Обработка деталей на шлифовальном станке

Циркониевый электрокорунд  изготовляют на базе белого электрокорунда с добавкой окиси циркония. Он имеет  очень высокую прочность. Шлифовальные круги из циркониевого электрокорунда, изготовленные по технологии горячего прессования, обладают стойкостью в 10-20 раз превышающей стойкость инструмента, изготовленного из нормального электрокорунда по обычной технологии. Вследствие незначительного нагревания заготовки  на обрабатываемой поверхности не возникает  прижогов. Циркониевый электрокорунд обозначается 38АМ, содержит 18-25% двуокиси циркония, зернистость 250-125.

За последние годы в нашем государстве созданы  абразивные материалы из легированного  электрокорунда повышенной стойкости  и прочности: хромотитанистый 91А и 92А, ванадиевый, формокорунд, электрокорунд и другие.

Перспективны круги  из хромотитанистого электрокорунда 91. При их использовании на операциях плоского и круглого наружного шлифования и других видов шлифования стойкость шлифовальных кругов повышается до 2.5 раза, производительность в 2 раза, обработка без прижогов.

Монокорунд 4А выплавляют из боксита сернистым железом и восстановителем с последующим выделением монокристалла корунд. Выпускают монокорунд марок 43А, 44А, 45А; он особенно эффективен при обработке жаропрочных и кислотоупорных сталей.

Карбид кремния  представляет собой химическое соединение кремния и углерода, получаемое из кокса и кварцевого песка в  электрических печах при нагреве  их до температуры 2100-22000 С и содержит около 97-99% SiC. Карбид кремния является ценным шлифующим материалом. Он имеет зерна темно-синей и зеленой окраски с красивым цветом побежалости и металлическим блеском. В зависимости от содержания (%) чистого карбида кремния этот материал делят на зеленый (6С) и черный (5С). Зеленый карбид кремния имеет повышенную по сравнению с черным хрупкость и содержит чистого кремния не менее 97%. Он выпускается следующих разновидностей: 62С, 63С и 64С. Черный карбид кремния в зависимости от содержания карбида кремния выпускают следующих разновидностей: 52С, 53С, 54С и 55С.

Важнейшими свойствами этого абразивного материала  являются высокие твердость (тверже его только алмаз, эльбор и карбид бора) и абразивная способность, которая объясняется тем, что его зерна имеют острые режущие грани. Под абразивной способностью понимают способность абразивных зерен обрабатывать тот или иной материал. Карбид кремния очень теплостоек; он способен выдерживать температуру до 20500 С.

Карбид бора (КБ) представляет собой химическое соединение B4C, он обладает высокими абразивной способностью, износостойкостью и химической стойкостью.

Кубический нитрид бора (КНБ) – сверхтвердый материал, впервые получен в 1957г. и содержит 43.6% бора 56.4% азота. Несмотря на несколько  меньшую твердость, кубический нитрид бора обладает почти теми же абразивными  свойствами, что и алмаз, но превосходит  по износостойкости все известные  абразивные материалы, применяемые  в технике. Кубический нитрид бора выгодно  отличается от алмаза своей высокой  теплостойкостью. Он не теряет своих  режущих свойств даже при температуре 12000 С; шлифовальные круги из него отличаются высокой стойкостью. Их применение повышает точность и качество детали, резко сокращает время на правку.

Абразивные материалы  из кубического нитрида бора в  СССР выпускают в виде шлифпорошков – эльбор (Л) и кубонит (КО) – и микропорошков (КМ).

Зернистость абразивного  материала приведена ниже.

Шлифзерно – 200, 160, 125, 100, 80, 63, 50, 40, 32, 25, 20, 16

Шлифпорошки - 12, 10, 8, 6, 5, 4

Микропорошки - М63, М50, М40, М28, М20, М14, М10, М7, М5

3.2.2.Связка  шлифовального круга.

Связка – вещество или совокупность веществ, применяемых  для закрепления зерен в инструменте. Связки делят на неорганические и органические. К неорганическим связкам относят керамическую, силикатную и магнезиальную; к органическим бакелитовую и вулканитовую. Наибольшее применение имеют керамические, бакелитовые и вулканитовые связки.

Керамическая связка (К) состоит из огнеупорной глины, полевого шпата, кварца, мела, талька и  других составляющих. Круги, изготовленные  на керамической связке, имеют наибольшую пористость и поэтому меньше засаливаются, легко режут металл и обладают хорошей водоупорностью, допускают  шлифование с охлаждением. Недостатком  керамической связки является хрупкость, которая делает абразивные инструменты  чувствительными к ударной нагрузке.

Силикатную связку (С) изготовляют из жидкого стекла, которое смешивают с окисью цинка, мелом, глиной и др. Силикатная связка обладает достаточной прочностью. Круги  на такой связке быстро изнашиваются, но работают с малым выделением теплоты  при резании. Их применяют, когда  поверхность заготовки чувствительна  к повышению температуры при  шлифовании. Круги на силикатной связке обычно используют без охлаждения.

Магнезиальная связка состоит из акустического магнезита  и раствора хлористого магния. Она  имеет ограниченное применение, так  как круги, изготовленные на ней, неоднородны, быстро неравномерно изнашиваются. Они гигроскопичны, их можно использовать только для сухого шлифования.

В бакелитовой связке (В) главной составляющей является жидкий или порошкообразный бакелит (искусственная  смола). Круги на такой связке обладают большой прочностью, но быстро изнашиваются. При тяжелых условиях работы, когда  температура в зоне резания достигает 3000С и более, связка начинает выгорать, а зерна преждевременно выкрашиваются. Указанные круги используют главным  образом без охлаждения. Бакелитовая  связка несколько разрушается под  действием щелочных растворов, находящихся  в охлаждающей жидкости. Поэтому  охлаждающая жидкость в случае применения кругов на этой связке не должна содержать  свыше 1.5% щелочи.

Упругость связки дает возможность изготовлять тонкие круги (высотой 0.5 мм) для абразивной прорезки. Эти свойства бакелитовой  связки обеспечили ей широкое распространение  в производстве абразивных инструментов. Из-за больших прочности и упругости  бакелитовой связи шлифовальные круги, изготовленные на ней, могут  работать с повышенными скоростями (50-65 м/с).

Вулканитовая связка (В) состоит главным образом из синтетического каучука с различными добавками, которые влияют на твердость, прочность и эластичность инструмента. Круги на вулканитовой связке обладают большей упругостью, чем на бакелитовой, и поэтому применяются для абразивной прорезки.

3.2.3.Твердость  абразивного инструмента.

Твердость абразивного  инструмента – величина, характеризующая  его свойство сопротивляться нарушению  сцепления между зернами и  связкой при сохранении характеристик  инструмента в пределах установленных  норм. Понятие о твердости абразивного  инструмента не имеет ничего общего с твердостью абразивного материала, который характеризует способность  его проникать в другие тела. Из зерен самого твердого абразивного  материала можно изготовит мягкий абразивный инструмент, и наоборот. Обычно мягким абразивным инструментом называют такой, из которого абразивные зерна легко выкрашиваются, а  твердым – из которого зерна выкрашиваются  с трудом. Согласно стандарту, ниже приведена шкала твердости шлифовальных кругов:

Мягкий М1, М2, М3

Среднемягкий СМ1, СМ2

Средний С1, С2

Среднетвердый СТ1, СТ2, СТ3

Твердый Т1, Т2

Весьма твердый  ВТ1, ВТ2

Чрезвычайно твердый  ЧТ1, ЧТ2

3.2.4.Форма  и маркировка шлифовальных  кругов.

Шлифовальные круги  изготавливают различных форм (табл. 1). Наибольшее применение находят плоские  круги прямого профиля (ПП). Их применяют  для круглого, наружного и внутреннего  шлифования, плоского шлифования периферии  круга, заточки инструмента и  ручного обдирочного шлифования.

Маркировка шлифовальных кругов. Для выбора шлифовального  круга необходимо знать его характеристику, которую наносят на поверхность  круга в виде условных обозначений.

Условные обозначения  располагают в определенной последовательности. Они дают полную характеристику шлифовального  круга и указывают, с какой  окружной скоростью безопасно работать. Эти обозначения представляют собой  паспорт шлифовального круга.

Пример. Маркировка КАЗ24А40С25К 35 м/с ПП350*40*125А обозначает:

КАЗ – Косулинский абразивный завод;

24А – марка  абразивного материала (белый  электрокорунд);

40 – зернистость,  размер зерна основной фракции  500-400 мкм; 

С2 – степень твердости;

5 – номер структуры; 

К - вид связки (керамическая);

35 м/с - окружная  скорость, при которой обеспечивается  безопасная работа;

ПП - форма круга (плоский  круг прямого профиля);

350*40*127 - размеры шлифовального  круга в мм (наружный диаметр, высота, диаметр отверстия);

А - класс круга;

3.3.Смазочно-охлаждающие  жидкости.

Для вывода из зоны резания  выделяющейся теплоты, уменьшения трения и удаления отходов шлифования применяют  охлаждение различными смазочно-охлаждающими жидкостями (СОЖ). По составу и свойствам  СОЖ, применяемые при шлифовании, делят на эмульсию и масла.

Эмульсией называют жидкость, в которой во взвешенном состоянии находятся микроскопические частицы другой жидкости. Основой  шлифовальной эмульсии является вода с добавлением небольшого количества специальных присадок, обеспечивающих смазочный эффект.

Охлаждающая жидкость, смывая абразивно-металлическую пыль, улучшает качества шлифуемой поверхности. Охлаждающие жидкости не должны содержать  ядовитых примесей, вызывающих кожные заболевания у рабочих, не должны разъедать металл и краску станка. Чем больше площадь поверхности  соприкосновения заготовки с шлифовальным кругом и тверже материал обрабатываемой заготовки, тем большее количество охлаждающей жидкости необходимо подавать в зону шлифования. Охлаждающую жидкость следует равномерно подавать на всю высоту шлифовального круга. Количество подаваемой жидкости зависит от высоты шлифовального круга: на каждые 10мм высоты круга расходуют примерно 5-8 литров жидкости.

Последнее время  появились СОЖ, которые по своим  свойствам превосходит соответствующие  товарные образцы: углеродистые жидкости (масла) МР-1 и ОСМ-3, а также эмульсии «Укринол-1», «Аквол-2» и др.

Масло МР-1 по внешнему виду светло-коричневая маслянистая  жидкость, имеющая при 200С плотность 0.8-0.93 г/см3 и кинематическую вязкость при 500С 14-19 мм2/с. Это масло применяют как при обычном, так и при скоростном шлифовании. Масло ОСМ-3 по внешнему виду маслянистая жидкость от желтого до коричневого цвета, имеющая при 200С плотность 0.8-0.9 г/см3 и кинематическую вязкость при 500С 6-9 мм2/с. Это масло рекомендуется применять для обработки чугуна и стали при хонинговании, шлифовании и супершлифовании.

Основу эмульсолов «Укринол-1» и «Аквол-2» также составляет минеральное масло, в которое вводят присадки, обеспечивающие его эмульгируемость в воде.

«Укринол-1» по внешнему виду прозрачная маслянистая жидкость, имеющая плотность при 200С 0.9-0.97 г/см3 и кинематическую вязкость при 500С 30-60 мм2/с. Эту эмульсию рекомендуют при всех условиях шлифования.

«Аквол-2» по внешнему виду – прозрачная жидкость, маслянистая, темно-коричневого цвета, имеющая  плотность при 200С 0.9-0.99 г/см3 и кинематическую вязкость при 500С 38-65 мм2/с. Рекомендуется при скоростном шлифовании дорожек колец подшипников.

Применение указанных  СОЖ обеспечивает повышение стойкости  шлифовальных кругов, снижение шероховатости  шлифуемой поверхности и повышение  производительности труда.

4.Способы  повышения эффективности  процесса шлифования.

4.1.Скоростное  шлифование.

Скоростное шлифование. Шлифование со скоростью круга V=60 м/с и выше называют скоростным. При скоростном шлифовании увеличивается: период стойкости шлифовального круга, объем снимаемого металла, а следовательно, производительность шлифования, мощность, затрачиваемая на шлифование, выделение теплоты в зоне шлифования. Уменьшаются: силы резания, параметр шероховатости шлифуемой поверхности, время на выхаживание, отклонения размера и формы готовой детали.

4.2.Силовое  шлифование.

Силовое шлифование – высокопроизводительный процесс  обработки, дающий возможность в  несколько раз увеличить интенсивность  съема металла по сравнению с  обычным шлифованием, что обеспечивает повышение производительности в 6 раз. При шлифовании отливок, имеющих  твердую корку, окалину, понижения  производительности не происходит. Обработка  по твердой корке приводит к самозатачиванию  круга и повышает режущую способность  его.

Иногда силовое  шлифование заменяет более эффективно такие виды обработки, как точение, фрезерование, при этом повышается точность и снижается параметр шероховатости  поверхности по сравнению с обработкой лезвийным инструментом. При высокоскоростном шлифовании важное значение приобретают вопросы снижения вспомогательного времени за счет автоматизации установки заготовок, правки шлифовального круга в цикле шлифования, автоматизация управления станком и т.д.