Обработка заготовок на шлифовальных станках
Характеристика метода шлифования.
Шлифованием называют процесс обработки заготовок резанием абразивными кругами. Абразивные зерна расположены в круге беспорядочно и удерживаются связующим материалом. При вращательном движении круга в зоне его контакта с заготовкой часть зерен срезает материал. С заготовки срезается очень большое число тонких стружек (до 100 млн. за 1 мин). Обработанная поверхность представляет собой совокупность микроследов абразивных зерен и имеет малую шероховатость. Часть зерен ориентирована так, что резать не может, но производит работу трения по поверхности резания. Шлифовальные круги работают успешно на очень больших скоростях - до 30 м/с и более. Процесс резания каждым зерном осуществляется почти мгновенно.
В зоне резания выделяется большое количество теплоты. Мелкие частицы обрабатываемого материала, сгорая, образуют пучок искр, либо оплавляются. Абразивные зерна могут также оказывать на заготовку значительное силовое воздействие. Происходит поверхностное пластическое деформирование материала, искажение его кристаллической решетки. Деформирующая сила вызывает сдвиги одного слоя атомов относительно другого. Вследствие упругопластического деформирования материала обработанная поверхность упрочняется. Но этот эффект менее ощутим, чем при обработке металлическим инструментом.
Тепловое и силовое воздействия на обработанную поверхность приводят к структурным превращениям, изменениям физико-механических свойств поверхностных слоев обрабатываемого материала. Так образуется дефектный поверхностный слой детали. Для уменьшения тепловых эффектов материал шлифуют при обильной подаче смазочно-охлаждающих жидкостей.
Шлифование распространено очень широко. С его помощью можно производить чистовую и отделочную обработку деталей с высокой точностью. Обработке подвергают самые разнообразные материалы, а для заготовок из закаленных сталей шлифование является одним из наиболее распространенных методов формообразования. В отдельных случаях шлифование по эффективности соперничает с фрезерованием и точением.
Обработка заготовок на круглошлифовальных станках.
Конструкции круглошлифовальных станков и их компоновка подчиняются основным схемам шлифования. Станки обеспечивают все необходимые для обработки движения и кинематические соотношения.
Круглошлифовальный станок состоит из следующих основных узлов: станины 1, стола 2, передней бабки 3 с коробкой скоростей, шлифовальной бабки 4, задней бабки 5 и привода стола 6 (рис.62). Эти станки делят на: простые, универсальные и врезные. Универсальные станки имеют поворотную переднюю и шлифовальную бабки. Каждую бабку можно повернуть на определенный угол вокруг вертикальной оси и закрепить для последующей работы. Простые станки снабжены неповоротными бабками. У врезных станков отсутствует продольная подача стола, а шлифование ведется по всей длине заготовки широким абразивным кругом с поперечной подачей.
Рис.62. Общий вид кругошлифовального станка
Для подач узлов круглошлифовальных станков широко используют гидравлические устройства. Возвратно-поступательное перемещение стола совершается с помощью гидроцилиндра и поршня. Управляют ими устройства, которые переключаются столом в крайних положениях. Гидравлические механизмы используют также для периодической подачи шлифовальной бабки. Они обеспечивают бесступенчатое регулирование подачи.
Круговую подачу заготовки обеспечивает специальный электродвигатель. Здесь используют бесступенчатое регулирование частоты вращения двигателя за счет изменения электрического сопротивления.
Шлифовальный круг вращается с помощью клиноременной передачи. После износа круга и уменьшения его диаметра используют другую пару шкивов.
Наиболее распространено шлифование в центрах. Для повышения точности обработки центры устанавливают неподвижно. Круговая подача заготовки обеспечивается за счет поводкового устройства (поводок и хомутик), приводимого в действие вращающейся планшайбой. Возможно консольное закрепление заготовок в кулачковых патронах.
Круглое шлифование цилиндрических поверхностей может быть выполнено по одной из четырех схем (рис.63).
При шлифовании с продольной подачей (рис.63,а) заготовка вращается равномерно и совершает возвратно-поступательное движение. В конце хода заготовки шлифовальный круг перемещается на sп и при следующем ходе срезается слой металла определенной глубины. Шлифуют до тех пор, пока не получат поверхность заготовки заданного размера.
Рис.63. Схемы обработки заготовок на кругошлифовальных станках
Скорость вращательного движения круга обеспечивает скорость резания.
Если необходимо шлифовать второй участок заготовки, станок останавливают, настраивают и регулируют упоры на столе для переключения sпр уже в новых положениях. Также устанавливают величины sп, sпр и sкр в зависимости от требуемой шероховатости поверхности.
При шлифовании заготовок недостаточной жесткости возникает опасность их чрезмерных прогибов от сил резания. В этих случаях на столе устанавливают люнеты, число которых определяется конструкцией заготовки.
Для повышения производительности процесса шлифования за счет сокращения вспомогательного времени станки оснащают специальными быстродействующими поводковыми устройствами, а также измерительными устройствами, которые прекращают этот процесс по достижении необходимого размера.
Электрофизические и электрохимические методы обработки.
Электроэрозионные методы обработки.
Электроэрозионные методы обработки основаны на явлении эрозии (разрушении) электродов из токопроводящих материалов при пропускании между ними импульсного электрического тока.
Электрический разряд между двумя электродами происходит в газовой среде или при заполнении межэлектродного промежутка диэлектрической жидкостью (керосином, минеральным маслом и т. д.). В жидкой среде процесс электроэрозии происходит интенсивнее.
При наличии потенциала на электродах межэлектродное пространство ионизируется. Когда разность потенциалов достигает определенной величины, в среде между электродами образуется канал проводимости, но которому устремляется электрическая энергия в виде импульсного искрового или дугового разряда. Благодаря высокой концентрации энергии, реализуемой во времени за 105-108с, мгновенная плотность тока в канале проводимости достигает 8000-10 000 А/мм2, в результате чего температура на поверхности обрабатываемой заготовки-электрода возрастает до 10 000-12 000 °С.
При этой температуре мгновенно оплавляется и испаряется элементарный объем металла и на обрабатываемой поверхности образуется лунка. Удаленный металл застывает в диэлектрической жидкости в виде сферических гранул диаметром 0,01-0,005 мм.
Следующий импульс тока пробивает межэлектродный промежуток там, где расстояние между электродами окажется наименьшим. При непрерывном подведении к электродам импульсного тока процесс эрозии продолжается до тех пор, пока не будет удален весь металл, находящийся между электродами на расстоянии, при котором возможен электрический пробой (0,01-0,05 мм) при заданном напряжении импульса. Для продолжения процесса необходимо сблизить электроды до указанного расстояния и тогда процесс эрозии возобновится. Электроды сближаются автоматически за счет использования следящих систем.
Кроме теплового воздействия, при электроэрозионных методах обработки на материал заготовки-электрода действуют электродинамические и электростатические силы, а также давление жидкости от явления кавитации, сопровождающего процесс импульсных разрядов. Совокупность тепловых и силовых факторов приводит к разрушению металла и формообразованию поверхности обрабатываемой заготовки-электрода.
Электрохимические методы обработки.
Электрохимические методы обработки основаны на явлении анодного растворения при электролизе. При прохождении постоянного электрического тока через электролит на поверхности заготовки, включенной в электрическую цепь и являющейся анодом, происходят химические реакции, и поверхностный слой металла превращается в химические соединения. Продукты электролиза переходят в раствор или удаляются механическим способом.
Производительность процессов электрохимической обработки зависит в основном от электрохимических свойств электролит, обрабатываемого токопроводящего материала и плотности тока.
Химические методы обработки.
Сущность химической обработки заключается в направленном разрушении металлов и сплавов травлением их в крепких растворах кислот и щелочей.
Перед травлением заготовки предварительно обрабатывают, т. е. тщательно очищают поверхности от окалины и масла. Затем поверхности заготовок, не подлежащие обработке, защищают химически стойкими покрытиями (окрашивают лаками и красками, применяют химические и гальванические покрытия, светочувствительные эмульсии). Иногда необрабатываемые поверхности защищают резиной.
Подготовленные заготовки опускают в ванну с раствором кислоты или щелочи в зависимости от материала, из которого они изготовлены. Незащищенные металлические поверхности заготовок подвергаются травлению.
Чтобы скорость травления была постоянной со времени, концентрацию раствора поддерживают неизменной, а для большей интенсивности процесса травления раствор подогревают до температуры 40-80 °С, после обработки заготовки промывают, нейтрализуют, еще раз промывают горячей содовой водой, сушат и снимают защитные покрытия.
Химическим травлением получают местные утонения на нежестких заготовках, ребра жесткости, извилистые канавки и щели, «вафельные» поверхности, обрабатывают поверхности, труднодоступные для режущего инструмента, и т. д.
Химико-механическая обработка. Этим способом обрабатывают заготовки из твердых сплавов. Заготовки приклеивают специальными клеями к пластинам и опускают в ванну, заполненную суспензией, состоящей из раствора сернокислой меди и абразивного порошка. В результате обменной химической реакции на поверхности заготовок выделяется рыхлая металлическая медь, а кобальтовая связка твердого сплава переходит в раствор в виде соли, освобождая тем самым зерна карбидов титана и вольфрама.
Медь вместе с карбидами сошлифовывается присутствующим в растворе абразивным порошком. В качестве инструмента используют чугунные диски или пластины. Карбиды удаляются за счет наличия относительных движений инструмента и заготовок.
Химико-механическую обработку применяют для разрезания и шлифования пластинок из твердого сплава, доводки твердосплавного инструмента.