Рубрика: Механическая обработка
Шлифование — финишная операция, которая доводит деталь до окончательных размеров с высокой точностью и низкой шероховатостью. Особенно незаменимо оно для закалённых деталей: после термообработки сталь становится слишком твёрдой для обычного лезвийного инструмента, а коробление и окалину нужно убрать. Шейки валов под подшипники, направляющие, плиты штампов, ножи, измерительные поверхности — всё это шлифуют. Рассмотрим основные виды шлифования валов и плоскостей, их возможности и ограничения, а также то, что заказчику полезно знать при подготовке деталей.
Шлифовальный круг состоит из множества абразивных зёрен, скреплённых связкой. Каждое зерно снимает микроскопическую стружку, а одновременно в работе участвуют тысячи зёрен. Это позволяет обрабатывать материалы практически любой твёрдости, снимать очень тонкие слои и получать высокую точность формы.
круглое наружное и внутреннее шлифование, бесцентровое шлифование, плоское шлифование, профильное шлифование, шлифование торцов и уступов
Основной метод обработки валов, осей, шпинделей, плунжеров, пальцев. Деталь вращается в центрах или в патроне, а вращающийся с высокой скоростью круг снимает припуск с наружной поверхности.
Круг или деталь перемещаются вдоль оси, после каждого хода круг подаётся на глубину. Метод универсален: можно шлифовать длинные шейки любой протяжённости одним кругом, а точность и шероховатость регулируются числом выхаживающих проходов без подачи на глубину. Применяется в единичном и мелкосерийном производстве.
Круг шириной не меньше длины шейки подаётся только радиально, без продольного перемещения. Метод производителен и удобен для серий, позволяет шлифовать фасонные шейки профилированным кругом и одновременно обрабатывать шейку и прилегающий торец. Важное преимущество для уплотнительных поверхностей — отсутствие спиральных рисок, которые при продольной подаче могут работать как насос и вызывать утечку через манжету.
Точность круглого шлифования во многом определяется состоянием центровых отверстий. Забоины, неправильный угол, овальность центров передаются на деталь в виде биения и некруглости. Поэтому после термообработки центровые отверстия часто зачищают или шлифуют, а у ответственных валов заранее выполняют центровые отверстия с защитной фаской.
| Параметр | Предварительное шлифование | Чистовое шлифование | Тонкое шлифование |
|---|---|---|---|
| Квалитет | 8–9 | 6–7 | 5 |
| Шероховатость Ra, мкм | 1,6–0,8 | 0,8–0,4 | 0,2–0,1 |
| Отклонение от круглости | Сотые доли мм | Несколько мкм | Единицы мкм и менее |
При бесцентровом шлифовании деталь не закрепляется в центрах, а лежит на ноже между шлифовальным и ведущим кругами. Ведущий круг вращает деталь и, будучи слегка наклонённым, протягивает её вдоль оси.
Ограничение метода — он не обеспечивает соосность шлифуемой поверхности с другими элементами детали, поскольку базой служит сама обрабатываемая поверхность. Для валов с несколькими ступенями, требующими строгой соосности, предпочтительно круглое шлифование в центрах.
Применяется для отверстий закалённых втулок, колец, шестерён, корпусов. Круг малого диаметра на длинной оправке вращается с очень высокой скоростью внутри вращающейся детали. Метод сложнее наружного шлифования: оправка нежёсткая, круг быстро изнашивается, затруднён отвод стружки и подвод охлаждения. Внутреннее шлифование позволяет исправить отверстие после закалки и обеспечить соосность с торцом или наружной поверхностью, если обработка ведётся за один установ.
Плоское шлифование применяют для плит, планок, направляющих, ножей, матриц и пуансонов, мерных плиток, базовых поверхностей приспособлений. Стальные детали обычно закрепляются на магнитной плите, детали из немагнитных материалов — в тисках или на специальных приспособлениях.
Круг работает своей цилиндрической поверхностью, стол совершает возвратно-поступательное движение. Площадь контакта мала, нагрев невелик, точность и шероховатость высокие. Это наиболее распространённый способ для точных плоскостей.
Работает торец чашечного или сегментного круга. Площадь контакта большая, производительность высокая, но выше и тепловыделение. Применяется для съёма больших припусков на крупных плитах и для серийных деталей.
Тонкая пластина после термообработки имеет коробление, а на магнитной плите она притягивается и выпрямляется. После шлифования и снятия с плиты пластина возвращает прежнюю форму. Решение — шлифование с переворотами и малыми съёмами, использование прокладок под зазоры на первых проходах, ослабление магнитного поля, а для особо тонких деталей — правка или старение между операциями.
Профильным шлифованием получают сложные контуры на закалённых деталях: фасонные пуансоны и матрицы штампов, резьбы, шлицы, радиусные канавки, профили режущего инструмента. Круг профилируют алмазным роликом или правящим инструментом по программе, после чего форма круга копируется на деталь. Профильное шлифование часто дополняет электроэрозионную обработку при изготовлении штамповой оснастки и формообразующих деталей.
Круг подбирают по материалу детали, требуемой шероховатости и виду шлифования. Основные характеристики — абразив, зернистость, твёрдость, структура и связка.
| Абразив | Для каких материалов |
|---|---|
| Электрокорунд | Углеродистые и легированные стали, в том числе закалённые |
| Карбид кремния | Чугуны, цветные металлы, твёрдые сплавы при черновой обработке |
| Кубический нитрид бора | Закалённые быстрорежущие и высоколегированные стали, высокая точность и стойкость |
| Синтетический алмаз | Твёрдые сплавы, керамика, стекло |
Главный риск шлифования закалённых деталей — прижоги. При перегреве в поверхностном слое происходит вторичный отпуск или даже повторная закалка, появляются растягивающие напряжения и микротрещины. Внешне прижог может быть незаметен, но деталь теряет твёрдость и усталостную прочность.
Огранка возникает от вибраций и дисбаланса круга, спиральные риски — от неправильной правки или перекоса, волнистость — от биения шпинделя. Все эти дефекты устраняются балансировкой круга, правильной правкой, стабильными режимами и выхаживанием в конце цикла.
Шлифование часто идёт в связке с поверхностной закалкой: подробнее об этом процессе — на странице закалки ТВЧ.
Величина припуска зависит от диаметра и длины вала, способа термообработки и ожидаемого коробления. Короткий вал небольшого диаметра после закалки ТВЧ деформируется мало, и для него достаточно двух-трёх десятых миллиметра на диаметр. Длинный тонкий вал после объёмной закалки может получить прогиб, сравнимый с половиной миллиметра, и его перед шлифованием правят на прессе, а припуск увеличивают. Для плит решающим фактором является соотношение толщины и размеров в плане: чем тоньше и шире плита, тем больше её коробит и тем больший запас нужен на каждую сторону. Слишком большой припуск тоже вреден — он увеличивает время обработки, риск прижогов и, при поверхностной закалке, может снять значительную часть упрочнённого слоя.
Штоки гидроцилиндров, плунжеры и валы, работающие в уплотнениях, нередко хромируют твёрдым хромом, а затем шлифуют и полируют до окончательного размера. В этом случае деталь сначала шлифуют под покрытие с учётом толщины слоя, затем наносят хром с запасом и повторно шлифуют. Аналогичная схема применяется при восстановлении изношенных шеек напылением или наплавкой: нанесённый слой выводят шлифованием в номинальный размер.
Наиболее типичные задачи, с которыми обращаются заказчики:
Шлифование — ключевая финишная операция для деталей, требующих высокой точности, низкой шероховатости и обработки после закалки. Круглое шлифование в центрах обеспечивает соосность ступеней валов, бесцентровое — производительность на гладких деталях, плоское — точность и параллельность плит и ножей, профильное — сложные контуры на закалённых поверхностях. Качество результата определяется подготовкой детали, правильным выбором круга и режимами, исключающими прижоги. Подробнее о возможностях оборудования — на странице шлифования. Специалисты «ВМС» выполняют шлифование как в составе полного цикла изготовления деталей, так и отдельной операцией по вашим заготовкам.
