Шлифование металлов
Лоскутов В.В.
Машиностроение, 1985 г.
ОСНОВЫ ПРОЦЕССА ШЛИФОВАНИЯ МЕТАЛЛОВ
§1.ПРОЦЕСС ШЛИФОВАНИЯ
Шлифование — один из видов обработки металлов резанием. При шлифовании припуск на обработку снимается абразивными инструментами — шлифовальными кругами. Шлифовальный круг представляет собой пористое тело, состоящее из большого количества мелких зерен. Эти зерна соединены между собой особым веществом, которое называется связкой. Твердые материалы, из которых образованы зерна шлифовального круга, называются абразивными материалами. Процесс шлифования состоит в том, что шлифовальный круг снимает с детали тонкий слой металла (стружку) острыми гранями своих абразивных зерен (фиг. 1).
Фиг. 1. Процесс шлифования.
Принципиальной разницы в законах резания металлов металлическими и неметаллическими инструментами не существует.
Однако процесс резания металлов различными инструментами, в том числе и шлифование, кроме общих закономерностей, имеет свои особенности.
К особенностям процесса шлифования следует отнести:
1) высокую скорость резания;
2) сильное размельчение и своеобразный характер снимаемой стружки;
3) невыгодную геометрию режущих зерен шлифовального круга;
4) высокое нагревание обрабатываемой поверхности и стружки.
Поясним кратко эти особенности. При обычном шлифовании скорость резания принимается равной 30 м/сек, или 1800 м/мин, а при скоростном — 50 м/сек, или 3000 м/мин. Это в 10—30 раз превышает скорость резания при токарной обработке. Процесс снятия стружки абразивным (режущим) зерном осуществляется примерно за 0,0001—0,00005 сек.
Число абразивных зерен, расположенных на периферии шлифовального круга, очень велико, оно измеряется на кругах средних размеров десятками и сотнями тысяч штук. Поэтому при шлифовании стружка снимается огромным числом беспорядочно расположенных режущих зерен, к тому же неправильной формы, что приводит к очень сильному размельчению стружки и вызывает большой расход энергии. Затрата энергии на единицу веса снимаемого металла при шлифовании в 4—5 раз больше, чем при фрезеровании, и в 12—13 раз больше, чем при точении.
Абразивные зерна, как правило, имеют отрицательные углы резания. Работу каждого отдельно взятого абразивного зерна можно сравнивать с работой резца, имеющего отрицательный передний угол. Так, если при работе другими инструментами их режущей части можно придать наивыгоднейшую геометрию, то с зернами шлифовального круга этого сделать нельзя.
Шлифовальный круг имеет прерывистую, режущую кромку. Высокие скорости резания, трение связки шлифовального круга об обрабатываемую поверхность, произвольная геометрия абразивных зерен, сильное размельчение стружки приводят к тому, что в зоне шлифования выделяется большое количество тепла. Высокая температура поверхностных слоев шлифуемой детали, достигающая 1000° и больше, вызывает изменение структуры и физических свойств металла.
Снимаемая стружка в большей своей части похожа на стружку, снимаемую другими инструментами. Часть стружки отлетает от шлифуемой детали, а некоторая часть ее размещается в порах шлифовального круга и вымывается из них охлаждающей жидкостью. Небольшая часть ее сгорает. По мере притупления шлифовальные зерна врезаются в металл все с большим и большим усилием. В тот момент, когда усилие по величине превзойдет прочность зерна или удерживающей его связки, зерно разрушится или полностью выкрошится.
Шлифование — очень сложный процесс, который зависит от многих факторов.
§ 2. ВИДЫ И СПОСОБЫ ШЛИФОВАНИЯ
Поверхности, обрабатываемые шлифованием, могут быть простыми и сложными. К простым относятся наружная и внутренняя цилиндрическая поверхность и плоскость, к сложным — винтовая, эвольвентная и некоторые другие поверхности.
Для осуществления процесса шлифования необходимо, чтобы деталь и абразивный инструмент имели соответствующие -относительные движения. В машиностроении наиболее часто применяются следующие виды шлифования: круглое наружное, круглое внутреннее и плоское.
Круглое наружное шлифование. К этому виду шлифования относятся:
а) шлифование с продольной подачей;
б) шлифование врезанием;
в) бесцентровое шлифование с продольной подачей;
г) бесцентровое шлифование врезанием.
Для осуществления круглого наружного шлифования с продольной подачей необходимы следующие движения (фиг. 2, а): вращение шлифовального круга, или главное движение резания; вращение детали вокруг своей оси — круговая подача детали; прямолинейное возвратно-поступательное движение детали (или шлифовального круга) вдоль оси детали — продольная подача; поперечное перемещение шлифовального круга на деталь или. наоборот, детали на круг — поперечная подача, или подача на глубину шлифования. При шлифовании с продольной подачей этот вид подачи используется периодически, в конце каждого двойного хода детали.
Круглое наружное шлифование врезанием (фиг. 2, б)отличается от первого способа шлифования тем, что высота применяемого при этом шлифовального круга берется равной длине шлифования детали или несколько больше ее. Поэтому здесь отпадает необходимость в продольной подаче. Поперечная подача применяется непрерывно в течение всего процесса шлифования. Таким образом, для выполнения наружного шлифования врезанием необходимы следующие движения: вращение шлифовального круга, вращение детали вокруг своей оси, или ее круговая подача, и непрерывная поперечная подача шлифовального круга.
Бесцентровое шлифование (фиг. 2, в) представляет собой разновидность наружного круглого шлифования. Шлифуемая деталь помещается на опорном ноже между кругами — рабочим (слева) и подающим, или ведущим (справа). Для осуществления процесса бесцентрового шлифования необходимы следующие движения: вращение шлифовального и подающего кругов, круговая и
Фиг. 2. Схемы основных видов шлифования:
а — круглое наружное с продольной подачей; б — круглое наружное врезанием, в — наружное бесцентровое; г — круглое внутреннее с продольной подачей; д — внутреннее бесцентровое; е — плоское— периферией круга; ж — плоское—торцом круга.
продольная подача детали. Вращение подающего круга сообщает шлифуемой детали вращение и продольную подачу. Для получения продольной подачи детали ось ведущего круга устанавливают под небольшим углом к оси рабочего круга.
Круглое внутреннее шлифование. К этому виду шлифования относятся:
а) шлифование с продольной подачей;
б) шлифование врезанием;
в) бесцентровое шлифование с продольной подачей;
г) бесцентровое шлифование врезанием.
Схема круглого внутреннего шлифования с продольной подачей показана на фиг. 2, г. Для этого способа шлифования необходимы те же движения, что и при круглом наружном шлифовании с продольной подачей: вращение шлифовального круга, круговая подача детали, продольная подача детали или круга, поперечная подача круга.
Круглое внутреннее бесцентровое шлифование (фиг. 2, д)подобно наружному и осуществляется без закрепления шлифуемой детали; в процессе шлифования деталь поддерживается тремя опорными роликами.
Плоское шлифование. Этот вид шлифования делится:
а) на шлифование периферией круга (фиг. 2, е)
б) на шлифование торцом круга (фиг. 2, ж).
Для осуществления плоского шлифования необходимы следующие движения: вращение шлифовального круга — главное движение резания; подача детали; прямолинейное движение детали или шлифовального круга в направлении, перпендикулярном к подаче детали; движение круга на деталь — поперечная подача, или подача на глубину шлифования. Столы плоскошлифовальных станков могут совершать прямолинейное возвратно-поступательное и вращательное движение. Соответственно движение подачи детали может быть прямолинейным или вращательным.