепежных элементов М8, из
порошка синтетических алмазов марки АС6, зернистостью D54, с относительной
концентрацией алмазов 100, на металлической связке М, с предельной рабочей
скоростью 40 м/с:
Круг
шлифовальный
6А2Т
200×18×М8
АС6
D54
100
М 40 м/с
ГОСТ Р 53923—2010
Пример условного обозначения алмазного круга типа 14ЕЕ1 с наружным
диаметром D = 200 мм, высотой Т = 10 мм, диаметром посадочного отверстия
Н = 50,8 мм, толщиной алмазоносного слоя X = 6 мм, с углом рабочей части α = 45º,
из порошка синтетических алмазов марки АС6, зернистостью D64, с относительной
концентрацией алмазов 50, на металлической связке М, с предельной рабочей
скоростью 40 м/с:
71
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Круг шлифовальный 14ЕЕ1 200×10×50,8×6×45° АС6 D64 50 М 40 м/с
ГОСТ Р 53923—2010
Пример условного обозначения алмазного круга типа 1FF1 с наружным
диаметром D = 150 мм, высотой Т = 20 мм, диаметром посадочного отверстия
Н = 32 мм, толщиной алмазоносного слоя Х=6 мм, с радиусом рабочей части R=10
мм, из порошка синтетических алмазов марки АС6, зернистостью D64, с
относительной концентрацией алмазов 50, на металлической связке М, с предельной
рабочей скоростью 40 м/с:
Круг шлифовальный 1FF1 150×20×32×6×10 АС6 D64 50 М 40 м/с
ГОСТ Р 53923—2010
Пример условного обозначения алмазного круга типа 2А2, с наружным
диаметром D = 125 мм, шириной алмазоносного слоя W = 6 мм, из порошка
синтетических
алмазов
марки
АС6,
зернистостью
D54,
с
относительной
концентрацией алмазов 100, на металлической связке М, с предельной рабочей
скоростью 40 м/с:
Круг шлифовальный 2А2 125×6 АС6 D54 100 М 40 м/с ГОСТ Р 53923—2010
Пример условного обозначения алмазного круга типа 12А2-45º с наружным
диаметром D = 150 мм, высотой Т = 40 мм, диаметром посадочного отверстия
Н = 32 мм, шириной алмазоносного слоя W = 15 мм, толщиной алмазоносного слоя
X = 3,2 мм, из порошка синтетических алмазов марки АС6, зернистостью D64, с
относительной концентрацией алмазов 100, на металлической связке М, с
предельной рабочей скоростью 40 м/с:
Круг шлифовальный 12A2-45° 150×40×32×15×3,2 АС6 D64 100 М 40 м/с
ГОСТ Р 53923—2010
72
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Контрольные вопросы и задания
1 Перечислите марки порошков из синтетических алмазов.
2 У какой из приведенных марок (АС4, АС32) выше прочность?
3 Дайте определение зернистости алмазных порошков.
4 Назовите области применения различных марок синтетических алмазов.
5 Дайте понятие концентрации алмазов и назовите области применения кругов
различной концентрации.
6 Перечислите виды связок, применяемых при изготовлении алмазных кругов,
и назовите области их применения.
7 Какие размеры характеризуют конструкцию алмазного круга?
8 Как классифицируются алмазные круги в зависимости от формы сечения и
расположения алмазоносного слоя и модификации корпуса?
9 Какие параметры включаются в условное обозначение алмазного круга?
73
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3 Технологические разновидности процесса шлифования
По характеру обрабатываемых поверхностей схемы шлифования можно
разделить на три основных вида:
а) обработка наружных и внутренних поверхностей вращения (круглое
шлифование);
б) обработка плоских поверхностей (плоское шлифование);
в) обработка сложных поверхностей.
Главным движением при всех видах шлифования является вращение
шлифовального круга. Скорость главного движения (скорость резания) Vк в м/с,
определяется по формуле
Vк 
  Dк  nк
,
60 1000
(3.1)
где Dк – диаметр круга, мм;
-1
nк – частота вращения круга, мин .
Движением подачи при всех видах шлифования является взаимное
относительное перемещение шлифовального круга и детали.
3.1 Обработка поверхностей вращения (круглое шлифование)
К процессам круглого шлифования относится обработка цилиндрических,
конических и фасонных, гладких и ступенчатых, сквозных и глухих, наружных и
внутренних поверхностей вращения. При круглом шлифовании обрабатываемая
деталь вращается вокруг своей оси. Скорость вращения детали (круговую подачу)
Vд, м/мин, определяют по формуле
Vд 
  Dд  nд
1000
,
(3.2)
74
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
где Dд – максимальный диаметр обработки (диаметр заготовки при наружном шлифовании, диаметр обработанной поверхности при внутреннем шлифовании, мм);
-1
nд – частота вращения детали, мин .
Кроме того, при круглом шлифовании имеют место относительное взаимное
перемещение шлифовального круга и детали вдоль ее оси (продольная подача) и
нормально к оси детали (поперечная подача). Возможна также подача под углом к
детали.
Продольная подача Sпр может быть измерена в долях ширины шлифовального
круга за оборот детали, в миллиметрах на оборот детали, в миллиметрах в минуту.
Продольная подача Sпр , мм/об, в долях ширины шлифовального круга за
оборот детали определяется по формуле:
S пр  K  T ,
(3.3)
где K – коэффициент, зависящий от вида обработки (К = 0,35 - 0,85 – для черновой
обработки; К = 0,2 - 0,3 – для чистовой обработки);
T – ширина шлифовального круга, мм.
Относительное перемещение круга и детали в направлении, перпендикулярном к шлифуемой поверхности, называется поперечной подачей.
Поперечная подача Sпоп и подача под углом могут быть измерены в
миллиметрах на оборот детали, в миллиметрах на ход стола или шлифовальной
бабки, миллиметрах на двойной ход стола или шлифовальной бабки, в миллиметрах
в минуту.
В зависимости от вида шлифования и длины шлифуемых поверхностей
поперечная подача может быть прерывистой или непрерывной.
Прерывистая подача обычно применяется при шлифовании длинных деталей,
непрерывная - при шлифовании коротких деталей.
75
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Диапазон изменения поперечной подачи при черновой обработке находится в
пределах Sпоп = 0,01 - 0,07 мм/дв. ход, и Sпоп = 0,005 - 0,02 мм/дв. ход - при
чистовой обработке.
3.1.1 Круглое наружное шлифование в центрах (в патроне)
Наружное
круглое
шлифование
может
быть
обдирочное,
точное
(предварительное и чистовое) и тонкое.
Обдирочное шлифование характеризуется съемом относительно больших
припусков (до 3 - 5 мм) и может применяться взамен предварительной обработки
лезвийным инструментом.
Наиболее распространенным является точное шлифование, обеспечивающее
точность обработки по 7 - 9 квалитету и шероховатость Ra = 1,25 - 0,16 мкм.
Снимаемый при этом припуск составляет в зависимости от диаметра и состояния
исходной заготовки 0,1 - 0,5 мм на сторону.
Тонкое шлифование обеспечивает достижение 6 - 7 квалитета точности и
шероховатость Ra = 0,16 - 0,08 мкм.
Существует несколько видов круглого наружного шлифования в центрах
(с продольной подачей, с поперечной подачей, бесцентровое).
1 Шлифование периферией круга методом продольной подачи
Обработку
деталей
производят
на
круглошлифовальных
станках.
Обрабатываемая деталь устанавливается в центрах передней и задней бабок
(рисунок 3.1). Деталь вращается с частотой nд в направлении противоположном
вращению
шлифовального
круга
n к.
Продольное
возвратно-поступательное
движение получает стол, на котором установлена обрабатываемая деталь. Припуск
снимается в процессе многих проходов при малых глубинах резания.
Применяют данный метод в условиях единичного и серийного производства
при обработке цилиндрических деталей значительной длины (L > 80 мм). Чаще
всего обрабатываются валы, оси, различного рода инструменты (сверла, протяжки и
др.), а также поверхности конических деталей, при этом деталь должна быть
повернута на угол, равный половине угла конуса.
76
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Машинное время to при круглом наружном шлифовании определяется по
формуле
l T h
to  д
  kз ,
S пр  nд t
где
(3.4)
lд – длина обрабатываемого участка детали, мм;
T – ширина круга, мм;
Sпр – продольная подача, мм/об;
nд – частота вращения детали, мин-1;
h – припуск на обработку, мм;
t – глубина резания (поперечная подача на ход стола), мм/ход;
kз – коэффициент зачистных ходов (для чернового шлифования kз = 1,2 - 1,4;
для чистового шлифования kз = 1,25 - 1,7).
Рисунок 3.1 - Схема круглого наружного шлифования
2 Шлифование периферией круга методом поперечной подачи (врезное
шлифование).
Выполняется аналогично предыдущему методу, но удаление припуска
производится только за счет поперечной подачи Sпоп (рисунок 3.2). На практике
данным методом обрабатывают короткие шейки валов, буртики, цапфы и т.д.
77
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Применяется при длине шлифования L < 80 мм для черновой и чистовой обработки деталей с повышенной жесткостью. Высота круга выбирается на 10 - 15 мм
больше длины шлифуемой поверхности.
При
соответствующем
профилировании
абразивного
круга
могут
обрабатываться и детали с фасонными поверхностями.
Рисунок 3.2 – Схема врезного шлифования
Машинное время t0 при круглом врезном шлифовании определяется по
формуле (3.5)
to 
где
h
 kз ,
S поп  nдет
(3.5)
Sпоп – поперечная подача, мм/об детали;
kз - коэффициент зачистных ходов, kз = 1,2 - 1,3.
В процессе шлифования абразивному кругу сообщается непрерывная
поперечная подача, величина которой составляет при черновом шлифовании от
0,002 до 0,02 мм/об. и при чистовом – от 0,001 до 0,01 мм/об. Подача Sмин достигает
от 1,2 до 3 мм/мин.
При врезном шлифовании поверхность обрабатывается по всей длине.
78
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3 Однопроходное (глубинное) шлифование периферией круга (рисунок 3.3).
Весь припуск снимается за один проход, для чего заправляют абразивный круг
на конус или уступами. Основная работа производится конической частью,
цилиндрическая часть только зачищает поверхность.
Применяется этот метод при обработке коротких жестких деталей со снятием
припуска до 0,4 мм. Продольная подача выбирается в пределах от 1 до 6 мм за
оборот детали. Этот метод более производителен, чем многопроходное шлифование,
однако не обеспечивает такой высокой точности.
Наиболее нагруженный участок круга, его заборную часть, рекомендуется
заправлять на конус с углом приблизительно равным 2º.
Рисунок 3.3 - Схема глубинного шлифования
4 Шлифование периферией круга методом тангенциальной подачи
(врезное шлифование на проход). Шлифовальный круг подается в тангенциальном
направлении по отношению к обрабатываемой детали (рисунок 3.4). При этом съем
в начальный период обработки получается большим, но постоянно уменьшается и в
момент времени, когда оси круга и обрабатываемой детали оказываются в
вертикальной плоскости, снятие припуска заканчивается и осуществляется
выхаживание. Применяется при черновой и чистовой обработке относительно
коротких поверхностей (L < T), в том числе конических и фасонных.
79
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рисунок 3.4 - Схема шлифования методом тангенциальной подачи
5 Шлифование периферией круга с подачей под углом (рисунок 3.5)
Метод применяется для одновременного шлифования двух и более
сопряженных поверхностей.
Рисунок 3.5 - Схема шлифования периферией круга с подачей под углом
По форме поверхности могут быть цилиндрическими, торцевыми и
фасонными. Деталь должна быть достаточно жесткой, а торцекруглошлифовальный
станок должен допускать наклон круга α от 8° до 45°, который выбирается в зависимости от припусков по торцу и диаметральному размеру. Высота круга не должна
превышать 200 мм.
80
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
6 Шлифование торцом круга (рисунок 3.6).
Этот
метод
применяется
при
обработке
больших
цилиндрических
поверхностей (крупных валков, шпинделей, колонн). Съем припуска производится
за несколько проходов торцом шлифовального круга вдоль образующей детали.
Рисунок 3.6 - Схема шлифования торцом круга
7 Бесцентровое шлифование (рисунок 3.7) применяется для обработки
деталей типа валов в условиях крупносерийного и массового производства.
Рисунок 3.7 - Бесцентровое шлифование
Достоинством его является возможность автоматизации загрузки заготовок и
подачи их на обработку, а также отсутствие необходимости в закреплении детали.
Деталь 3 помещается на опорном ноже 4 между ведущим кругом 2 и
шлифующим кругом 1. Наличие скоса на ноже обеспечивает прижим детали к
81
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ведущему кругу. Ось обрабатываемого изделия выше оси кругов на величину
h = (0,1 - 0,3) Dдет. Рабочий круг вращается со скоростью шлифования Vшл. кр =
= 30 - 35 м/с, ведущий круг - со скоростью Vвед. кр = 15 - 30 м/мин. Ведущий круг
повернут относительно шлифующего круга на величину α = 1° - 5°.
В этом случае вектор скорости ведущего круга Vвед. кр раскладывается на
составляющую Vдет , обеспечивающую вращение изделия, и составляющую Vпрод ,
обеспечивающую продольную подачу.
Величина скорости вращения детали Vдет , м/мин, определяется по формуле
Vдет  Vвед.кр  Cos .
(3.6)
Скорость продольной подачи Vпрод , м/мин , определяется по формуле
V прод Vвед.кр  Sin  K ,
где
(3.7)
К - коэффициент осевого проскальзывания, равный 0,95 - 0,99.
Величина продольной подачи за 1 оборот детали Sпрод , мм/об , определяется
из выражения
S прод 
Vпрод
,
(3.8)
, об/мин
(3.9)
1000  nизд
где
n изд 
1000  Vизд
  Dизд
Поскольку с увеличением угла α увеличивается продольная подача, то он
влияет
на
производительность.
Однако,
при
его
увеличении
повышается
шероховатость обработанной поверхности. Поэтому для черновой обработки
значение α = 3 ° - 5°, а для чистовой - α = 1° - 2°.
Данный метод обеспечивает возможность получения размеров по 7 квалитету
точности с погрешностью формы не более 2,5 мкм и шероховатостью обработанной
поверхности в пределах Ra = 0,32 - 0,16 мкм.
82
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3.1.2 Шлифование отверстий
Шлифование отверстий производится на внутришлифовальных станках.
Деталь в большинстве случаев закрепляется в патроне. Направление вращения
шлифовального круга выбирается противоположным вращению детали. Диаметр
шлифовального круга принимается равным 0,8 - 0,9 диаметра обрабатываемого
отверстия. При диаметре обработке более 125 мм диаметр шлифовального круга
выбирается равным 0,65 - 0,75 диаметра отверстия.
Внутреннее шлифование протекает в более сложных условиях, чем наружное.
Это объясняется рядом причин:
1) диаметр круга меньше диаметра изделия, поэтому поверхность контакта и
нагрузка на зерно больше;
2) меньшая жесткость шлифовального шпинделя из-за малых размеров круга;
3) усложненный доступ СОЖ.
Вследствие этого глубина резания t (Sпоп) и продольная подача при этом виде
обработки в два раза меньше, чем при наружном круглом шлифовании.
1 Шлифование в патроне с продольной подачей (рисунок 3.8), применяется
при обработке сквозных и глухих отверстий большой длины. При чистовой
окончательной обработке применяется многопроходное шлифование, при котором
шлифовальный круг совершает возвратно-поступательное движение и движение
поперечной подачи на каждый двойной ход. В конце обработки может
производиться выхаживание без поперечной подачи.
Рисунок 3.8 - Схема шлифования отверстий в патроне с продольной подачей
83
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Величина продольной подачи при предварительном шлифовании принимается
равным (0,4 - 0,8)T, а при чистовом - (0,25 - 0,4)T. Поперечная подача на двойной
ход принимается от 0,005 до 0,015 мм. Точность размеров при внутреннем
шлифовании достигает 6 - 9 квалитетов, а шероховатость - Ra = 2,5 - 0,32 мкм.
2 Шлифование в патроне с поперечной подачей (рисунок 3.9) применяется
при небольшой длине деталей. В этом случае круг имеет только поперечную подачу.
Способ применяется для обработки сквозных и глухих отверстий в деталях
повышенной жесткости.
Рисунок 3.9 - Схема шлифования отверстий в патроне с поперечной подачей
3 Шлифование отверстий с планетарным вращением шпинделя применяется для обработки отверстий в крупных и корпусных деталях. При этом
шлифовальный круг совершает планетарное движение внутри обрабатываемого
отверстия. Обработка может производиться методами продольной или поперечной
подачи (рисунок 3.10).
В процессе обработки заготовка остается неподвижной, шлифовальный круг
вращается вокруг своей оси со скоростью от 25 до 50 м/с, а ось шлифовального
круга совершает планетарное движение со скоростью от 40 до 60 м/мин. Шлифовальный шпиндель может совершать возвратно-поступательное движение вдоль оси
изделия и тогда продольная подача назначается в долях ширины круга. Поперечное
врезание осуществляется кругом, при этом Sпоп = 0,008 - 0,05 мм на двойной ход
круга.
84
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рисунок 3.10 - Схема шлифования отверстий с планетарным вращением шпинделя
4 Бесцентровое внутреннее шлифование, при котором обрабатываемая
деталь не закрепляется, а располагается между роликами 2, 3, 4 (рисунок 3.11), из
которых ролик 2 является ведущим, а ролик 4 - прижимным. Деталь в процессе
обработки вращается с окружной скоростью, равной окружной скорости ведущего
ролика. Применяется способ при обработке колец подшипников качения.
Достигается точность обработки по 6 - 7 квалитету, а отклонения от
концентричности и параллельности осей внутренней и наружной поверхности – в
пределах 0,003 мм.
Рисунок 3.11 - Схема бесцентрового внутреннего шлифования
85
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3.2 Шлифование плоских поверхностей деталей
Шлифование плоских поверхностей деталей выполняют периферией или
торцом круга.
Шлифование периферией круга можно выполнять как с поперечной подачей
(когда ширина обрабатываемой поверхности больше ширины круга, так и без
таковой). Этот способ применяется при обработке плоскостей значительной
ширины, например, поверхностей плит, столов, плоскостей разъема деталей и т.д. на
станках продольного (рисунок 3.12) и карусельного типов (рисунок 3.13).
Рисунок 3.12 - Схема плоского шлифования периферией круга на станках
продольного типа
Аналогичные способы обработки применяются и при шлифовании торцом
круга (рисунок 3.14). Необходимо отметить, что способы шлифования плоских
поверхностей торцом круга являются более производительным по сравнению со
шлифованием периферией круга. Объясняется это тем, что в процессе работы
торцом круга с обрабатываемой поверхностью контактирует большая поверхность
абразивного круга, а, следовательно, в резании принимает участие большее
количество абразивных зерен. При шлифовании торцом круга обычно используются
круги тарельчатой или чашечной формы. При такой форме кругов в процессе
86
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
обработки изнашивается только та их часть, которая находится в контакте с
обрабатываемой поверхностью.
В этом случае облегчается процесс правки кругов, так как нет необходимости
править всю их поверхность.
Рисунок 3.13 - Схема плоского шлифования периферией круга на станках
карусельного типа
Рисунок 3.14 - Схема плоского шлифования торцом круга
Вместе с тем при выборе способа шлифования плоских поверхностей деталей
необходимо иметь в виду, что шлифование периферий круга дает возможность
87
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
получить более высокую точность. Кроме того, имеет место меньшее Тепловыделение в зоне резания, а, следовательно, меньшие тепловые деформации. Это
обстоятельство особенно важно при шлифовании деталей, где нужно избежать
возможного коробления и прижогов на поверхности.
Основные параметры плоского шлифования: скорость круга – от 25 до 50 м/с,
скорость продольного перемещения – от 2 до 40 м/мин, глубина резания для
чернового шлифования – от 0,02 до 0,08 мм, а для чистового – от 0,005 до 0,01 мм.
Точность размеров при плоском шлифовании достигает 6 - 9 квалитетов, а
шероховатость - Ra = 2,5 - 0,08 мкм.
3.3 Шлифование фасонных поверхностей
К процессам профильного шлифования относятся обработка резьбы и
зубообразующих
поверхности
при
поверхностей,
шлифование
относительном
сферы
перемещении
и
сложной
обрабатываемой
фасонной
детали
и
шлифовального круга по копиру или при помощи привода от кулачка.
3.3.1 Резьбошлифование
Резьбошлифование производят при изготовлении резьбонарезного инструмента (метчиков, гребенок, плашек и др.) резьбовых калибров, червяков, ходовых
винтов и других деталей с резьбой различного профиля. Шлифование резьб
(наружной, внутренней, конической) выполняют по предварительно изготовленному
профилю или вышлифовыванием на полную высоту профиля с помощью однониточных или многониточных резьбошлифовальных кругов без предварительной
обработки (рисунок 3.15).
Шлифование
продольного
резьбы
однониточным
поступательного
движения
кругом
детали
осуществляют
вдоль
шлифуемой
за
счет
резьбы
относительно шлифовального круга, устанавливаемого под углом, равным углу
подъема резьбы τ. Подачу на глубину шлифования производят на каждый ход стола.
Шлифование резьбы многониточным кругом осуществляется за счет:
88
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
а) поперечной подачи (врезания) круга с кольцевыми нитками на полную глубину шлифования при одновременном продольном перемещении детали на 1,3 - 3
шага резьбы (за 1,3 - 3 оборота детали); эту схему применяют для обработки
наружных одно- и многозаходных резьб по длине меньших, чем высота
шлифовального круга, в том числе резьб на деталях с буртиком;
б) продольной
подачи детали относительно рабочей поверхности с
кольцевыми нитками вдоль шлифуемой резьбы. На профиле круга по высоте
заправляют коническую заходную часть, которая производит предварительное и
получистовое шлифование. Последние нитки полного кольцевого профиля
производят чистовое шлифование. Шлифование производят за один проход. Данную
схему шлифования применяют для шлифования наружных одно- и многозаходных
резьб по длине больших, чем высота круга.
а
б
а – однониточным кругом;
б – многониточным кругом.
Рисунок 3.15 – Схемы резьбошлифования
3.3.2 Зубошлифование
Зубошлифование - отделочная обработка зубчатых колес шлифованием с
применением абразивных кругов. Зубошлифование позволяет получить зубчатые
колеса
высокого
класса
точности
с
заданной
шероховатостью
рабочих
поверхностей. Шлифование зубьев производят методом копирования и обката.
Зубошлифование по методу копирования (рисунок 3.16) выполняют
фасонными кругами, имеющими профиль, соответствующий профилю впадины
между зубьями колес.
89
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Кругу
сообщают
вращательное
движение.
Продольная
подача
Sпр
обеспечивается движением каретки стола с изделием или шлифовальной бабки
вдоль образующей зуба. Подачу на глубину шлифования выполняют на каждый
двойной ход круга. После обработки каждой впадины зуба осуществляется поворот
колеса на заданный угол и производят правку шлифовального круга по шаблону.
Рисунок 3.16 – Схема зубошлифования по методу копирования
Зубошлифование по методу обкатывания осуществляют одним из трех
способов, для каждого из которых используются соответствующего типа
шлифовальные станки.
Шлифование профиля зуба одним кругом с двусторонним коническим
профилем (рисунок 3.17). Последовательно шлифуют обе стороны впадины между
зубьями. Правка круга производится автоматически.
Рисунок 3.17 – Схема зубошлифования одним кругом с двусторонним коническим
профилем
90
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Шлифование профиля зуба двумя тарельчатыми кругами (рисунок 3.18).
Шлифовальные
круги
получают
вращательное
и
возвратно-поступательное
движение вдоль образующей зуба, зубчатое колесо вращается вокруг своей оси в
одном направлении и одновременно перемещается так, что колесо как бы катится по
воображаемому контуру рейки. За один цикл окончательно шлифуют обе стороны
одной впадины, после чего шлифовальные круги выводят из впадин и зубчатое
колесо осуществляет делительное движение на один зуб.
Рисунок 3.18 – Схема зубошлифования двумя тарельчатыми кругами
Шлифование профиля зуба абразивным червяком (рисунок 3.19). Движение
деления является непрерывным и согласуется с обкаточным движением зубчатого
колеса.
Рисунок 3.19 – Схема зубошлифования абразивным червяком
91
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Контрольные вопросы и задания
1 Назовите основные виды шлифования.
2 Приведите схему круглого наружного шлифования с продольной подачей.
3 Что такое коэффициент зачистных ходов?
4 Приведите схемы круглого наружного шлифования с поперечной подачей, с
подачей под углом и глубинного шлифования.
5 Приведите схемы круглого наружного шлифования методом тангенциальной
подачи.
6 Приведите схему круглого наружного бесцентрового шлифования.
7 Приведите схему шлифования отверстий с продольной и поперечной
подачей.
8 Приведите схему шлифования отверстий с планетарным вращением
шпинделя.
9 Приведите схему бесцентрового шлифования отверстий.
10 Приведите схему плоского шлифования периферией и торцом круга.
11 Приведите схему плоского шлифования на станках карусельного типа.
12 Приведите схемы резьбошлифования однониточным и многониточным
кругами.
13 Приведите схему зубошлифования методом копирования.
14 Приведите схему зубошлифования методом обкатывания кругом с
двухсторонним коническим профилем.
15
Приведите
схему
зубошлифования
методом
обкатывания
двумя
тарельчатыми кругами.
92
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
4 Силы резания и мощность при шлифовании
Силы резания при шлифовании являются результатом взаимодействия
рабочей поверхности шлифовального инструмента с обрабатываемой деталью, в
результате которого элементы шлифующих зерен снимают мельчайшие стружки и
поэтому силы, развиваемые отдельными зернами, являются незначительными по
своей величине. Однако вследствие массового микрорезания большим количеством
одновременно работающих зерен суммарные силы резания могут достигать
значительных величин.
Чем больше сечение одновременно снимаемых стружек и их количество, т.е.
чем тяжелее режим работы, тем больше силы резания, возникающие в процессе
шлифования. Величина сил резания, приходящихся на каждое зерно, зависит от
характеристики и размеров абразивного инструмента, от метода правки круга, вида
правящего инструмента и т.п.
Максимально возможные силы резания при шлифовании лимитируются
главным образом прочностью абразивных зерен, а также степенью твердости
абразивных инструментов.
Вследствие отрицательных передних углов и округления режущих кромок
зерна, а также из-за малой толщины среза, процесс протекает весьма напряженно.
Подобно зубу фрезы при фрезеровании против подачи, каждое следующее зерно
врезается в упрочненный материал. Степень пластической деформации из-за
неблагоприятной геометрии весьма велика. Напряженность процесса усиливается
из-за того, что в шлифовании участвует связка и наполнитель, а часть зерен из-за
большого радиуса округления не режет, а деформирует поверхность. По некоторым
данным, таких зерен на рабочей поверхности не более 80 - 85 %. В некоторых
конструкциях специального инструмента с ориентированными в направлении
движения резания зернами количество их, непосредственно участвующих в работе,
возрастает до 45 - 60 %.
Эта особенность работы с неблагоприятными геометрическими параметрами и
определяет характер соотношения составляющих сил резания при шлифовании.
93
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Суммарная
сила
R
(рисунок
4.1)
раскладывается
на
три
составляющих
тангенциальную Pz, радиальную Ру и осевую Рх. По силе Pz определяется мощность
электропривода главного движения, сила Ру определяет величину упругого сжатия
или деформации детали и круга, влияющих на точность, Рх - сила, необходимая для
продольной подачи круга (или детали).
Рисунок 4.1 - Сила резания при шлифовании и ее составляющие
Сила Pz определяется по закону удельного давления
Pz ср  Pуд  f 
K
1- 
1- 
 aср  S пр  K  aср
 S пр
.

a S

ср
(4.1)
Подставляя значение аср по формуле (4.1), найдем влияние на Pzcp различных
факторов. По нормативной формуле
Pz  Cp z   д
где
Cpz
-
коэффициент,
0,7
 S пр
характеризующий
0,7
 t 0,6 ,
физико-механические
(4.2)
свойства
обрабатываемого материала (Срz = 22 - для закаленной стали; Срz = 21 - для
незакаленной стали; Срz = 20 - для чугуна).
94
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Существует достаточно большое количество уравнений для определения силы
резания, которые отличаются друг от друга величиной показателей степени влияния
параметров режима резания, которые во многом зависят от условий шлифования и
характеристик шлифовального круга. Однако, очевидно, что из этих уравнений
следует, что с увеличением Vд, S, t и Т силы резания увеличиваются.
Между силами Pz, Py и Рх существует следующее соотношение: Рz : Ру : Рx
= = 1 : (1 - 3) : (0,1 - 0,2).
Значительное возрастание силы Ру и превышение ее над Pz объясняется
чрезвычайно малым сечением срезаемого слоя и наличием отрицательных передних
углов у зерен круга. Это приводит к очень большим удельным давлениям (порядка
Р = 100 - 200 ГПа), в десятки раз превышающих удельные давления при обработке
лезвийными инструментами.
4.1 Факторы, влияющие на силы резания
Приведенные уравнения получены для определенных условий шлифования.
Несмотря на это можно сделать ряд общих выводов для всех случаев шлифования:
а) с увеличением Vкр тангенциальная составляющая силы резания несколько
(≈10 %) увеличивается, в то время как радиальная составляющая возрастает почти
прямопропорционально;
б) при работе с охлаждением сила резания меньше, чем при работе всухую;
в) с уменьшением зернистости круга сила резания, приходящаяся на одно
зерно, уменьшается, но вместе с тем суммарная сила резания при работе
мелкозернистым кругом увеличивается, т.к. число зерен на единицу длины
увеличивается пропорционально уменьшению зернистости круга;
г) шлифование более твердыми кругами протекает обычно с большими силами
резания;
д) с увеличением номера структуры увеличивается расстояние между зернами,
сила резания, приходящаяся на одно зерно, увеличивается, а суммарная сила
резания несколько падает;
95
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
е) при работе карборундовыми (карбид кремния) кругами силы резания
больше, чем при шлифовании электрокорундовыми, что объясняется различной
формой и остротой зерен карбида кремния и электрокорунда. Зерна карбида
кремния одинаковой степени зернистости при подобных режимах снимают более
широкие стружки, чем зерна электрокорунда, что также вызывает рост силы
резания;
ж) чем тверже и прочнее обрабатываемый материал, тем выше силы резания;
и) при шлифовании кругами на органических связках силы резания больше,
чем при шлифовании подобными кругами на керамической связке;
к) на силы резания влияет метод и режим резания правки.
4.2 Мощность при шлифовании
Необходимая для осуществления процесса шлифования мощность, кВт,
определяется по следующим формулам:
а) для привода главного движения (вращение круга)
N кр 
Pz  υ
кр
1000  η1
;
(4.2)
б) для привода круговой подачи (вращение детали)
Nд 
где
Pz  υ
д
60 1000  η2
,
(4.3)
η1, η2 – КПД приводов вращения круга и детали соответственно.
Поскольку скорость круга в 60 - 100 раз больше скорости обрабатываемой
детали, то Nкр значительно больше Nд.
Необходимую для осуществления процесса шлифования мощность можно
определить по формуле
N  C N  υд0 ,5  S 0 ,55  S 0 ,5 .
пр
поп
(4.4)
96
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Контрольные вопросы
1 Приведите схему разложения силы резания при круглом наружном
шлифовании с продольной подачей.
2 Перечислите факторы, влияющие на составляющие силы резания при
шлифовании.
3 Объясните соотношения составляющих сил резания при шлифовании.
4 Как изменяются силы резания с увеличением твердости и прочности
обрабатываемого материала?
5 Как определяется мощность привода главного движения и мощность
привода круговой подачи?
97
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
5 Температура резания при шлифовании
На рабочей поверхности круга находятся сотни тысяч зерен, срезающих за
секунду около миллиона элементов стружки. Работа изнашивания, затрачиваемая
при образовании этих стружек, расходуется на пластическую деформацию, трение
зерна и связки об обрабатываемый материал и диспергирование.
В отличие от других видов резания, при шлифовании значительно больших
значений
достигает
работа
диспергирования
(измельчения),
связанная
с
образованием новых поверхностей в мелких стружках. Поэтому мощность,
расходуемая на срезание единицы объема стружки, в 12 - 15 раз больше, чем при
других видах обработки.
Общее число стружек nстр, снимаемых периферией круга за один проход,
равно
nстр 
где
  D  T  nкр  i  L
р
Sпр  n
д
,
(5.1)
D, Т - диаметр и высота круга;
nкр, nд - соответственно частота вращения круга и детали в оборотах в минуту;
ip
- число зерен на 1 мм ширина круга;
L - шлифуемая длина в мм;
Sпр - продольная подача детали в мм/об.
Для случая шлифования при D = 500 мм, Т = 50 мм, nкр = 1400 об/мин,
ip = 3, L = 500 мм, Sпр = 20 мм/об, nд = 140 об/мин общее число стружек, снимаемых
периферией круга за один проход, равно nстр = 58875000.
Значительная работа приводит к высокой температуре в месте контакта зерен
с обрабатываемым материалом, которая возрастает до 700 - 1200 ºС почти
мгновенно (примерно за 0,07 с).
98
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Время контакта абразивного зерна с обрабатываемой поверхностью можно
определить следующим образом:
t
60
= 0,0000009 с.
  D  nкр  i p
(5.2)
Наличие высоких мгновенных температур и большое количество абразивных
зерен приводит к достаточно высокой температуре на обработанной поверхности,
что может привести к "прижогам" и изменению механических свойств и
микроструктуры поверхностного слоя.
На температуру поверхности детали оказывают влияние все факторы процесса
шлифования: характеристика и размеры абразивного инструмента, режим работы,
свойства обрабатываемого материала, размеры шлифуемой детали, охлаждающая
жидкость, время шлифования и др.
Качественное влияние перечисленных факторов можно сформулировать
следующим образом:
- увеличение глубины и времени шлифования приводит к увеличению
температуры шлифуемой детали;
- увеличение
скорости
шлифовального
круга
приводит
к
снижению
номера структуры
и
величины
температуры;
- увеличение
твердости,
уменьшение
зернистости абразивных зерен приводит к увеличению температуры, т.к. при таких
условиях в единицу времени снимается большее количество стружки, т.е.
затрачивается большая работа, а на удаление затупившихся зерен твердого круга
также необходимо затрачивать больше усилий;
- увеличение размеров и скорости вращения шлифуемой детали способствует
более интенсивному отводу тепла;
- увеличение
ширины
круга
и
продольной
подачи
вызывает
рост
температуры, т.к. увеличивается количество одновременно работающих зерен;
- с увеличением теплоемкости СОЖ теплоотвод увеличивается.
99
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
При алмазном шлифовании температура в зоне резания, как правило, ниже,
чем при абразивном шлифовании. Это связано с относительно малым объемом и
низкой
степенью пластической
деформации
обрабатываемого
материала
в
результате меньших нагрузок на алмазные зерна, а также с более высокой
теплопроводностью алмаза по сравнению с абразивными материалами и более
низким коэффициентом трения алмазных зерен по сравнению с абразивными.
Контрольные вопросы и задания
1 Перечислите факторы, влияющие на температуру в зоне шлифования.
2 Как влияют увеличение глубины и времени шлифования на температуру
шлифуемой детали?
3 Как влияет увеличение скорости шлифовального круга на температуру в
зоне резания?
4 Как влияет увеличение твердости шлифовального круга на температуру в
зоне резания?
5 Как влияет уменьшение номера структуры шлифовального круга на
температуру в зоне резания?
6 Как влияет увеличение ширины круга и продольной подачи на температуру
в зоне резания?
100
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
6 Влияние смазочно-охлаждающей жидкости
Применяемые при шлифовании смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ)
должны обладать хорошими охлаждающими свойствами, позволяющими поглощать
тепло и снижать температуру поверхностного слоя детали; должны быть наделены
смазочными свойствами для уменьшения трения при резании и снижения износа
круга; должны способствовать удалению из пор круга стружки и абразивной пыли;
удалению налипаний снятого металла с зерен круга и уменьшению его
засаливаемости.
СОЖ не должны затруднять наблюдение за работой, поэтому при чистовой
обработке применяют обычно прозрачные жидкости, а при черновом - эмульсии.
Применяемые СОЖ должны обладать антикоррозионными свойствами, не
должны содержать вредных для здоровья компонентов, не должны загораться под
действием искр, а также сильно вспениваться и нагреваться.
Применение СОЖ в зависимости от состава и способа подачи может снизить
мгновенную температуру до пяти раз.
Для шлифования конструкционных сталей и титановых сплавов используются
водные растворы электролитов (хлористого бария, нитрида натрия и др.), для
легированных сталей – 5 %-ая эмульсия и осерненное масло, для жаропрочных и
нержавеющих сталей - сульфофрезол, при заточке и доводке алмазными и
эльборовыми кругами - водные растворы ПАВ, эмульсии (на основе эмульсолов
«Укринол - 7», «Аквол - 6», «Ровел НГЛ - 205» и др.), сульфофрезолы, масляные
жидкости МР - 7, «Ровел МР - 7» и др.
Кроме
вышеперечисленных
СОЖ,
в
последнее
время
используются
полусинтетические и синтетические жидкости.
Водные
СОЖ
обладают
большой
удельной
теплоемкостью
и
теплопроводностью, кроме того, они дешевле масляных.
Масляные СОЖ лучше защищают зерна абразивного инструмента от
схватывания с обрабатываемым материалом и дольше сохраняют остроту зерен. Их
применение ведет к уменьшению силы резания и тепловыделения, что способствует
101
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
снижению
остаточных
напряжений
в
обрабатываемой
заготовке.
Однако
применение масляных СОЖ часто ограничивается такими их недостатками, как
пожароопасность и ухудшение условий труда рабочих.
На универсальных шлифовальных станках чаще всего СОЖ подают в зону
резания свободно падающей струей.
Кроме обычных методов полива весьма эффективны способы подачи СОЖ
через поры круга (минеральное масло и эмульсии); подача СОЖ с ультразвуковыми
колебаниями
жидкости;
гидродинамическим
способом,
когда
жидкость
захватывается воздушным потоком от вращающегося круга.
Контрольные вопросы и задания
1 Перечислите требования, предъявляемые к СОЖ при шлифовании.
2 Перечислите основные виды СОЖ, применяемые при шлифовании.
3 Какие СОЖ лучше защищают зерна абразивного инструмента от
схватывания с обрабатываемым материалом?
4 Перечислите способы подачи СОЖ в зону резания.
5 Какой способ подачи СОЖ в зону резания используется чаще всего при
работе на универсальных шлифовальных станках?
102
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
7 Износ шлифовальных кругов
Процесс износа шлифовального круга включает два периода: период
приработки (откалывание и выкрашивание непрочно укрепленных зерен) и период
притупления (округления и расщепления зерен). На втором этапе происходит
забивание пор круга металлической стружкой и абразивной пылью, в результате
чего круг засаливается и теряет режущие свойства.
Критерием работоспособности круга является его удельный расход qv , мг/г,
который характеризуется отношением потери массы изношенного круга в
миллиграммах к массе снятого металла в граммах:
Q
кр
qv 
Q ,
м
(7.1)
где Qкр - потеря массы изношенного круга, мг;
Qм - масса снятого металла, г.
Для абразивных кругов qv = 1 - 200 мг/г, для алмазных кругов qv = 1 - 400 мг/г.
При высоких температурах в зоне резания твердость абразивных зерен
снижается и процесс изнашивания происходит более интенсивно.
Также
интенсивность
изнашивания
шлифовальных
кругов
резко
увеличивается при химическом сродстве зерен инструмента с обрабатываемым
материалом.
Процесс притупления круга сопровождается противоположным явлением самозатачиванием. Оно заключается в том, что по мере притупления вследствие
возросших сил происходит отрыв или раскрашивание зерен, в результате чего
обнашивается новый "свежий" слой режущих зерен.
Самозатачивание, характерное для мягких кругов, является полезным в случае
обработки, при которой не допускается появление прижогов, а также при обработке
103
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
твердых сплавов. Оно нежелательно при обработке методом врезания при обработке
фасонных поверхностей, т.к. это может изменить профиль обрабатываемого
изделия.
Контрольные вопросы и задания
1 Назовите периоды износа шлифовального круга.
2 Что является критерием работоспособности шлифовального круга?
3 Как изменяется интенсивность изнашивания шлифовальных кругов при
повышении температуры в зоне резания?
4 Как изменяется интенсивность изнашивания шлифовальных кругов при
химическом сродстве зерен инструмента с обрабатываемым материалом?
5 В чем заключается процесс самозатачивания шлифовальных кругов?
104
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
8 Стойкость шлифовальных кругов
Период стойкости круга, т.е. время работы его между правками, зависит от
способа шлифования и характеристики круга. При фасонном и внутреннем
шлифовании оно составляет от 8 до 10 минут, при круглом наружном шлифовании –
от 30 до 40 минут, при бесцентровом – от 30 до 60 минут. Стойкость алмазных и
эльборовых кругов выше стойкости абразивных примерно в 60 раз. Эльборовые
круги на органической связке вообще не засаливаются и не требуют правки.
Чтобы повысить производительность процесса шлифования предпочтительно
выбирать круги большего диаметра, так как при этом на рабочей поверхности круга
расположено большее количество режущих зерен. Применение шлифовальных
кругов большего диаметра приводит к уменьшению их размерного износа и
увеличению периода стойкости круга.
Зависимость стойкости круга Т от факторов шлифования определяется по
формуле
T
CT  d 0,6
1,82 1,1
 д1,82  S пр
t
,
(8.1)
где СT - коэффициент, зависящий от свойств обрабатываемого материала;
d - диаметр детали, мм;
υд - скорость вращения детали, м/мин;
Sпр - продольная подача, мм/мин;
t - глубина резания, мм.
Отсюда видно, что интенсивность износа круга зависит от свойств
обрабатываемого материала и возрастает с повышением скорости изделия,
продольной и поперечной подачи. С увеличением скорости круга в контакт с
заготовкой вступает большее число зерен, однако толщина среза уменьшается и
поэтому тепловыделение снижается.
105
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Скорость вращения детали при υкр = 20 - 40 м/с можно определить по формуле
y
C d

д 
,
Tm  Sz tx
пр
(8.2)
где Cυ – коэффициент; y, m, z, x – показатели степени.
Контрольные вопросы и задания
1 Как влияет величина диаметра шлифовального круга на производительность
процесса шлифования?
2 Перечислите факторы, влияющие на стойкость шлифовальных кругов.
3 Как влияет величина диаметра шлифовального круга на его стойкость?
4 Как влияет значение скорости вращения детали на стойкость шлифовального
круга?
5 Как влияет увеличение продольной подачи на стойкость шлифовального
круга?
6 Как влияет увеличение глубины резания на стойкость шлифовального круга?
106
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
9 Правка шлифовальных кругов
Правка шлифовального инструмента осуществляется с целью придания ему
режущих свойств и правильной геометрической формы. Правке подвергается вновь
устанавливаемые на станок инструменты и затупившиеся в процессе работы.
Критерием затупления инструмента являются ухудшение качества обработанной
поверхности, снижение точности, появление прижогов, участков, выделяющихся
блеском, вибраций, дробления и т. д. В автоматизированном производстве правку
осуществляют принудительно, через заранее заданные интервалы времени.
Шлифовальные круги в основном расходуются не в процессе шлифования, где
их износ крайне мал, а в процессе правки. На правку расходуется от 45 % до 80 %
полезного объема абразивных кругов при круглом, плоском и внутреннем шлифовании. Затраты на правку могут достигать 40 % штучного времени обработки и более.
В зависимости от требований к точности и шероховатости обрабатываемой
поверхности применяют алмазную и безалмазную правку кругов.
Правку осуществляют обтачиванием алмазным инструментом, обкатыванием
абразивными, твердосплавными и металлическими дисками, шлифованием кругами
из карбида кремния и алмазно-металлическими роликами, тангенциальным
точением профильной поверхности круга алмазным инструментом, накатыванием
стальными профильными роликами.
Правка методом обтачивания (рисунок 9.1) представляет собой точение
(разрушение) хрупкого абразивного материала и связки шлифовального круга
правящим алмазным инструментом высокой твердости.
Правка осуществляется либо алмазно-металлическими карандашами (ГОСТ
607-80),
либо
отдельными
сравнительно
крупными
алмазными
зернами,
зачеканенными в оправах (ГОСТ 22908-78 «Алмазы в оправах. Технические
условия» и ГОСТ 17564-85 «Иглы алмазные. Технические условия»).
Наибольшее применение имеют алмазно-металлические карандаши, в которых
в определенном порядке размещены кристаллы алмазов, прочно соединенные
специальным сплавом.
107
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рисунок 9.1 – Схема правки методом обтачивания
Основные типы алмазных карандашей приведены в таблице 9.1.
Таблица 9.1 – Основные типы алмазных карандашей
Тип
Расположение алмазов
Область применения
01 (Ц)
Цепочкой по оси карандаша
02 (С)
Слоями
Профильная правка по копиру.
Правка кругов для всех видов
шлифования кругами зернистостью F60 и крупнее при
отсутствии карандашей типа 02
Правка кругов для всех видов
шлифования, кроме профильной правки по копиру и
резьбошлифования
03 (СФ)
На сферической поверхности
04 (Н)
Неориентированное
Правка мягких кругов
(твердость M и ниже).
Профильная правка.
Правка кругов для прецизионного шлифования, резьбошлифования. Правка тонких кругов
на вулканитовой связке, фасонных кругов, кругов для заточки
пил.
108
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Алмазные карандаши типов 01, 02 и 03 и алмазы в оправах следует устанавливать с наклоном от 10º до 15° в сторону вращения круга. В процессе правки их
необходимо поворачивать вокруг своей оси на угол от 60º до 90°. Карандаши типа
04 (реже 02) и алмазные иглы закрепляют без наклона к поверхности круга.
Для правки кругов больших размеров, а также при профильном шлифовании
применяют алмазы больших размеров в оправах, представляющих собой стальную
державку, в которой закрепляют необработанный алмаз с острой вершиной.
Для правки однониточных и резьбошлифовальных кругов выпускают
алмазные иглы.
В таблице 9.2 приведены типы алмазного правящего инструмента.
Таблица 9.2 – Типы алмазного правящего инструмента
Тип
Алмаз в
оправе
Алмазный
резец
Алмазная
игла
Алмазная
гребенка
Конструкция
Область применения
Правка
кругов
с
прямолинейной
образующей. Фасонная правка по копиру.
Правка кругов для резьбо-, шлице- и
зубошлифования. Правка кругов на
вулканитовой связке.
Правка по копиру периферии и торца
круга. Правка кругов сложного профиля
для одновременного шлифования нескольких торцовых или цилиндрических
поверхностей.
Правка одно- и многопрофильных резьбошлифовальных кругов, кругов для
зубошлифования
Правка по копиру периферии и
радиусных галтелей круга. Прорезка
кольцевых канавок в круге.
Метод обтачивания используется для правки абразивных кругов, кругов из
эльбора на бакелитовой и керамической связках, алмазных кругов на керамической
связке. При правильной эксплуатации круги из эльбора и алмазные круги
109
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
самозатачиваются. Правка применяется для устранения биения после установки
кругов и для восстановления изношенного профиля.
Правка методом обкатывания (рисунок 9.2) представляет собой процесс
дробления и скалывания абразивных зерен на рабочей поверхности правящим
инструментом, получающим вращение от шлифовального круга.
Рисунок 9.2 – Схема правки методом обкатывания
Правка
методом
обкатывания
применяется
при
профилировании
шлифовальных кругов (с прямолинейной образующей) из электрокорунда и карбида
кремния.
В качестве правящих инструментов при методе обкатывания применяют круги
из карбида кремния, стальные диски, звездочки и шарошки твердосплавные,
монолитные ролики, крупнозернистые твердосплавные ролики на металлической
связке. Основные типы инструментов для правки обкатыванием представлены в
таблице 9.3.
Под действием режущей кромки правящего инструмента, перемещающейся по
образующей шлифовального круга с определенной скоростью, поверхностный слой
связки
круга
разрушается,
выступающие
зерна
выкрашиваются,
а
зерна,
находящиеся глубоко в связке, раскалываются на части. Проскальзывание между
шлифовальным кругом и правящим инструментом приводит к заглаживанию
абразивных зерен на выправляемой поверхности круга.
110
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 9.3 – Основные типы инструментов для правки обкатыванием
Тип
Конструкция
Тип
Конструкция
Твердосплавной
монолитный
Звездочки
тупозубые
Рабочий обод из
твердосплавной
крошки
Диски с
кольцевыми
канавками
Звездочки
тупозубые
Диски
гофрированные
При правке методом обкатывания возможны две ориентации правящего
инструмента относительно шлифовального круга: оси вращения шлифовального
круга
и
правящего
инструмента
находятся
в
одной
плоскости
либо
в
пересекающихся плоскостях, расположенных под углом φ ≠ 0. С увеличением угла
φ
в
зоне
правки
увеличиваются
разрушающие
силы,
действие
которых
интенсифицирует процесс восстановления рабочей поверхности круга и повышает
износ правящего инструмента.
Правка
кругов
методом
обкатывания
безалмазными
правящими
инструментами чаще всего применяют как предварительную правку, когда
111
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
необходимо
снять
большой
слой
абразива
с
недостаточно
хорошо
сбалансированного круга и при наличии неравномерности снимаемого слоя.
Правка
поверхности
методом
шлифования
шлифовального
круга
(рисунок
правящим
9.3)
-
процесс
инструментом,
обработки
получающим
принудительное вращение. Подразделяется на правку с продольной подачей и
правку врезанием (правка фасонных или угловых поверхностей). К правящему
инструменту относятся круги из карбида кремния зернистостью F16 - F36 ГОСТ Р
52381 – 2005 (или 125 - 50 по ГОСТ 3647 - 80) на керамической связке, диаметром
60 - 250 мм, алмазные ролики из природных или синтетических алмазов,
металлоабразивные ролики (ГОСТ 16014 - 78).
Рисунок 9.3 – Схема правки методом шлифования
Указанный метод находит применение и при правке алмазных и эльборовых
кругов. Правку кругов из эльбора и алмаза на металлической связке производят
шлифованием кругами из зеленого карбида кремния или электроабразивной
обработкой. Электроабразивная правка производится металлоабразивными кругами
в виде, например, ролика из карбида кремния зеленого на металлической связке.
Шлифовальный и правящий круги электрически изолируются от станка, а затем
112
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
подсоединяются шлифовальный круг к отрицательному полюсу источника тока,
правящий - к положительному полюсу. Среда диэлектрическая (трансформаторное
или веретенное масло). Предварительная правка для устранения биения вновь
установленного круга осуществляется при напряжении от 18 до 24 В и силе тока от
40 до 50 А; окончательная правка для придания кругу заданной конфигурации и
получения требуемой точности размеров - при напряжении от 5 до 10 В и силе тока
от 8 до 12 А (с отключением подачи среды). В процессе работы круги подправляются при напряжении от 12 до 18 В и силе тока от 40 до 50 А.
Правка методом точения с тангенциальной подачей (рисунок 9.4)
аналогична правке методом обтачивания, но осуществляется брусками (прямого или
фасонного профиля). При установке бруска на столе станка непосредственно за
обрабатываемой деталью шлифовальный круг постоянно "подправляется", что
позволяет получить высокие качество и точность профиля. Эльборовые круги на
органической и керамической связках правятся алмазными брусками и брусками из
карбида кремния; алмазные круги - брусками из зеленого карбида кремния и белого
электрокорунда.
Рисунок 9.4 – Схема правки методом точения с тангенциальной подачей
Правка методом накатывания (рисунок 9.5) рабочей поверхности круга
представляет собой комбинацию пластического деформирования с дроблением
113
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
зерен и связки с уплотнением поверхности. Для накатывания используются
стальные закаленные ролики (из стали 45, 40Х твердостью 31 - 33 HRC из сталей
У8А, У10А, Р18 .твердостью 61 - 65 HRC), твердосплавные и алмазные ролики.
Ролики должны иметь следующие размеры: D=(0,2 - 0,25)DKP, высоту, равную
длине обрабатываемого профиля. В процессе правки ролик или круг вращают
принудительно с окружной скоростью до 1,5 м/с, поперечную подачу назначают в
пределах от 0,01 до 0,05 мм/мин, после окончания профилирования целесообразно
осуществить калибрование в течение от 0,5 до 5 мин. Правка методом накатывания
получила
распространение
при
многониточном
резьбошлифовании,
при
шлифовании мелкомодульного твердосплавного инструмента (долбяков, шеверов,
эвольвентных протяжек). Точность профиля накатанного круга может достигать для
линейных размеров от 0,005 до 0,01 мм, для радиуса закругления вершины не более
0,04 мм и для угловых размеров от 5' до 10'.
Рисунок 9.5 – Схема правки методом накатывания
Правка свободным абразивом - метод, который нашел применение при правке
алмазных кругов на операциях плоского шлифования и доводки. Правящей средой
служит абразивный порошок, например, из карбида кремния зеленого, подающийся
в зазор между кругом и изделием, равным 0,6 величины абразивного зерна.
114
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Контрольные вопросы и задания
1 С какой целью осуществляется правка шлифовального инструмента?
2 Приведите схему правки шлифовальных кругов методом обтачивания.
3 Назовите инструменты, применяемые для правки шлифовальных кругов
методом обтачивания.
4 Приведите схему правки шлифовальных кругов методом обкатывания.
5 Какие инструменты применяются в качестве правящих при методе
обкатывания?
6 Приведите схему правки шлифовальных кругов методом шлифования.
7 Приведите схему правки шлифовальных кругов методом точения с
тангенциальной подачей.
8 Приведите схему правки шлифовальных кругов методом накатывания.
115
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
10 Определение оптимального режима резания
Оптимальным
режимом
резания
при
шлифовании
считают
режим,
обеспечивающий высокую производительность, минимальную себестоимость и
получение необходимого качества обработанной поверхности.
Исходными данными для определения режима резания при шлифовании
являются:
1)
сведения
об
обрабатываемом
материале
и
размерах
шлифуемой
поверхности;
2) припуск на обработку;
3) требования к точности размеров;
4) требования к качеству обработанной поверхности;
5) паспортные данные станка.
Режим резания назначается в следующем порядке:
1
Выбор
шлифовального
круга
осуществляется
в
зависимости
от
обрабатываемого материала (электрокорунд - для шлифования стали, ковкого
чугуна, заточки режущего инструмента из быстрорежущих сталей; карбид кремния
черный - для серого чугуна, бронзового и алюминиевого литья; карбид кремния
зеленый - для твердых сплавов и т.д.).
В зависимости от требований к качеству поверхности выбирают зернистость.
Наиболее употребительны при обработке деталей в машиностроении и заточке
инструмента зернистости F46 - F100. Для грубых работ применяют зернистость F36
и крупнее, для высокого класса точности и шероховатости F120 - F220.
Для разрезных кругов и точных работ применяют вулканитовую и
бакелитовую связки, в большинстве случаев применяют керамическую связку.
Твердость кругов должна обеспечить частичное самозатачивание. Чем тверже
обрабатываемый .материал, тем быстрее затупляются зерна, тем мягче должен быть
круг. При обдирочном шлифовании чаще всего применяют круги, имеющие твердость O - Q, при чистовом и получистовом - I - M, при заточке инструмента - J - N.
116
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Структура кругов должна иметь большую пористость для более пластичных
материалов. Для заточки инструментов из быстрорежущих сталей - № 5, 6; для
отрезки и обработки торцом круга - № 7,8,9; для фасонного шлифования - № 3, 4.
Плотные структуры необходимы здесь для сохранения формы инструмента.
Для алмазных кругов существенное значение имеет выбор концентрации. При
небольшом объеме металла, например, для ручной заточки и доводки можно
применять круги с 25 - 50 %-й концентрацией. Для чистового шлифования, заточки
и доводки инструмента применяется концентрация от 75 % до 100 %; при фасонном
шлифовании концентрация повышается до 150 - 200 %. В зависимости от свойств
обрабатываемого материала выбираются связка и наполнитель.
2 Выбор поперечной подачи Sпоп (или глубины резания t) определяется
требованиями к качеству обработки (в пределах от 0,005 до 0,009 мм/дв.ход).
3 Определение числа проходов для снятия припуска.
4 Назначение продольной подачи Sпр в долях ширины круга в зависимости от
требований к качеству обработки (Sпр = K · B), где B – ширина круга.
5 Выбор скорости вращения изделия Vи. При черновом шлифовании скорость
определяется исходя из принятых t, Sпр и стойкости Т = 25 - 50 мин. При чистовом
шлифовании - из необходимости обеспечения заданной шероховатости. Обычно
Vи = 40 - 80 м/мин.
6 Установление скорости круга по его характеристике.
7 Выбор смазочно-охлаждающей жидкости.
8 Определение силы резания и мощности, необходимых для осуществления
процесса шлифования. Необходимые сведения для определения силы резания и
мощности приведены в разделе 4.
9 Корректировка выбранных режимов по паспорту станка. При недостаточной
мощности шлифования изменяются скорость вращения изделия Vи или подача S,
исходя из условия, чтобы произведение nи · S было бы максимальным.
117
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
10 Проверка условия шлифования без прижогов по удельной мощности,
приходящейся на 1мм ширины круга
N
N уд 
кр
.
B
Значения Nyд приводятся в справочной литературе.
11 Определение машинного времени.
Контрольные вопросы и задания
1 Дайте определение оптимального режима резания при шлифовании.
2 Перечислите исходные данные для определения режима резания при
шлифовании.
3 Перечислите порядок выполнения этапов по определению режима резания
при шлифовании.
4 Какую твердость должны иметь круги при обдирочном шлифовании?
5 Какую твердость должны иметь круги при получистовом и чистовом
шлифовании?
6 Какую твердость должны иметь круги при заточке инструмента?
7 Чем определяется значение поперечной подачи?
8 Чем определяется значение продольной подачи?
118
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
11 Ленточное шлифование
11.1 Характеристики ленточного шлифования
Одним из наиболее прогрессивных способов абразивной обработки является
шлифование абразивной лентой. Этот гибкий абразивный инструмент находит
широкое применение для шлифования фасонных деталей, внутренних и наружных
поверхностей, длинномерных труб, крупногабаритных листов проката, обдирочного
шлифования слябов и удаления дефектного слоя толщиной до 20 мм.
Абразивные и алмазные ленты применяют для формообразования деталей при
плоском,
круглом
(наружном,
внутреннем,
бесцентровом)
и
профильном
шлифовании, а также при снятии заусенцев, полировании, подготовке деталей под
покрытие и обработке покрытий, заточке и доводке режущего инструмента.
Ленточное шлифование абразивной, алмазной и эльборовой шкуркой при
подборе оптимальных режимов обеспечивает высококачественные поверхности
деталей с Ra = 0,08 - 0,16 мкм. Поэтому оно довольно широко распространено в
качестве полирования при окончательной обработке поверхностей деталей в
шарикоподшипниковой, авиационной, автомобильной промышленности.
Такое многообразие операций ленточного шлифования обусловлено более
широкими, по сравнению с шлифовальными кругами, возможностями управления
процессом резания путем изменения натяжения ленты и жесткости прижимного
ролика.
Рабочая поверхность бесконечной ленты не нуждается в правке и
балансировке; обработку производят с постоянной скоростью резания; закрепление
зерен на поверхности - упругое. При одинаковой сложности систем управления
кинематика станка для ленточного шлифования проще, чем для шлифования
кругом.
Лента
безопасна
при
разрыве.
Имеются
широкие
возможности
автоматизации процесса ленточного шлифования.
В зависимости от требований к точности детали и ее формы обработку ведут
одним из следующих способов:
119
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
а)
на свободной ветви (рисунок 11.1);
б)
с поджатием
ленты к поверхности
детали
с
помощью
ролика
(рисунок 11.2);
в) с поджатием ленты к поверхности детали с помощью жесткого копира
соответствующей формы (рисунок 11.3);
г) с поджатием ленты к поверхности детали с помощью упругого элемента
(рисунок 11.4).
Рисунок 11.1 – Схема ленточного шлифования на свободной ветви
Рисунок 11.2 – Схема ленточного шлифования с поджатием ленты к поверхности
детали с помощью ролика
120
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Обработку на свободной ветви ленты обычно применяют при выполнении
операций с невысокими требованиями к геометрической точности поверхности или
при съеме малых припусков.
Шлифование с поджимными элементами применяют при изготовлении
деталей, как простой, так и сложной формы, имеющих большие и малые припуски, в
том числе и неравномерные. Эта схема обеспечивает высокую точность обработки.
По последней схеме в основном полируют детали сложной формы.
Рисунок 11.3 – Схема ленточного шлифования с поджатием ленты к поверхности
детали с помощью жесткого копира
Рисунок 11.4 – Схема ленточного шлифования с поджатием ленты к поверхности
детали с помощью упругого элемента
121
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
При ленточном шлифовании большое значение имеют форма, размеры,
материал и твердость контактных роликов, которые прижимают абразивную ленту к
обрабатываемой поверхности и должны обладать определенной эластичностью и
высокой приспосабливаемостью к конкретным условиям шлифования.
Ободы контактных роликов изготавливают металлическими, резиновыми с
гладкой и рифленой поверхностью, а также хлопчатобумажными, состоящими из
гофрированных миткалевых колец с различной стежкой.
На рисунках 11.5 - 11.9 приведены примеры технологических операций
ленточного шлифования для обработки различных деталей.
Для гладких цилиндрических деталей применяется бесцентровое шлифование
(рисунок 11.5).
Рисунок 11.5 – Схема бесцентрового ленточного шлифования
Широкие и плоские детали обрабатываются с подачей детали под контактным
роликом (рисунок 11.6), а мелкие детали - вручную на широком ленточном полотне
(рисунок 11.7).
Возможна обработка внутренних поверхностей (рисунок 11.8), шлифование
различных шеек и цилиндрических участков с прижимом жестким или упругим
контртелом (рисунок 11.9).
122
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рисунок 11.6 – Схема обработки с подачей детали под контактным роликом
Рисунок 11.7 – Схема обработки мелких деталей на ленточном полотне
Сложные фасонные поверхности обрабатывают широкой лентой одновременно по всей поверхности или узкой лентой построчечно.
Строчечная обработка имеет свои разновидности: обработка продольной
строкой, поперечной строкой, с проходом в двух направлениях и с движением
площадки контакта по синусоиде.
Подачу абразивной ленты на врезание можно осуществлять жестко на
заданную величину или бесступенчато.
123
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рисунок 11.8 – Схема обработки внутренних поверхностей
Рисунок 11.9 – Схема обработки деталей с прижимом жестким или упругим
контртелом
Абразивные ленты используют при обработке различных материалов: сталей
(легированных и жаропрочных), цветных металлов (алюминия, меди, латуни),
титановых и жаропрочных сталей.
124
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
11.2 Виды, размеры и характеристики ленточного шлифовального
инструмента
11.2.1 Виды основ, связок, аппретов для шлифовальной шкурки
Шлифовальная
шкурка,
применяемая
для
изготовления
бесконечных
абразивных лент состоит из основы 1, аппрета 2, связки 3 и абразивных зерен 4.
Структура шлифовальной шкурки приведена на рисунке 11.10.
Рисунок 11.10 – Структура шлифовальной шкурки
Шлифовальная шкурка изготавливается на поточных автоматизированных
линиях (рисунок 11.11). На размоточное устройство 1 устанавливается рулон
аппретированной ткани или бумаги. Основа проходит через маркировочную машину
2, где на нерабочую сторону полотна наносится маркировка, затем через
двухвалковый клеенаносящий механизм 3 и устройство нанесения шлифзерна 4.
Далее основа с абразивным зерном поступает в гирляндное сушило 5, затем – во
второй клеенаносящий механизм 6. Во втором гирляндном сушиле 7 происходит
окончательная сушка шкурки, после чего готовое полотно поступает на намоточный
станок 8.
Тканевая основа должна быть прочной, эластичной, способной поглощать
аппрет, клеевую связку и иметь малое относительное удлинение. Для этого
используют
хлопчатобумажную
саржу
(легкую,
среднюю,
утолщенную),
полудвунитку (ПД), киперную ткань, стеклосетку, стеклоткань.
125
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рисунок 11.11 – Схема поточной автоматизированной линии для производства
шлифовальной шкурки
Синтетические материалы (стеклосетка, стеклоткань) имеют в 1,5 раза больше
механическую прочность, чем тканевые и повышенную водостойкость. Основа из
стеклоткани
имеет
ровную
поверхность
без
узлов,
морщин,
складок
и,
следовательно, разнотолщинность ее меньше тканевой.
В качестве хлопчатобумажных тканевых основ применяют саржу особо
легкую суровую (ЛО), саржу особо легкую гладкокрашеную (ЛОГ), саржу легкую
№1 суровую (Л1), саржу легкую №2 суровую (Л2), саржу легкую №2
гладкокрашеную (Л2Г), саржу среднюю №1 суровую (С1), саржу среднюю №1
гладкокрашеную (С1Г), саржу среднюю №2 суровую (С2), саржу среднюю №2
гладкокрашеную (С2Г), саржу утяжеленную №1 суровую (У1), саржу утяжеленную
№1 гладкокрашеную (У1Г), саржу утяжеленную №2 суровую (У2), саржу
утяжеленную №2 гладкокрашеную (У2Г), полудвунитку гладкокрашеную (П),
саржу плащевую (СП), шифон (Ш).
Выбор основы обусловлен нагрузками при шлифовании. Саржа особо легкая,
легкая и средняя применяются для изготовления шкурки, предназначенной для
работы со средними нагрузками. Такие ткани, как саржа утяжеленная применяют на
особо тяжелых операциях. Шифон, капрон, плащевая ткань предназначены для
изготовления более эластичной шкурки, способной обеспечить шероховатость
поверхности Ra = 0,08 - 0,04 мкм и обрабатывать сложные поверхности.
Тканевую основу шлифовальной шкурки обязательно покрывают аппретом.
Аппретирование - нанесение на ткань аппретно-грунтовочной массы, тонкий и
126
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
плотный слой которой должен заполнить поры ткани так, чтобы связующее
вещество проникло на другую сторону основания. Это увеличивает прочность ткани
на разрыв, повышает прочность сцепления нитей и жесткость шкурки, уменьшает
относительное удлинение.
Аппретом неводостойких лент на мездровом клее является состав, в который
входят каолин, тальк, канифоль, мучные отходы и силикат.
В качестве связки для тканевых, бумажных, комбинированных шкурок
предназначенных для работы без охлаждения или с применением СОЖ на основе
масла, керосина, уайт-спирита применяют мездровый клей или его композицию с
фенолформальдегидными смолами. Для бумажной водостойкой шкурки в качестве
связки служит лак ПФ-587, лак марки ЯК-153 или эпоксидный лак; для тканевой
водо- и термостойкой шкурки - фенолформальдегидные смолы жидкие марок
СФЖ - 3038 и СФЖ - 3039; для шкурок на фибровой основе - неорганические связки
(натриевое стекло), органические (жидкий бакелит) или фенолформальдегидные
смолы; для шкурки на лавсановой и металлической основах - каучукосодержащие
связки Р1, Р4, Р8, Р9, Р14. Шлифовальными материалами для шкурки являются
электрокорунд, монокорунд, карбид кремния, стекло, эльбор, алмаз.
Зерна
на
поверхности
шлифовальной
шкурки
закрепляются
электростатическим, механическим или гравитационным методами. Электростатический метод нанесения зерен на смазанную клеем основу позволяет получить
шлифовальную
шкурку
с
ориентированными
зернами,
что
положительно
сказывается на работе абразивных лент, изготовленных из такой шкурки.
На основу шкурки первоначально наносятся зерна основной фракции, которые
затем цементируются зернами более мелких фракций.
11.2.2 Виды и типы шлифовальной шкурки
В зависимости от условий и требований, предъявляемых при эксплуатации,
шлифовальная шкурка выпускается на бумажной и тканевой основах.
Бумага для основы должна быть прочной, чтобы выдерживать механические
воздействия. Её классифицируют в зависимости от плотности (г/м2) и маркируют
согласно FEPA или ТУ 3985-009-00223332-2003 (смотри таблицу 11.1 ).
127
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 11.1 – Классификация бумажной основы в зависимости от плотности
Буква кода
Плотность бумаги, г/м2
Рекомендуемое применение
A
<83
B
85 - 110
Ручное шлифование,
портативное оборудование
Ручное шлифование,
портативное оборудование
C
110 - 135
Легкое чистовое шлифование
D
135 - 160
Автоматические станки
E
220 - 270
Большие ленты
F
270 - 350
Высокоустойчивые ленты
G
350 - 500
Высокоустойчивые ленты
H
>500
Высокоустойчивые ленты
Бумага может быть как водостойкой, так и обычной. Водостойкая бумага
обозначается буквой W.
Преимущества бумажной основы: низкая стоимость, не происходит удлинение
основы при работе, поверхность позволяет наносить самые мелкие фракции
шлифматериала. Недостатками бумажной основы являются невысокая прочность и
износостойкость.
Для шлифовальных шкурок на тканевой основе чаще всего в качестве основы
используют хлопок и полиэстер. Ткани пропитываются полиэфирной смолой для
придания им большей прочности и водостойкости.
Основными характеристиками тканей являются эластичность и прочность на
разрыв.
По классификации FEPA или ТУ 3985-009-00223332-2003 характеристики
основы подразделяются на семь классов:
1) E – особо гибкая;
2) B – очень гибкая;
3) I – гибкая;
4) T – жестко-гибкая;
128
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
5) X – жесткая;
6) Y – полиэстер для сегментных лент;
7) R – полиэстер для широких лент.
Тканевая основа по сравнению с бумажной имеет более высокую прочность,
износостойкость и водостойкость.
Недостатками тканевой основы являются относительно высокая стоимость и
удлинение при работе.
В качестве основы для изготовления шлифовальных дисков применяется
фибра.
По классификации FEPA основа обозначается следующими буквами:
1) K – ткань;
2) P – бумага;
3) F – фибра;
4) C – комбинированная;
5) X – полиэстер;
6) T – латексная бумага.
В качестве абразивного материала при изготовлении шкурки используются:
- электрокорунд легированный – A,
- карбид кремния – C,
- электрокорунд – K,
- электрокорунд керамический – S,
- электрокорунд циркониевый – Z.
Зернистость абразивного материала: 100 - М10 по ГОСТ 3647 – 80 или
P20 – P2000 по FEPA.
Полная расшифровка шлифовальной шкурки по ТУ 3985-009-00223332-2003
представлена в таблице 11.2.
Назначение серий шлифовальной шкурки в зависимости от обрабатываемого
материала представлено в таблице 11.3
129
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 11.2 – Обозначение серий шлифшкурки (ТУ 3985-009-00223332-2003)
1-й знак
шлифматериал
2-й знак
основа
3-й знак
связующее
4-й знак
спец. свойства
5-й знак
характеристика основы
Бумага
(плотность, г/м2)
K - электрокорунд K - ткань
1 - смола+смола
C - карбид
P - бумага
кремния
А - электрокорунд
F - фибра
легированный
1 - открытое
нанесение
2 - клей
3 - клей+смола
Z - электрокорунд С – комбинироциркониевый
ванная
4 - лак
S - электрокорунд
Х - полиэстер
керамический
6 - карбамидная
смола
3 - стеаратовое
покрытие
4 - стеарат.
покрытие+откр.
нанесение
0,2,5,7-9 служебное
использование
Т - латексная
бумага
Ткань
А - до 85
Е - особо гибкая
B - 85 - 100
F - очень гибкая
С - 110 - 135
J - гибкая
D - 135 - 160
Т - жёстко-гибкая
Е - 220 - 270
Х - жёсткая
F - 270 - 350
G - 350 - 500
Y - полиэстер для
сегментных лент
R - полиэстер для
широких лент
Буква W в конце названия серии обозначает водостойкую шлифшкурку
Таблица 11.3 – Назначение серий шлифовальной шкурки
Обрабатываемый
материал
Стали
Легированные,
нержавеющие стали
Сплавы
Чугуны
Титан и его сплавы
Цветные металлы
Пластмассы
Керамика
Камень
Стекло
Твердая древесина
Мягкая древесина
Серии шлифовальной шкурки
KX10XW, KX10YW, KK10XW, KK16XW, KK18XW, KK19XW, 14A
СФЖ У1С, 14A СФЖ С1С, KK10JW, KK15JW, ZK10JW, KK19JW
KF10, ZX10XW, ZX10YW, ZK10XW, ZK16XW, KP10C, KP11C
KF10, ZX10XW, ZX10YW, KX10XW, KX10YW, ZK10XW, ZK16XW,
KK10XW, KK16XW, KK18XW, KK19XW, 14A СФЖ У1С, 14A СФЖ
С1С, KK10JW, KK15JW, ZK10JW, KK19JW, KP10C, KP11C
KF10, ZX10XW, ZX10YW, KX10XW, KX10YW, ZK10XW, ZK16XW,
KK10XW, KK16XW, KK18XW, KK19XW, 14A СФЖ У1С, 14A СФЖ
С1С, KK10JW, KK15JW, ZK10JW, KK19JW
CX10YW, CX10RW, CK10XW, CK16XW, CK18XW, CK19XW, 54C
СФЖ У1С, CP10F
KK10FW, KK15FW, CP13E, KP11E, KP10C, KP11C, KP40C, KP41C
CK10XW, CK16XW, CK18XW, CK19XW, 54C СФЖ У1С, KK10FW,
KK15FW, KK11FW, CP10F
CK10XW, CK16XW, CK18XW, CK19XW, 54C СФЖ У1С, CP10F,
CP13E
CK10XW, CK16XW, CK18XW, CK19XW, 54C СФЖ У1С
CK10XW, CK16XW, CK18XW, CK19XW, 54C СФЖ У1С, CP10F
KX10XW, KX10YW, KK10XW, KK16XW, KK18XW, KK19XW, 14A
СФЖ У1С, 14A СФЖ С1С, KK10JW, KK15JW, ZK10JW, KK19JW,
KP10E, KP10C
KK10FW, KK15FW, KK11FW, CP13E, KP11E, KP11C, KP40C, KP41C
130
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
11.3
Режимы
ленточного
шлифования
и
качество
обработанных
поверхностей
На характеристики процесса обработки при ленточном шлифовании оказывает
влияние множестве факторов.
Наиболее
значимыми
являются:
скорость
шлифования,
давление,
характеристика абразивной ленты, свойства обрабатываемого материала, натяжение
ленты, форма и материал контактного ролика, вид применяемой СОЖ и др.
На рисунке 11.12 представлена зависимость шероховатости поверхности при
ленточном шлифовании от скорости ленты, диаметра и твердости обода контактного
ролика. Шероховатость поверхности зависит также от формы поверхности диска
контактного ролика.
Рисунок 11.12 – Зависимость шероховатости поверхности при ленточном
шлифовании от различных факторов
Натяжение ленты оказывает большое влияние на ее стойкость и условия
работы оборудования. Так, например, при малом натяжении ленты происходит ее
проскальзывание и потеря скорости, а также сбегание ленты со шкивов, что ведет к
быстрому затуплению зерен при низкой эффективности шлифования.
131
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Повышенное натяжение ленты вызывает ее чрезмерное удлинение и
натяжение тканевого основания, в результате чего резко снижается стойкость ленты
и происходит ее быстрый износ. Натяжение ленты колеблется в пределах от 0,2 до
1,2 МПа (от 2 до 12 кгс/см).
Выбор зернистости абразивного материала ленты необходимо производить в
зависимости от характера операции технологического процесса, требуемой
шероховатости и свойств обрабатываемого материала деталей.
Так, при грубой обработке деталей из стали и чугуна выбирают ленты
зернистостью P36 (50) и выше из электрокорунда белого или легированного. При
малом съеме металла зернистость ленты принимают P40 (40) и менее.
При выборе зернистости абразивной ленты необходимо иметь в виду, что с
уменьшением номера зернистости съем металла и шероховатость уменьшается и
наоборот. Поэтому для чистовых операций окончательной обработки принимают
абразивные
ленты
малой
зернистости.
Так,
например,
в
подшипниковой
промышленности для полирования колец применяют эластичные водостойкие
абразивные ленты из электрокорунда зернистостью P150 - P320 (10 - М40).
При ленточном шлифовании и полировании шеек коленвалов, стержней
клапанов,
поршневых
пальцев
и
т.д.
применяется
абразивная
лента
из
электрокорунда зернистостью P60 - P150 (25 - 10).
Шлифование деталей под окраску производят лентами зернистостью
P150 - P180 (10 - 8), а под гальванопокрытия – P220 - P400 (6 - М28).
Для обработки титановых и жаропрочных сталей зернистость абразивных лент
выбирают в зависимости от характера операции.
Ленточное шлифование может производиться всухую и с применением СОЖ
на масляной и водной основе. Поэтому при выборе характеристик абразивной ленты
необходимо учитывать свойства применяемой СОЖ. С увеличением вязкости СОЖ
шероховатость обрабатываемой поверхности уменьшается.
Давление при ленточном шлифовании должно назначаться с учетом
характеристик материала обрабатываемых деталей. При шлифовании углеродистых
и конструкционных сталей давление доходит до 0,5 МПа, чугуна – 0,4 МПа, а для
132
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
титановых и жаропрочных сплавов – от 0,15 до 0,3 МПа. При полировании
назначаемое давление меньше, чем при шлифовании.
С увеличением скорости ленты до 25 - 30 м/с производительность при
ленточном шлифовании возрастает. При дальнейшем увеличении скорости
производительность и стойкость абразивной ленты резко падают. Поэтому скорость
абразивной ленты обычно устанавливают в пределах 30 м/с.
11.4 Силы резания и мощность при шлифовании
Зависимости Pz и Ру от режимов шлифования могут быть выражены в
следующем виде
Pz  Cp z  t
xPz
Py  Cp y  t
xPy
S
y Pz
b
S
y Py
b
qP
z
,
qP
y
,
где t - глубина шлифования;
S - продольная подача;
b - ширина шлифования.
Средние значения показателей степени при шлифовании абразивной лентой
конструкционных материалов находятся в пределах xр = 0,8 - 0,9; yp. = 0,35 - 0,45;
qp = 0,9 - 0,98.
Отношение Ру / Pz при шлифовании сталей и жаропрочных сплавов малозатупленной лентой остается примерно постоянным (1,8 - 2) и снижается до 1,4 - 1,5
при резании мягких и цветных сплавов.
Если сопоставить при прочих равных значениях Pz и Ру в случае шлифования
абразивным кругом и лентой, то силы Pz и Ру примерно на 20 - 25 % ниже, чем для
круга.
133
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Это во многом связано с низким коэффициентом трения клеевой связки ленты
по металлу (0,22), что значительно ниже коэффициента трения керамической связки
(0,61 - 0,72).
Мощность ленточного шлифования изменяется в соответствии с характером
изменения тангенциальной силы Pz. Удельная мощность шлифования, отнесенная к
1 см ширины ленты, находится в пределах от 0,4 до 0,6 Вт/см для различных
обрабатываемых материалов.
11.5 Тепловые явления при ленточном шлифовании
Теоретическими и экспериментальными исследованиями установлено, что
тепловой режим при ленточном шлифовании значительно отличается от теплового
режима при шлифовании абразивными кругами, поскольку в первом случае
имеются широкие возможности регулирования тепловых потоков за счет изменения
теплопроводности инструмента и контактных роликов, использования низкотемпературных охлаждающих сред.
Теплопроводность абразивной ленты можно изменять путем включения в
состав аппрета и связки различных наполнителей и изменения теплофизических
свойств основы, способа нанесения и плотности насыпки абразивного зерна.
Прижимные ролики и копиры различной жесткости, позволяют регулировать
площадь контакта инструмента с заготовкой, что, в свою очередь, влияет на
тепловой баланс процесса.
Особые физико-механические свойства шлифовальной шкурки позволяют
применять распыленную углекислоту и другие низкотемпературные среды.
Практика ленточного шлифования показывает, что температура в зоне резания
в 1,5 - 3 раза ниже, чем при шлифовании кругами.
Наибольшее влияние на температуру в зоне резания оказывают глубина
резания и продольная подача. Например, увеличение глубины резания в интервале
от 0,005 до 0,05 мм на ход стола повышает температуру при ленточном шлифовании
134
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
с 420 до 800 К. Поэтому рекомендуется обработку деталей производить при глубине
резания 0,03 мм за один ход стола и с продольной подачей в пределах от 2,5
до 10 м/мин.
Применение СОЖ в значительной мере снижает температуру в зоне резания
до 420 - 470 К, а, следовательно, помогает избежать на обработанных поверхностях
прижогов, микротрещин и других дефектов.
При оптимальных режимах ленточного шлифования, когда температура в зоне
резания не достигает критической температуры фазовых превращений, в
поверхностном слое возникают остаточные напряжения при глубине расположения
до 30 - 40 мкм. Микротвердость поверхностного слоя может повышаться при этом
на 15 - 20 %.
11.6 Износ и стойкость шлифовальных лент
Работоспособность
гибкого
абразивного
инструмента
определяется
следующими факторами: упругой и пластической деформацией ленты; прочностью
связи абразивного зерна со связкой; разрушением и истиранием абразивных зерен;
налипанием (схватыванием) стружки с абразивным зерном; забиванием пор
стружкой (засаливанием).
В общем случае на абразивную ленту в процессе шлифования действует
система сил, под действием которых инструмент вытягивается и становится тоньше.
Различают два периода износа водостойкой абразивной ленты. В первый
период под действием нагрузки наблюдается значительная упругая и пластическая
деформация инструмента, сопровождающаяся разрушением связи и выкрашиванием
непрочно закрепленных зерен. Второй период характеризуется относительно
установившимся процессом шлифования, т.е. происходит нормальный износ
абразивных зерен от истирания.
Затупление абразивных зерен ленты сопровождается заметным уменьшением
шероховатости поверхности (рисунок 11.13).
135
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рисунок 11.13 – График зависимости шероховатости обработанной поверхности от
времени резания Rz = f(τ) при ленточном шлифовании
Износ абразивных зерен вызывает уменьшение минутного съема (рисунок 11.14)
Рисунок 11.14 – График зависимости съема металла от времени резания q = f(τ)
136
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Контрольные вопросы и задания
1 Назовите области применения ленточного шлифования.
2 Приведите схемы разновидностей ленточного шлифования.
3 Какие материалы применяются в качестве основы шлифовальных лент?
4 Какие связующие материалы применяются при изготовлении шлифовальных
лент?
5 Перечислите факторы, влияющие на характеристики процесса обработки
при ленточном шлифовании.
6 Перечислите факторы, влияющие на составляющие силы резания при
ленточном шлифовании.
7 Перечислите факторы, влияющие на температуру в зоне резания при
ленточном шлифовании.
8 Перечислите факторы, влияющие на работоспособность шлифовальных
лент.
9 Объясните сущность периодов износа шлифовальных лент.
137
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
12 Хонингование
12.1 Сущность и характеристика процесса хонингования
Хонингование является одной из распространенных операций для финишной
обработки, главным образом внутренних цилиндрических поверхностей деталей в
условиях серийного и массового производства после операций шлифования,
растачивания, развертывания, протягивания и т. д. Хонингование дает возможность
повысить точность размеров, значительно уменьшить погрешности геометрической
формы и шероховатость обрабатываемой поверхности. Хонингованием получают
гладкие и блестящие поверхности с Ra = 0,32 - 0,08 мкм и точностью размеров по
7 - 5 квалитету.
Обработку поверхностей деталей при хонинговании производят абразивными
или алмазными брусками, закрепленными в специальной головке, называемой
хоном. Количество и размеры брусков определяются размерами обрабатываемого
отверстия и конструкцией хонинговальной головки. В процессе обработки,
хонинговальная головка получает вращательное и возвратно-поступательное
движения вдоль оси отверстия. Для снятия припуска брускам сообщается
радиальное движение подачи.
Одна из конструкций хонинговальной головки приведена на рисунке 12.1.
Основной деталью является корпус 2, в четырех пазах которого размещены колодки
3. В канавках колодок располагаются пластины 4 с наклеенными абразивными
брусками 5. Колодки постоянно стягиваются к оси головки кольцевыми пружинами
7. В центральном отверстии головки размещается шток с двумя разжимными
конусами 6. При движении штока вниз конусы, преодолевая сопротивление
пружины, раздвигают колодки.
Корпус 2 соединяется шарнирным устройством с узлом компенсации износа
брусков и с помощью патрона крепится к шпинделю хонинговального станка. Через
поводок 1 шток получает
от гидромеханизма станка осевое перемещение,
преобразуемое с помощью конусов в радиальное рабочее движение колодок с
138
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
абразивными брусками. Шток с конусами после окончания обработки возвращается
в верхнее исходное положение с помощью прижимной пружины, а колодки с
абразивными брусками при этом утапливаются в гнездах кольцевыми пружинами.
Для направления перед началом обработки хонинговальной головки в
отверстие служат направляющие планки 8, установленные на диаметре, меньшем
диаметра хонингуемого отверстия на 0,3 - 0,5 мм.
Алмазные бруски к планкам припаивают припоями ПОС-30, ПОС-40 или
ПОС-61, а также приклеивают эпоксидной смолой.
Рисунок 12.1 - Конструкция хонинговальной головки
Абразивные бруски крепят к колодкам с помощью планок, винтов, плоских
пружин или приклеивают клеем (целлулоидным, силикатным, бакелитовым и т. д.);
Хонингование применяется для обработки сквозных и глухих отверстий, а
также гладких отверстий и отверстий с прерывистыми поверхностями (шлицевых
отверстий, со шпоночными канавками и т.д.). На рисунке 12.2 а показана конструкция хонинговальной головки для обработки шлицевого отверстия. Конструкция ее
аналогична конструкциям хонинговальных головок для обработки гладких
отверстий, но абразивные бруски располагаются под углом к оси. Угол наклона оси
139
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
колодок
выбирается
таким, чтобы обеспечивалось постоянное перекрытие
шпоночных или шлицевых пазов не менее чем двумя брусками одновременно.
При хонинговании глухих отверстий в них должна предусматриваться канавка
для выхода брусков. В случае отсутствия канавки должных размеров при
невозможности ее проточки по конструктивным соображениям при хонинговании
может получиться сужение ко дну отверстия. Для устранения этого недостатка
хонинговальный станок
снабжается устройством для
замедления
скорости
продольного хода ко дну отверстия и выдержки вращающегося хона в конце
каждого хода. В конструкциях хонинговальных головок для обработки глухих
отверстий бруски выдвигаются дальше вниз к торцу корпуса головки.
а - для хонингования отверстий с прерывистыми поверхностями;
б - жестко закрепляемая хонинговальная головка.
Рисунок 12.2 - Конструкции хонинговальных головок
В отличие от шлифования в процессе хонингования площадь участка
контактирования инструмента с поверхностью обрабатываемого отверстия будет в
несколько раз больше. В связи с этим в процессе хонингования предусматривается
полное или частичное взаимное базирование режущей поверхности брусков и
обрабатываемого отверстия. Для этой цели обеспечиваются четыре или две степени
свободы инструмента относительно детали или наоборот.
140
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Прогрессивные
технологические
процессы
обработки
деталей
предусматривают одновременное хонингование нескольких соосных отверстий в
корпусной детали, а также хонингование одновременно нескольких деталей с
небольшими габаритными размерами в пакете.
Если соосные отверстия располагаются в корпусной детали на небольшом
расстоянии, то используют хонинговальную головку с длинными абразивными или
алмазными брусками. При этом для уменьшения отклонений от соосности и
искажения геометрической формы отверстий длина брусков должна выбираться
такой, чтобы они при входе в очередное отверстие направлялись одним или двумя
предшествующими отверстиями.
Если соосные отверстия располагаются в детали на большом расстоянии, то
должно быть обеспечено хорошее направление хонинговальной головки. Кроме
того, рекомендуется использовать в этом случае головки с многорядным
расположением абразивных брусков. Бруски по длине головки располагаются в
зависимости от расстояния между хонингуемыми отверстиями в корпусной детали.
Для хонингования длинных отверстий в деталях типа гильз и труб применяются специальные хонинговальные головки. Эти головки имеют несколько рядов
брусков, поэтому их называют многорядными. Обычно в зависимости от глубины
хонингуемого отверстия применяют головки с 2, 3 или 4 рядами абразивных или
алмазных брусков. Такие хонинговальные головки в отличие от однорядных имеют
еще дополнительные направляющие устройства в корпусе. Число брусков в каждом
ряду зависит от диаметра хонингуемого отверстия и может быть от 4 до 16.
В массовом и крупносерийном производстве нашел применение метод
хонингования и наружных цилиндрических поверхностей, который называют
охватывающим наружным хонингованием. Для этой цели применяют специальные
головки для наружного хонингования. Так, например, данным способом производят
одновременную обработку пакета поршневых колец по наружному диаметру.
Вращательное и возвратно-поступательное движения хонинговальной головки
приводят к тому, что каждый абразивный брусок, контактируя с обрабатываемой
поверхностью и царапая ее выступающими зернами, наносит совокупность
141
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
винтовых
царапин,
которые
пересекаются
и
образуют
характерную
для
хонингования сетку следов обработки. На рисунке 12.3 показана схема образования
сетки на развертке обрабатываемой поверхности одним бруском за один возвратнопоступательный ход его. Угол пересечения следов 2α, зависящий от соотношения
скоростей вращательного и возвратно-поступательного движений, является одним
из основных параметров процесса хонингования. Изменение этого угла оказывает
влияние на интенсивность съема металла, а также на эффективность исправления
исходных погрешностей геометрической формы обрабатываемого отверстия.
Рисунок 12.3 - Схема образования хонинговальной сетки на развертке
обрабатываемой поверхности за один возвратно-поступательный ход бруска
В отличие от шлифования при хонинговании в процессе микрорезания
принимает одновременное: участие большое количество абразивных зерен. Это
обеспечивает высокую интенсивность съема металла при сравнительно низком
давлении на обрабатываемую поверхность. Скорости резания при хонинговании
устанавливаются ниже, чем при шлифовании. В процессе хонингования в зону
обработки
обильно
подается
смазочно-охлаждающая
жидкость,
Все
эти
обстоятельства обуславливают низкотемпературный характер процесса обработки,
что
оказывает
положительное
влияние
на
качественные
характеристики
поверхностного слоя обработанной детали.
142
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
12.2 Технологические режимы абразивного и алмазного хонингования
Производительность и качественные характеристики поверхности детали,
обработанной хонингованием, во многом зависят от принятых условий обработки и
технологических режимов. При этом важно правильно подобрать материал и
зернистость абразивных брусков, их размеры, длину продольного хода головки,
скорости возвратно-поступательного движения и вращения хонинговальной
головки, давление прижима брусков к обрабатываемой поверхности, а также
назначить СОЖ. Выбор условий и параметров режимов обработки производится в
зависимости от конструктивных особенностей и материала обрабатываемой детали,
исходной шероховатости и технических требований к качественным характеристикам хонингованной поверхности детали.
Длину абразивных брусков хонинговальной головки выбирают в зависимости
от длины обрабатываемого отверстия. В общем случае при хонинговании гладких
отверстий наилучшие результаты получаются при длине брусков lб = (0,5 - 0,75)L
(L - длина обрабатываемого отверстия). При обработке коротких отверстий (L < d)
длина брусков l = (1,0 - 1,2) L.
Длина выхода брусков за торец хонингуемого отверстия lв = 1/3·lб , а следовательно, длина хода головки lх = L +2·lв -·lб, или lх = L -·lв .
Схема определения длины хода хонинговальной головки представлена на
рисунке 12.4.
Поскольку
хонингование
применяется
для
исправления
погрешностей
геометрической формы, получения заданной точности диаметрального размера и
уменьшения шероховатости поверхности, то обычно обработку деталей ведут в два
приема. На операции предварительного хонингования уменьшается исходная
шероховатость и устраняются погрешности геометрической формы от предшествующей операции (конусность, овальность, бочкообразность, волнистость и т. д.).
На данной операции снимается основная часть припуска. Операция выполняется
при повышенных режимах, в результате чего съем металла происходит главным
143
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
образом за счет микрорезания. Обработка идет в режиме самозатачивания
абразивных брусков, обеспечивающем стабильный и интенсивный съем металла.
Рисунок 12.4 - Схема определения длины хода хонинговальной головки
На операции окончательного хонингования ставится цель довести точность
размера и шероховатость до установленных техническими условиями, обеспечить
высокие качественные характеристики поверхностного слоя. Поэтому данная
операция выполняется при меньшем давлении и меньших скоростях по сравнению с
предварительным хонингованием. В этих условиях в процессе абразивного
воздействия брусков на поверхность увеличивается пластическое деформирование и
происходит выхаживание поверхности, уменьшающее ее шероховатость.
Припуск на операцию предварительного хонингования назначается в
зависимости от материала обрабатываемой детали и точностных характеристик
предшествующей операции. Припуск берется обычно в 1,5 - 2 раза больше
погрешности формы отверстия от предшествующей обработки и в среднем
составляет от 0,05 до 0,15 мм.
При
окончательном
хонинговании
припуск
устанавливается
также
В
зависимости от обрабатываемого материала и колеблется от 0,005 до 0,03 мм.
При выборе операций хонингования можно ориентировочно назначать припуск
на обработку по таблице 12.1 в зависимости от исходной и допускаемой
144
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
погрешностей формы и шероховатости. Абразивный материал и зернистость брусков
выбирают в зависимости от материала обрабатываемой детали, припуска на
обработку и требуемой шероховатости поверхности после обработки.
Таблица 12.1 – Припуск на обработку и число операций при хонинговании
отверстий
Ожидаемые результаты
хонингования
Номер Припуск
опера- на опера- погрешшероховацию, мкм
ность
тость Ra,
требуе- ции
исходная требуемая
исходная
формы, мкм
мкм
мая
1
150 - 200
15 - 20
2,5 - 0,63
100 - 150
4-5
2
20 - 30
6 - 10
0,63 - 0,16
3
12 - 15
4-5
0,32 - 0,08
Rz = 40 - 10
1
80 - 120
10 - 18
2,5 - 0,63
50 - 90
3-4
2
15 - 25
5-9
0,63 - 0,16
3
8 - 12
3-4
0,32 - 0,08
1
50 - 70
8 - 12
1,25 - 0,32
Rz = 20 - 10
25 - 40
2
12 - 15
4-6
0,63 - 0,16
Ra = 2,5 - 1,25
3
6 - 12
2-3
0,32 - 0,08
2-3
1
20 - 35
5-9
1,25 - 0,16
12 - 15
2
10 - 12
2-3
0,32 - 0,08
Ra = 2,5 - 0,63
1
15 - 20
2-4
0,63 - 0,16
6 - 12
1-2
2
4-6
1-2
0,32 - 0,08
Шероховатость
поверхности, мкм
Ra = 0,32 - 0,08
Погрешность
формы, мкм
Абразивные бруски чаще всего изготовляются из электрокорунда и карбида
кремния на бакелитовой, вулканитовой, глифталевей и керамической связках. При
обработке металлов с высоким сопротивлением на разрыв, например сталей, ковких
чугунов и т. д., применяют электрокорундовые бруски, а с низким сопротивлением
на разрыв - бруски из карбида кремния. Зернистость брусков выбирается с учетом
припуска на обработку и требуемой шероховатости. При этом для предварительного
хонингования, когда удаляется основная масса металла, выбирают бруски с большей
зернистостью (F120 - F90), а при окончательном хонинговании - с меньшей
(F1200 - F320) (таблица 12.2).
Алмазные бруски применяются при хонинговании деталей из закаленных
сталей, чугуна, твердых сплавов, а также при хонинговании в автоматическом цикле
с применением средств активного контроля. Хонингование алмазными брусками
позволяет повысить точность геометрической формы, уменьшить шероховатость
поверхности. Сам процесс обработки в этом случае проходит более стабильно.
145
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 12.2 – Характеристика хонинговальных брусков в зависимости от
припуска на обработку, материала детали и шероховатости поверхности
Материал
детали
Припуск на
обработку,
мм
Шероховатость
поверхности Ra, мкм
исходная достигаемая
Сталь
0,04 - 0,07
2,5
0,63
63С F120 P - R V (63С10 СТ2 - Т1 К)
24A F120 N - P V (24А10 С2 - СТ2 К)
0,02 - 0,04
1,25
0,63
63С F360 P - S V (63СМ40 СТ2 - Т2 К)
63С F320 P - S V (63С4 СТ2 - Т2 К)
0,003 - 0,005
0,63
0,16
63С F600 - F400 O - P V
(63С М14 - М28 СТ1 - СТ2 К)
Закаленная
сталь
0,08 - 0,14
0,04 - 0,08
0,03 - 0,04
0,01 - 0,03
2,5
2,5
1,25
1,25
1,25
0,63
0,32
0,32
24А F120 O - P V (24А10 СТ1 - СТ2 К)
24А F180 N - P V (24А6 С2 - СТ2 К)
24А F220 N - P V (24А5 С2 - СТ2 К)
63C F360 - F220 O - P V
(63С3-5 С1 - СТ1К)
24A F360 - F220 O - P V
(24А3 - 5 С1 - СТ1 К)
Серый чугун
0,08 - 0,16
5,0
2,5
0,05 - 0,08
0,03 - 0,05
0,02 - 0,03
0,005 - 0,008
2,5
2,5
1,25
0,63
1,25
1,25
0,63
0,32
0,005 - 0,008
0,63
0,16
63С F120 - F100 R - S V
(63С 12 - 16 Т1 - Т2 К)
63С F120 R - S V (63С10 Т1 - Т2 К)
63С F120 P - S V (63С10 СТ2 - Т2 К)
63С F180 P - S V (63С6 СТ2 - Т2 К)
63С F500 - F400 P - S V
(63С М20 - М28 СТ2 - Т2 К)
63С F600 - F500 P - S V
(63С М14 - М20 СТ2 - Т2 К)
0,08 - 0,16
2,5
1,25
0,04 - 0,08
1,25
0,63
0,01 - 0,03
0,63
0,32
(незакаленная)
Закаленный
серый чугун
Характеристика хонинговальных
брусков
63С F90 R - S V
(63С 16 Т1 - Т2 К) (бакелитизированные)
63С F150 - F100 R - S V
63С 10 - 12 Т1 - Т2 К (бакелитизир.)
63С F360 L - N V
(63С М40 СМ2 - С2 К )
П р и м е ч а н и е - В скобках приведены характеристики хонинговальных брусков по
ГОСТ 2456 - 82
Хонинговальные бруски из эльбора успешно применяются при обработке
деталей из закаленных сталей и других труднообрабатываемых материалов. Выбор
материала алмазных и эльборовых брусков, а также их зернистости производится в
каждом конкретном случае с учетом вида обрабатываемого материала и характера
хонинговальной операции (таблица 12.3).
146
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 12.3 – Зернистость алмазных хонинговальных брусков в зависимости от припуска на обработку и
материала детали
Материал обрабатываемой
Припуск
на
диаметр
Сталь улучшенная
Сталь закаленная
Серый чугун
детали
Чугун серый
закаленный
ГОСТ
ГОСТ Р
ГОСТ
ГОСТ Р ГОСТ
ГОСТ Р
ГОСТ
ГОСТ Р
9206-80 53922-2010 9206-80 53922-2010 9206-80 53922-2010 9206-80 53922-2010
Анодированные
алюминиевые
сплавы
Хром
ГОСТ
ГОСТ Р ГОСТ
ГОСТ Р
9206-80 53922-2010 9206-80 53922-2010
0,15
200/160
160/125
213
151
200/160
213
315/250
250/200
301
251
200/160
213
-
-
-
-
0,10
160/125
125/100
151
126
160/125
151
200/160
160/125
213
151
200/160
213
-
-
-
-
0,08
125/100
100/80
126
107
125/100
126
160/125
125/100
151
126
160/125
151
100/80
107
200/160
213
0,06
100/80
107
100/80
107
125/100
100/80
126
107
125/100
126
100/80
80/63
107
91
160/125
151
0,04
80/63
63/50
91
64
80/63
91
80/63
91
80/63
91
63/50
64
80/63
91
0,02
63/50
40/28
64
63/50
64
40/28
63/50
64
80/63
91
40/28
П р и м е ч а н и е - Для операций предварительного хонингования рекомендуются бруски с алмазами марок АС15, АС20 на связках
М2-01, а для окончательного хонингования – АС8 на связках М5-04.
147
147
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Важным показателем, влияющим на производительность и шероховатость
поверхности при хонинговании, является отношение окружной скорости вращения
головки Vв, и скорости ее возвратно-поступательного перемещения Vп. Это
отношение характеризуется коэффициентом
K = Vв / Vп .
(12.1)
Уменьшение коэффициента К приводит к возрастанию интенсивности съема
металла и увеличению шероховатости поверхности. Учитывая это, на операциях
предварительного хонингования обработку ведут при максимально возможной
скорости возвратно-поступательного перемещения головки (на станках она обычно
не превышает 15 - 20 м/мин). При окончательном хонинговании требуется, наоборот, уменьшить шероховатость при сравнительно малом съеме. Поэтому скорость
возвратно-поступательного перемещения головки уменьшают примерно в два раза.
Окружную скорость вращения хонинговальной головки определяют из
соотношения 12.1, принимая оптимальное значение коэффициента К. Рекомендуется
при хонинговании стальных деталей принимать К = 3 - 5, а чугунных - К = 2 - 4. При
этом большие значения принимают для закаленных материалов.
Рекомендуемые режимы хонингования даны в таблицах 12.4 и 12.5.
Таблица 12.4 – Рекомендуемые режимы абразивного хонингования
Обрабатываемый
материал
Характер операции
Vв ,
м/мин
Vп ,
м/мин
P,
МПа
Серый чугун
предварительная
окончательная
40 - 80
30 - 50
17 - 22
8 - 15
0,80 - 1,00
0,30 - 0,60
Закаленный
серый чугун
предварительная
получистовая
окончательная
50 - 80
50 - 60
40 - 50
15 - 20
12 - 16
8 - 12
0,80 - 1,40
0,80 - 1,20
0,60 - 0,80
Незакаленная
сталь
предварительная
окончательная
15 - 30
10 - 30
8 - 12
5-7
0,40 - 0,80
0,20 - 0,40
Закаленная
сталь
предварительная
окончательная
20 - 40
20 - 30
5-8
4-7
1,00 - 1,50
0,60 - 1,00
Бронза
окончательная
40 - 70
4-8
0,30 - 0,50
148
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 12.5 – Рекомендуемые режимы алмазного хонингования
Обрабатываемый
материал
Характер операции
Vв ,
м/мин
Vп ,
м/мин
P,
МПа
S,
мкм/дв. ход
Серый чугун
предварительная
окончательная
50 - 80
40 - 70
15 - 18
8 - 12
0,80 - 1,20
0,40 - 0,60
2-3
0,6 - 0,8
Закаленный
серый чугун
предварительная
получистовая
окончательная
50 - 80
45 - 70
40 - 50
16 - 18
16 - 18
12 - 16
1,30 - 1,50
1,30 - 1,50
0,50 - 0,90
-
Незакаленная
сталь
предварительная
окончательная
25 - 35
25 - 35
6 - 12
3-8
0,40 - 0,60
0,20 - 0,40
1-2
0,4 - 0,6
Закаленная
сталь
предварительная
окончательная
40 - 50
40 - 55
5-8
4-6
0,80 - 1,40
0,40 - 0,80
1-3
0,4 - 0,6
Хром
предварительная
окончательная
12 - 20
12 - 20
6-8
5-7
0,40 - 0,60
0,30 - 0,50
-
Анодированный
алюминий
окончательная
20 - 25
10 - 12
0,30 - 0,40
-
Давления на обрабатываемую поверхность на операциях предварительного
хонингования как абразивными, так и алмазными брусками принимаются
одинаковыми и назначаются в зависимости от обрабатываемого материала
(р = 1,0 - 1,5 МПа). При окончательном хонинговании давление принимается значительно меньшим (р = 0,4 - 0,8 МПа). Для закаленных сталей и более твердых
материалов допускаются большие давления, чем для сырых и мягких.
В качестве СОЖ при абразивном хонинговании чаще всего применяют
керосин, а также керосин с добавками скипидара, масла, олеиновой кислоты.
Добавка в керосин от 10 % до 25 % минерального масла приводит к уменьшению
интенсивности съема, но уменьшает шероховатость поверхности. В связи с этим
добавки рекомендуются для окончательных хонинговальных операций. В ряде
случаев керосин заменяют СОЖ, содержащей поверхностно-активные вещества и
ингибиторы коррозии.
При алмазном хонинговании в качестве СОЖ рекомендуется водный раствор
концентрата НСК-5, в состав которого входит 30 % натриевых солей кислого
гудрона, 2,5 % азотнокислого натрия, 2,5 % тетраборокислого натрия, 15 %
триэтаноламина и вода. При хонинговании, особенно при окончательном, требуется
тщательная очистка СОЖ от шлама.
149
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Операции
хонингования
выполняются
на
хонинговальных
станках
вертикального и горизонтального типа. Эти станки в основном работают по
автоматическому циклу. Цикл работы станка включает ввод хонинговальной
головки в обрабатываемое отверстие, вращение и возвратно-поступательное
движение головки, а также радиальную подачу брусков до получения заданного
размера, выхаживание, возврат в исходное состояние системы радиальной подачи
брусков и вывод головки из отверстия.
12.3 Качественные характеристики обработанных поверхностей и область
применения хонингования
Отличительной особенностью хонингования перед другими известными
методами окончательной обработки деталей является то, что этот процесс позволяет
эффективно исправлять погрешности геометрической формы от предшествующей
операции технологического процесса. Удаление значительных припусков при
хонинговании дает возможность снизить точностные требования к предшествующей
операции технологического процесса.
Оценку эффективности исправления погрешностей геометрической формы
поверхностей производят по коэффициенту Ки
Δ  Δк
Kи  и
,
ΔD
где Δи, Δк - исходная и полученная после обработки погрешности
геометрической формы поверхности, мм;
ΔD - съем металла на диаметр за цикл обработки, мм.
Точность геометрической формы деталей зависит также от конструкции
хонинговальной головки, ее жесткости и условий обработки. В производственных
условиях в результате хонингования обеспечивается обработка цилиндрических
поверхностей с погрешностью геометрической формы от 1 до 5 мкм. С увеличением
150
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
количества брусков в хонинговальной головке точность геометрической формы
хонингуемых поверхностей возрастает. Поэтому там, где есть такая возможность,
необходимо выбирать хонинговальные головки с возможно большим числом
брусков.
При хонинговании на поверхности образуется характерная сетка следов,
параметры которой можно регулировать режимами обработки и тем самым более
эффективно
влиять
на
эксплуатационные
свойства
деталей.
Плотность
расположения микронеровностей на хонингованной поверхности значительно выше,
чем на шлифованной. Радиусы скругления вершин микронеровностей при
хонинговании на оптимальных режимах, когда в конце цикла происходит
выглаживание микронеровностей, также значительно больше, чем при шлифовании.
Все эти характеристики и предопределяют большую площадь опорной поверхности
хонингованных поверхностей и, следовательно, хорошие эксплуатационные
показатели при работе деталей в условиях трения.
Операцией,
предшествующей
шлифование, при выполнении которого
хонингованию,
В
чаще
всего
является
поверхностном слое детали возникают
остаточные растягивающие напряжения. Высокотемпературный режим шлифования
обусловливает возникновение в поверхностном слое микротрещин, прижогов и
других дефектов. Поскольку при обработке хонингованием снимается значительный
припуск, то при этом удаляется и большая часть дефектного поверхностного слоя
детали. Низкие давления и скорости обработки, хорошее охлаждение зоны
обработки создают условия для низкотемпературного процесса при хонинговании.
Температура при хонинговании не превышает 430 К. При этих условиях в
поверхностном слое детали возникают сжимающие остаточные напряжения,
которые могут достигать до 1,0 ГПа. Глубина распространения напряженного слоя
от 5 до 10 мкм, а максимальные остаточные напряжения имеют место на глубине от
1 до 1,5 мкм.
При хонинговании также происходит упрочнение поверхностного слоя детали,
в результате чего микротвердость возрастает на 20 - 40 % по сравнению с исходной.
Это свидетельствует о значительном выглаживании микронеровностей, особенно на
151
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
операции окончательного хонингования, когда в процессе абразивного воздействия
преобладает пластическое деформирование.
При хонинговании находят все большее применение алмазные бруски,
которые обладают высокими режущими свойствами и износостойкостью. Так,
например, при хонинговании деталей из чугуна и стали стойкость алмазных брусков
в 150 - 250 раз выше абразивных. Кроме того, у алмазных брусков интенсивность
съема металла стабильна во времени, что позволяет при алмазном хонинговании
снимать значительные припуски и более аффективно исправлять погрешности
геометрической
формы
деталей.
При
хонинговании
алмазными
брусками
достигается большая стабильность в размерах и качественных характеристиках
поверхностей по сравнению с хонингованием абразивными брусками. Конечные
результаты при хонинговании алмазными брусками в меньшей степени зависят от
колебания исходных погрешностей, исходной шероховатости и условий обработки.
Поэтому алмазное хонингование на операциях окончательной обработки
успешно заменяет операции внутреннего шлифования, расточки, развертывания и
является одним из ведущих способов финишной обработки деталей.
Хонингование, как абразивное, так и алмазное, широко применяется в
серийном и массовом производстве для обработки цилиндрических поверхностей
деталей, к которым предъявляются высокие эксплуатационные требования.
Контрольные вопросы и задания
1 Назовите области применения хонингования.
2 Перечислите факторы, влияющие на производительность и качественные
характеристики поверхности детали при хонинговании.
3 Как определяется длина абразивных брусков хонинговальной головки?
4 Какие факторы определяют выбор абразивного материала и зернистость
хонинговальных брусков?
5 В каких случаях применяются алмазные бруски и бруски из эльбора?
152
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
13 Суперфиниширование
13.1 Характеристика и особенности процесса суперфиниширования
Суперфиниширование относится к одному из самых тонких процессов
финишной обработки деталей. Обработка деталей выполняется мелкозернистыми
абразивными и алмазными брусками, которые упруго с небольшим давлением
прижимаются к обрабатываемой поверхности.
В процессе обработки бруски совершают колебательные (осциллирующие)
движения со скоростью Vкол и медленное возвратно-поступательное перемещение
вдоль образующей поверхности обрабатываемой детали со скоростью Vв.п. Вследствие
этих движений и вращения детали со скоростью Vд каждое контактирующее зерно
абразивного бруска описывает на обрабатываемой поверхности траекторию сложного
относительного движения (рисунок 13.1). В результате этого поверхность покрывается
плотной сеткой следов абразивных зерен, характерных для данного процесса
обработки деталей.
Рисунок 13.1 – Схема движений детали и бруска при суперфинишировании
При обычном суперфинишировании создается постоянное усилие прижатия
брусков с небольшим давлением. Поэтому абразивное воздействие на поверхность
153
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
происходит в пределах высоты неровностей исходной шероховатости. При
обеспечивается
значительное
уменьшение
шероховатости
этом
поверхности
(до
Ra = 0,02 - 0,16 мкм и менее), а размеры детали и погрешности макрогеометрии
поверхностей остаются практически без изменения. Поэтому суперфинишированию
должна предшествовать предварительная обработка деталей, в процессе которой
необходимо
обеспечить
заданные
техническими
условиями
точностные
характеристики детали. Обычно перед суперфинишированием детали шлифуют дo
Ra = 0,63 - 1,25 мкм. Если детали не подвергаются термической обработке, то суперфинишированию может предшествовать тонкое точение.
Суперфиниширование
применяется
для
окончательной
обработки
цилиндрических, конических, плоских и сферических поверхностей. Основные схемы
суперфиниширования представлены на рисунке 13.2.
а — конической поверхности; б — плоской поверхности; в, г — сферической поверхности.
Рисунок 13.2 – Схемы суперфиниширования
При обработке коротких деталей (до 50 - 70 мм) суперфиниширование может
производиться методом врезания. При врезном суперфинишировании бруски
совершают только колебательное движение.
154
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
При обработке на проход гладких цилиндрических деталей применяется
бесцентровое суперфиниширование. Суперфиниширование плоских и торцовых
поверхностей может производиться не брусками, а кругом чашечной формы,
которому кроме вращения сообщается колебательное или планетарное движение.
Суперфиниширование выполняют на специальных суперфинишных станках
или универсальных токарных и шлифовальных станках с применением специальных
головок-вибраторов. Наибольшее распространение получили суперфинишные
головки с механическим приводом осциллирования, в которых колебательное
движение брусков осуществляется с помощью кулачка, эксцентрика или кривошипа.
Такие головки просты в конструктивном исполнении, отличаются высокой надежностью и позволяют изменять частоту колебаний при заданном значении амплитуды.
Практика показала, что режимы окончательного суперфиниширования могут
значительно изменяться. Так, окружная скорость детали при обработке абразивными
брусками выбирается в пределах от 5 до 120 м/мин. Частота колебательных
движений брусков - от 500 до 3000 дв.х./мин, а амплитуда колебаний брусков – от 2
до 5 мм. Давление назначается в пределах от 0,05 до 0,6 МПа. Средняя скорость
колебательного движения брусков, м/мин, определяется как произведение числа
двойных ходов брусков nдв.х на размах колебаний А, мм, т. е.
Vкол 
2  A  nдв.х
1000
.
Одним из основных параметров, характеризующих процесс суперфиниширования, является угол атаки α - отношение окружной скорости вращения детали к
средней скорости колебательного движения брусков:
 V 
α  arctg  д  .
 Vкол 
При суперфинишировании деталей из закаленных сталей в качестве СОЖ
используют керосин с добавкой машинного масла (от 10 % до 15 %) и олеиновой
кислоты (от 3 % до 5 %). При обработке незакаленных сталей и других вязких и
155
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
пластичных сплавов содержание машинного масла в СОЖ увеличивают до 70 %, а
иногда до 80 %. СОЖ подают обильной струей, направляемой на входную кромку
бруска. Поскольку частицы шлама, попадая вместе с СОЖ в зону обработки, могут
служить причиной образования отдельных глубоких рисок и царапин, то СОЖ,
применяемая при суперфинишировании, подвергается тщательной очистке магнитными и бумажными фильтрами.
При оптимальном подборе характеристик абразивных брусков и режимов
обработки процесс абразивного воздействия на обрабатываемую поверхность при
суперфинишировании происходит по определенным закономерностям. Можно
выделить три этапа в процессе обработки.
На первом этапе (средняя продолжительность от 0,5 до 2 с) происходит
обновление рабочей поверхности абразивных брусков. После очередного цикла
обработки абразивные зерна, выступающие из связки на рабочей поверхности
брусков, притупляются, а поры бруска полностью или частично заполняются
шламом. В начальный период обработки очередной детали происходит контакт
рабочей поверхности брусков с микронеровностями исходной шероховатости
обрабатываемой поверхности, более грубой по отношению к рабочей поверхности
брусков. Под действием прикладываемого к бруску давления при ограниченном
количестве контактов в этот начальный период возникает повышенное давление, в
результате чего под действием сил резания разрушаются отдельные мостики связки
и вырываются отдельные зерна, а часть зерен претерпевает местное пли объемное
разрушение. Вследствие этого рабочая поверхность брусков осыпается, т. е.
самозатачивается. При этом с поверхности бруска одновременно удаляются и
частицы шлама, скопившиеся в порах от обработки предшествующей детали.
Поскольку площадь контактирования обрабатываемой поверхности и бруска
на этом этапе мала, а давления велики, то масляная пленка СОЖ не препятствует
процессу резания. В результате этого происходит срезание наиболее выступающих
микронеровностей исходной шероховатости, вследствие чего увеличивается число
контактов и общая площадь контактирования, а давление начинает падать. При
определенном
значении
давления
процесс
самозатачивания
прекращается.
156
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Значительная часть микронеровностей оказывается срезанной, а поверхность
становится матовой. В конце этого этапа интенсивность съема металла достигает
своего максимального значения.
На втором этапе (средняя продолжительность от 2 до 15 с) происходят
микрорезание
и
упруго-пластическое
деформирование
обрабатываемой
поверхности. При отсутствии самозатачивания происходит дальнейший рост
действительной площади контактирования бруска с деталью, а нагрузка на каждое
абразивное зерно уменьшается, и интенсивность съема металла падает. Удаление
шлама затрудняется, и он постепенно начинает заполнять поры бруска. В конце
данного этапа упруго-пластическое деформирование является уже преобладающим,
и происходит выглаживание поверхности, в результате чего ее шероховатость
уменьшается окончательно.
На третьем этапе площадь контактирования бруска с деталью становится
максимальной, и брусок начинает как бы плавать на масляной пленке, процессы
микрорезания и пластического деформирования прекращаются. Отдельные зерна
производят упругое деформирование поверхности, снимая на некоторых участках
окисные пленки. На этом этапе обработка поверхности практически прекращается и
достигается минимальная шероховатость поверхности
В
данных конкретных
условиях.
Из изложенного следует, что процесс суперфиниширования при правильном
подборе условий и режимов обработки характеризуется постепенным затуханием
интенсивности съема металла и прекращается автоматически по мере удаления
исходных микронеровностей и достижения требуемой шероховатости.
13.2
Влияние
режимов
и
условий
обработки
на
качественные
характеристики процесса суперфиниширования
Режимы обработки при суперфинишировании оказывают значительнее
влияние на качественные характеристики процесса. Но при назначении режимов
157
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
обработки обычно выбирают только скорость вращения детали и давление брусков.
Частота и амплитуда колебаний ограничиваются возникающими инерционными
силами, которые вызывают толчки и вибрации исполнительного звена и частей
механизма осцилляции. При этом резко возрастает износ брусков и учащается их
поломка. Поэтому среднюю скорость колебательного движения, определяемую
частотой и амплитудой колебаний, ограничивает значением Vкол = 5 - 10 м/мин.
Исследования и практика суперфиниширования показали, что целесообразно
назначать максимально возможные скорость вращения детали и частоту колебаний
брусков при соблюдении установленного соотношения между ними. При выборе
давления абразивных брусков на обрабатываемую поверхность учитывают
твердость материала обрабатываемых деталей, характеристики абразивных брусков,
необходимую толщину съема металла и заданную техническими условиями
шероховатость поверхности, получаемую в результате обработки. Увеличение
давления брусков при суперфинишировании приводит к увеличению снимаемого
слоя металла. Но для определенных конкретных условий существует оптимальное
давление, при превышении которого наблюдается быстрое засаливание брусков.
Низкие давления не обеспечивают необходимой производительности, хотя
позволяют получить меньшую шероховатость обрабатываемой поверхности. Объясняется это тем, что при более высоком давлении возрастает усилие, действующее на
каждое единичное абразивное зерно в зоне контакта. В результате этого абразивные
зерна глубже внедряются в обрабатываемую поверхность, снимают стружку
большего сечения, т. е. происходит более интенсивный съем металла. Чем тверже
материал обрабатываемых деталей, тем выше должно быть давление. Так, при
обработке закаленных сталей и других твердых материалов давление назначается
р = 0.3 - 0,4 МПа при суперфинишировании брусками зернистостью F360 - F500
(М40 - М20), р – 0,2 - 0,3 МПа для брусков зернистостью F600 - F1200 (М14 - М5).
При обработке мягких материалов, например незакаленных сталей, цветных сплавов
и т. д., давление абразивных брусков принимается р = 0,1 - 0,2 МПа. В зависимости
от конкретных условий и технических требований к качеству обрабатываемой
поверхности детали иногда давление изменяют в процессе обработки. Например, на
158
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
втором
этапе
суперфиниширования,
когда
происходит
преимущественное
пластическое деформирование поверхностного слоя, давление абразивного бруска
снижают.
При обычном суперфинишировании с упругим поджимом брусков абразивное
воздействие
на
обрабатываемую
поверхность
производится
в
пределах
микронеровностей исходной шероховатости. Усилие поджима брусков оказывается
постоянным, и процесс съема металла прекращается автоматически по мере
удаления исходных микронеровностей. В этих условиях обеспечивается только
уменьшение шероховатости поверхностей, но погрешности их макрогеометрии
практически не исправляются.
Суперфиниширование выполняется при небольших давлениях и малых
скоростях резания по сравнению со шлифованием. Поэтому тепловыделение в зоне
резания при суперфинишировании незначительно, контактные температуры не
превышают 370 - 420 К, прижоги и микротрещины в поверхностном слое деталей не
образуются. Глубина деформированного слоя, в котором возникают остаточные
напряжения сжатия, не превышает 2 - 5 мкм.
Применение при суперфинишировании алмазных и эльборовых брусков
показало, что производительность обработки в два, а стойкость в десятки раз выше,
чем абразивных. Суперфиниширование алмазными и эльборовыми брусками
отличается от абразивного еще и тем, что увеличивает длительность микрорезания.
Как показали исследования, длительность процесса затухания в этом случае будет в
3…5 раз больше, чем при абразивном суперфинишировании. Объясняется это более
высокой стойкостью алмазных и эльборовых зерен, их меньшим износом. В
результате этого после удаления микронеровностей исходной шероховатости на
рабочей поверхности алмазных и эльборовых брусков остается еще значительный
объем свободных от шлама поверхностных пор, в которых могут размещаться
продукты износа при дальнейшей обработке. Поэтому процесс микрорезания не
прекращается после удаления исходной шероховатости, а продолжается. При этом
снимаются поверхностные слои основного металла. Следовательно, при алмазном и
эльборовом суперфинишировании может сниматься припуск 15 - 20 мкм и
159
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
погрешности макрогеометрии обрабатываемых поверхностей исправляются более
эффективно, чем при обычном суперфинишировании абразивными брусками. Но
абразивные
бруски
обеспечивают
получение
поверхностей
с
меньшей
шероховатостью, чем алмазные и эльборовые.
13.3
Выбор
абразивных
брусков
и
режимов
обработки
при
суперфинишировании
Правильный выбор характеристик абразивных брусков оказывает большое
влияние на эффективность процесса суперфиниширования. На эффективность
обработки влияют такие свойства абразивных брусков, как материал абразива,
зернистость, тип связки, а также способность абразивных зерен раскалываться при
самозатачивании. При суперфинишировании чаще всего применяют абразивные
бруски из зеленого карбида кремния и белого электрокорунда на керамической
связке. Для окончательной обработки, а также при суперфинишировании деталей из
мягких сталей и цветных сплавов рекомендуется применять бруски из карбида
кремния. Для обработки закаленных сталей и других твердых материалов выбирают
бруски из белого электрокорунда.
Для
грубого суперфиниширования
применяют бруски
зернистостью
F360 - F500 (М40 - М20), а для окончательной обработки – F600 - F1200 (Ml4 - M5).
Чем выше требования к шероховатости, тем меньшая зернистость должна быть у
абразивных брусков.
Алмазные бруски рекомендуются для суперфиниширования деталей из
твердых сплавов, а эльборовые - для обработки высокотвердых легированных и
конструкционных сталей.
Очень важен правильный подбор абразивных брусков по твердости. Для
обработки деталей из твердых сталей применяются более мягкие абразивные бруски
и наоборот. Если подобран брусок более высокой твердости, чем требуется, то он
160
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
плохо прирабатывается к поверхности обрабатываемой детали и мало изнашивается.
При этом в работе принимают участие не все участки поверхности бруска, съем
металла уменьшается и образуются налипы. Слишком мягкий абразивный брусок
интенсивно изнашивается, работает постоянно в режиме самозатачивания.
Рекомендации по выбору твердости брусков приведены ниже:
Твердость стали
обрабатываемых
деталей, HRC
Степень твердости
брусков
10 - 20
K
(СМ1)
25 - 35
40 - 50
J - K
(М3 - СМ1)
J
(М3)
55 - 60
60 - 55
H - I
G - H
(М1 - М2) (ВМ2 - М1)
Необходимо отметить, что оптимальная твердость абразивных брусков
находится довольно в узких пределах и в каждом конкретном случае должна
определяться
экспериментально
с
учетом
возможных
изменений
всех
технологических факторов.
Для суперфиниширования применяют абразивные бруски стандартных
размеров и формы. Длина брусков от 50 до 70 мм, а при обработке длинных
деталей применяются бруски длиной от 100
до
120 мм. Ширина бруска
назначается в зависимости от диаметра обрабатываемой детали. Для деталей
диаметром от 40 до 100 мм она принимается равной от 0,25 до 0,50 диаметра детали.
Увеличение ширины бруска приводит к возрастанию площади рабочей поверхности
и количества зерен, участвующих в работе. Это дает возможность уменьшить
давление брусков на поверхность и способствует лучшему
исправлению
погрешностей формы деталей. Но при увеличении ширины брусков ухудшается
доступ СОЖ в зону обработки и затрудняется удаление шлама. Кроме того, при
увеличении ширины брусков образуются сколы по их краям. Поэтому на практике
ширину брусков не назначают более 20 - 25 мм.
Абразивные
бруски
перед
суперфинишированием
предварительно
прирабатывают к поверхности детали. Приработка производится с помощью
шлифовальной ленты зернистостью F90 - F60 (16 - 25), которая накладывается на
161
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
деталь абразивным слоем наружу. Для приработки могут применяться также и
специальные оправки с алмазным слоем. В таблице 13.1 приведены данные по
выбору припусков для операций суперфиниширования, а также рекомендуемые
параметры кинематического цикла данного процесса обработки.
Таблица 13.1 - Припуск и параметры кинематического цикла суперфиниширования
исходная
Число ступеней
цикла
Отношение
времени
обработки
на каждой
ступени к
времени
цикла, %
требуемая
Шероховатость
поверхности
Припуск на
Ra, мкм
обработку
(на диаметр),
мкм
Угол
атаки
α, град
0,16
1,25
0,63
20 - 25
10 - 15
1
40 - 50
0,8 - 1,2
F500, F600 (М20, М14)
F600, F800 (М14, М10)
100
0,08
0,63
0,32
10 - 15
8 - 10
1
2
40 - 50
60 - 70
0,8 - 1,2
1,7 - 2,7
F600, F1000 (М14, М7)
F800, F1000 (М10, М7)
50 - 60
40 - 50
0,04
0,32
8 - 10
1
2
3
40 - 50
60 - 70
75 - 85
0,8 - 1,2
1,7 - 2,7
3,7 - 11,4
F600 (М14)
F800 (М10)
F1200 (М5)
50 - 60
25 - 40
10 - 15
0,02
0,32
0,16
3 - 10
3-5
1
2
3
4
40 - 50
60 - 70
75 - 80
85 - 88
0,8 - 1,2
1,7 - 2,7
3,7 - 5,7
11,4 - 28,6
F1000 (М7)
F1200 (М5)
40 - 50
20 - 40
10 - 15
10 - 15
Vд / Vкол
Зернистость
абразивного бруска
13.4 Области применения и разработка новых методов суперфиниширования
Суперфиниширование нашло широкое применение при окончательной
обработке поверхностей деталей различной формы, главным образом в случаях,
когда
требуется
обеспечить
минимальную
шероховатость
обрабатываемых
поверхностей. Достоинство данного метода состоит еще и в том, что при обработке
практически не образуется деформированного поверхностного слоя, оказывающего
отрицательное
влияние
суперфиниширование
на
эксплуатационные
применяется
для
свойства
окончательной
деталей.
Поэтому
обработки
наиболее
ответственных деталей. Например, суперфинишные операции предусматриваются
162
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
для окончательной обработки коленчатых и распределительных валов, шпинделей,
пальцев, дисков и пр.
Вместе с тем опыт применения обычного суперфиниширования показал и его
недостатки.
Обработка
с
постепенным
затуханием
процесса
резания
и
автоматическим прекращением обработки после удаления микронеровностей
исходной шероховатости требует строгого соблюдения оптимальных режимов
обработки и правильного подбора абразивного инструмента. Так, например, если
абразивный брусок имеет повышенную твердость, то на первом этапе процесса
обработки он не самозатачивается. Такой брусок засаливается, не обеспечивает
необходимого съема металла, в результате чего на поверхности остаются следы
предшествующей обработки. Брусок более мягкий продолжает самозатачиваться и
на втором этапе. Следовательно, процесс микрорезания продолжается, и требуемая
шероховатость поверхности при обработке не достигается. На практике даже после
отработки процесса трудно обеспечить его стабильность во времени, поскольку
многочисленные факторы, определяющее эффективность процесса, подвержены
значительным колебаниям.
Кроме того, в современных условиях, когда к качеству деталей предъявляются
высокие требования, в ряде случаев на операциях окончательной обработки
требуется обеспечить не только минимальную шероховатость поверхности, но и
исправить
погрешности
макрогеометрии,
а
также
удалить
дефектный
поверхностный слой, полученный на предшествующих операциях технологического
процесса. Этим требованиям процесс обычного суперфиниширования не отвечает.
Разработаны и получили широкое практическое применение конструкции
головок для суперфиниширования, в которых осуществляется не упругий, а жесткий
прижим брусков к обрабатываемой поверхности. Обработка деталей с жестким
прижимом брусков позволяет значительно повысить производительность и точность
процесса. Процесс суперфиниширования с жестким прижимом брусков называют
еще микрофинишированием.
При жестком прижиме брусков обеспечивается кинематическое замыкание
системы и создается возможность для кинематического и динамического
163
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
регулирования процесса обработки. Поскольку при суперфинишировании брусками
с жестким прижимом сохраняются все виды движений инструмента и детали,
характерные
для
обычного
суперфиниширования,
то
при
кинематическом
регулировании может меняться скорость вращения детали на различных этапах
процесса обработки. Кроме того, при суперфинишировании с жестким прижимом
брусков может производиться и динамическое регулирование процесса за счет
изменения частоты колебаний и давления брусков. Так, например, уменьшение
давления и частоты колебаний приводит к прекращению самозатачивания и
переходу от режима микрорезания к выглаживанию. Это особенно важно при
использовании алмазных и эльборовых брусков, а также абразивных брусков с
отличной от оптимальной твердостью.
При суперфинишировании с жестким прижимом брусков производительность
процесса резко повышается, и съем металла достигает 10 - 15 мкм/мин. При этом
удаляются не только микронеровности исходной шероховатости, но и значительный
припуск,
а
следовательно,
и
дефектный
поверхностный
слой
металла.
Одновременно исправляются погрешности макрогеометрии поверхностей деталей.
При правильном подборе размеров брусков практически полностью устраняется
волнистость и значительно уменьшаются отклонения от круглости и огранка. Из-за
ограниченной ширины бруска овальность детали устранить и в этих условиях
полностью не удается. Значительное влияние на исправление погрешностей
макрогеометрии оказывает жесткость устройства, прижимающего брусок к изделию,
и всей системы в целом.
При
суперфинишировании
длинных
деталей
с
малой
жесткостью
применяются двух- и трехбрусковые головки, в которых бруски располагаются с
противоположных сторон или под углом 120˚.
Таким образом, суперфиниширование с жестким
прижимом брусков
обеспечивает обработку деталей с высокими качественными характеристиками как
по шероховатости, так и по точности.
Суперфиниширование
деталей
из
мягких
и
пластичных
материалов
затрудняется тем, что в процессе обработки происходит налипание на рабочую
164
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
поверхность бруска. Налипание происходит вследствие заполнения пор бруска
пластичными и легко спрессовывающимися мельчайшими стружками, образования
наростов металла на абразивных зернах и последующего схватывания при
контактировании
металла
с
металлом.
Установлено,
что
относительные
ультразвуковые колебания бруска и детали предотвращают налипание металла на
рабочую поверхность брусков и интенсифицируют процесс суперфиниширования. В
связи
с
этим
был
разработан
и
исследован
способ
ультразвукового
суперфиниширования деталей, обладающий рядом преимуществ по сравнению с
обычным суперфинишированием.
Схема ультразвукового суперфиниширования для обработки цилиндрических
и конических поверхностей деталей приведена на рисунке 13.3. Отличие
ультразвукового суперфиниширования от обычного в том, что в зоне резания
возбуждаются ультразвуковые колебания с частотой от 10 до 30 кГц и амплитудой
от 1 до 4 мкм. Для возбуждения колебаний брусок крепят к преобразователю
ультразвуковых колебаний, который монтируется на суперфинишной головке
станка. Обмотка преобразователя питается от ультразвукового генератора.
1 – механизм продольного хода бруска; 2- механизм осцилляции; 3 – цилиндр прижима бруска;
4- ультразвуковой генератор; 5 – магнитострикционный преобразователь; 6 – брусок; 7 – обрабатываемая деталь; 8 – неподвижная опора.
Рисунок 13.3 – Схема ультразвукового суперфиниширования для цилиндрических и
конических поверхностей деталей
165
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Использование
ультразвуковых
колебаний
при
суперфинишировании
приводит к тому, что микрорезание идет практически без затухания, и процесс не
переходит от микрорезания к выглаживанию даже при увеличении скорости
вращения детали. Поэтому обработку ведут в два этапа. На первом этапе, когда
удаляются микронеровности исходной шероховатости и снимается припуск на
обработку, обработка идет с ультразвуковыми колебаниями. На втором этапе
ультразвуковые колебания прекращают, и обработка продолжается в режиме
обычного
суперфиниширования.
Происходит
выглаживание
поверхности,
и
обеспечивается такая же минимальная шероховатость, которую получают обычным
суперфинишированием.
Ультразвуковое суперфиниширование позволяет при исходной высоте
шероховатости Ra = 0,2 - 0,8 мкм получить в результате обработки поверхности с
Ra = 0,01 - 0,1 мкм и Rz = 0,1 - 0,05 мкм. Волнистость снижается с 1 - 8 мкм до
0,05 - 0,2 мкм, уменьшается также огранка поверхности детали. Ультразвуковое
суперфиниширование применяется также для плоских и сферических поверхностей.
Внедрение ультразвукового суперфиниширования при обработке желобов колец
подшипников (сталь ШХ15 твердостью 62 – 65 HRC) позволило повысить
производительность обработки в 2 - 3 раза и дает возможность стабильно получать
шероховатость поверхности с Ra = 0,08 мкм.
Контрольные вопросы и задания
1 Назовите области применения суперфиниширования.
2 Приведите схему движений детали и бруска при суперфинишировании.
3 Какие факторы влияют на производительность и качественные характеристики поверхности детали при суперфинишировании?
4 Как осуществляется выбор зернистости брусков при суперфинишировании?
5
Перечислите
этапы
обработки
поверхностей
при
ультразвуковом
суперфинишировании.
166
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Список использованных источников
1 Абразивная и алмазная обработка материалов: справочник / под ред. А. Н.
Резникова. - М.: Машиностроение, 1977. - 391 с.
2 Боровский, Г. В. Справочник инструментальщика. / Г. В. Боровский, С. Н.
Григорьев, А. Р. Маслов. – М.: Машиностроение, 2005. – 464 c.: ил. – ISBN 5-21703284-7.
3 Верезуб, В. Н. Шлифование абразивными лентами. / В. Н. Верезуб. - М.:
Машиностроение, 1972. - 104 с.
4 ГОСТ Р 52381 – 2005. Материалы абразивные. Зернистость и зерновой
состав шлифовальных порошков. Контроль зернового состава. – Введ. 2006-07-01. –
М.: Стандартинформ, 2006. - 10 с.
5 ГОСТ Р 52587 – 2006. Инструмент абразивный. Обозначения и методы
измерения твердости. – Введ. 2008-01-01. – М.: Стандартинформ, 2007. - 9 с.
6 ГОСТ Р 52588 – 2011. Инструмент абразивный. Требования безопасности. –
Взамен ГОСТ Р 52588 -2006 ; введ. 2013-01-01. – М.: Стандартинформ, 2012. - 16 с.
7 ГОСТ Р 52781 – 2007. Круги шлифовальные и заточные. Технические
условия. – Введ. 2009-01-01. – М.: Стандартинформ, 2008. - 30 с.
8 ГОСТ Р 53922 – 2010. Порошки алмазные и из кубического нитрида бора
(эльбора). Зернистость и зерновой состав шлифпорошков. Контроль зернового
состава. – Введ. 2012-01-01. – М.: Стандартинформ, 2011. - 8 с.
9 ГОСТ Р 53923 – 2010. Круги алмазные и из кубического нитрида бора
(эльбора) шлифовальные. Технические условия. – Введ. 2012-01-01. – М.:
Стандартинформ, 2011. - 28 с.
10 ГОСТ 607 – 80. Карандаши алмазные для правки шлифовальных кругов.
Технические условия. – Взамен ГОСТ 607-75 ; введ. 1981-07-01. – М.: Издательство
стандартов, 1997. - 12 с.
11 ГОСТ 2424 – 83. Круги шлифовальные. Технические условия. – Взамен
ГОСТ 2424-75 ; введ. 1985-01-01. – М.: Стандартинформ, 2005. - 37 с.
167
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
12 ГОСТ 3647 – 80. Материалы шлифовальные. Классификация. Зернистость и
зерновой состав. Методы контроля. – Взамен ГОСТ 3647-71 ; введ. 1982-01-01. – М.:
Издательство стандартов, 2004. - 17 с.
13 ГОСТ 9206 – 80. Порошки алмазные. Технические условия.– Взамен ГОСТ
9206-70 ; введ. 1981-07-01. – М.: Издательство стандартов, 1989. - 14 с.
14 ГОСТ 16014 – 78. Ролики алмазные для правки шлифовальных кругов.
Технические условия. – Взамен ГОСТ 16014-70, ГОСТ 5.1324-72 ; введ. 1980-01-01.
– М.: Издательство стандартов, 1999. - 4 с.
15 ГОСТ 17564 – 85. Иглы алмазные. Технические условия. – Взамен ГОСТ
17564-72 ; введ. 1986-07-01. – М.: Издательство стандартов, 1986. - 7 с.
16 ГОСТ 18118 – 79. Инструмент абразивный. Измерение твердости
пескоструйным методом. – Взамен ГОСТ 18118-72 ; введ. 1980-01-01. – М.:
Издательство стандартов, 1982. - 6 с.
17 ГОСТ 19202 – 80. Инструмент абразивный. Измерение твердости методом
вдавливания шарика. – Взамен ГОСТ 19202-73 ; введ. 1981-07-01. – М.:
Издательство стандартов, 1982. - 6 с.
18 ГОСТ 21323 – 75. Инструмент абразивный. Измерение твердости методом
вдавливания конуса. – Введ. 1977-01-01. – М.: Издательство стандартов, 1976. - 3 с.
19 ГОСТ 22908 – 78. Алмазы в оправах. Технические условия. – Введ. 197901-01. – М.: Издательство стандартов, 1998. - 8 с.
20 ГОСТ 24747 – 90. Инструмент алмазный и эльборовый. Обозначения форм
и размеров. – Взамен ГОСТ 24747-81 ; введ. 1991-01-01. – М.: Издательство
стандартов, 1990. - 15 с.
21 Маслов, Е. Н. Теория шлифования материалов. / Е. Н. Маслов. - М.:
Машиностроение, 1974. - 104 с.
22 Попов, С. А. Заточка и доводка режущего инструмента. / С. А. Попов. - М.:
Высшая школа, 1986. - 224 с.
23 Ящерицын, П. И. Теория резания : учеб. / П. И. Ящерицын, Е. Э.
Фельдштейн, М. А. Корниевич. – Минск.: Новое знание, 2006. – 512 c.: ил. – ISBN
985-475-195-3.
168
Документ
Категория
Машиностроение
Просмотров
462
Размер файла
9 168 Кб
Теги
абразивна, материалы, 2998, обработка, алмазная
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа