Шлифование металлов это

Сущность процесса шлифования

Согласно ГОСТ 23505-79 «Оборудование металлорежущее. Термины и определения», шлифование определяется как обработка резанием абразивным инструментом, рабочая часть которого содержит множество абразивных зерен. Каждое зерно выступает в роли микрорезца, снимающего тонкий слой материала с обрабатываемой поверхности.

Механизм резания при шлифовании отличается от обработки лезвийным инструментом. Абразивные зерна имеют произвольную ориентацию и отрицательные передние углы, что вызывает значительное трение и нагрев зоны обработки. Температура в точке контакта может достигать 1000-1200 градусов Цельсия, поэтому применение смазочно-охлаждающих жидкостей критически важно для качества обработки.

Преимущества шлифования

Шлифование позволяет обрабатывать закаленные стали твердостью до 65 единиц по шкале HRC, твердые сплавы и керамические материалы, недоступные для обычного режущего инструмента. Достигается высокая точность формы и взаимного расположения поверхностей благодаря жесткой кинематической схеме станков и малому усилию резания.

Виды шлифования по геометрии поверхности

Классификация методов шлифования определяется формой обрабатываемых поверхностей и типом используемого оборудования согласно технологическим стандартам металлообработки.

Абразивные инструменты для шлифования

Шлифовальный круг состоит из абразивных зерен, связующего материала и пор. Правильный выбор характеристик круга в соответствии с ГОСТ 2424-83 «Круги шлифовальные. Технические условия» определяет качество обработки и производительность процесса.

Типы абразивных материалов

Электрокорунд — наиболее распространенный абразив на основе оксида алюминия. Применяется для шлифования углеродистых и легированных сталей. Характеризуется высокой твердостью и способностью к самозатачиванию. Различают нормальный электрокорунд (13A, 14A, 15A), белый электрокорунд (22A, 23A, 24A) и монокорунд (43A, 44A, 45A) для особо ответственных операций.

Карбид кремния — более твердый материал, используемый для обработки твердых и хрупких материалов — чугуна, твердых сплавов, керамики. Зерна имеют острую режущую кромку, но меньшую прочность по сравнению с электрокорундом. Маркируется обозначениями 53C, 54C, 55C (черный карбид кремния) и 62C, 63C, 64C (зеленый карбид кремния).

Алмазные и эльборовые круги — применяются для особо точной обработки закаленных сталей, твердых сплавов, керамики. Обладают максимальной износостойкостью и теплостойкостью, что позволяет работать на высоких скоростях резания. Алмазные круги регламентируются ГОСТ 16167-85, эльборовые (из кубического нитрида бора) — ГОСТ 24747-90.

Зернистость абразивного инструмента

Зернистость определяет размер абразивных частиц и влияет на шероховатость поверхности и производительность обработки. В России применяется ГОСТ Р 52381-2005, который соответствует международному стандарту FEPA и маркируется буквой F с числовым значением: чем выше число, тем мельче зерно. Для справки также используется ГОСТ 3647-80 «Материалы шлифовальные. Классификация», где зернистость обозначалась числами.

• F36-F60 — крупная зернистость для грубой обработки с высоким съемом металла
• F70-F120 — средняя зернистость для получистовых операций
• F150-F220 — мелкая зернистость для чистового шлифования
• F230 и выше — микропорошки для финишной обработки с минимальной шероховатостью

Шлифовальное оборудование

Шлифовальные станки классифицируются по типу обрабатываемых поверхностей, степени автоматизации и точности обработки в соответствии с технологическими требованиями производства.

Круглошлифовальные станки

Предназначены для обработки тел вращения диаметром от 2 до 600 мм. Современные станки оснащаются числовым программным управлением, что позволяет автоматизировать цикл обработки и достигать высокой повторяемости размеров. Частота вращения шпинделя составляет 1500-3000 оборотов в минуту для стандартных операций.

Плоскошлифовальные станки

Используются для обработки деталей длиной до 5000 мм. Различают станки с прямоугольным и круглым столом. Магнитная плита обеспечивает надежное закрепление заготовок без применения механических зажимов, что исключает деформацию тонкостенных деталей и повышает точность обработки.

Внутришлифовальные станки

Специализированное оборудование для обработки отверстий диаметром от 3 мм. Шпиндель с кругом вращается с частотой до 60000 оборотов в минуту, что компенсирует малый диаметр инструмента и обеспечивает необходимую скорость резания для эффективного съема материала.

Режимы резания при шлифовании

Правильный выбор параметров обработки обеспечивает требуемое качество поверхности, производительность процесса и долговечность абразивного инструмента согласно технологическим картам обработки.

Скорость резания

Окружная скорость шлифовального круга определяется его диаметром и частотой вращения. Для обычных кругов на керамической связке скорость составляет 30-35 метров в секунду. Современные высокоскоростные круги на упрочненной связке позволяют работать при скорости до 60-80 метров в секунду, что значительно повышает производительность обработки.

Подача и глубина резания

При круглом шлифовании продольная подача составляет 0,3-0,7 ширины круга за один оборот детали. Глубина резания зависит от операции: при черновой обработке снимается 0,01-0,03 мм, при чистовой — 0,005-0,01 мм за проход. Скорость вращения детали обычно находится в диапазоне 15-30 метров в минуту для стальных заготовок.

Система охлаждения при шлифовании

Смазочно-охлаждающие жидкости играют критическую роль в процессе шлифования, обеспечивая отвод тепла из зоны резания, смазку контакта круга с деталью и удаление продуктов обработки.

Функции СОЖ

Охлаждение рабочей зоны предотвращает перегрев детали и структурные изменения в металле, такие как отпуск закаленной поверхности или образование прижогов. Смазывающее действие снижает трение между зернами и обрабатываемой поверхностью, уменьшая износ круга. Моющая функция удаляет абразивную пыль и стружку из зоны контакта, предотвращая засаливание круга и сохраняя его режущую способность.

Типы охлаждающих жидкостей

Водные эмульсии на основе минеральных масел наиболее распространены благодаря высокой охлаждающей способности и относительно низкой стоимости. Концентрация эмульсии для операций шлифования составляет 3-7 процентов в зависимости от типа обработки и обрабатываемого материала. Для высокопроизводительного шлифования используют концентрации 5-7 процентов, для прецизионных операций — 3-5 процентов.

Синтетические и полусинтетические СОЖ не содержат или содержат минимальное количество минеральных масел, обладают улучшенными антикоррозионными свойствами и более длительным сроком службы. Они особенно эффективны при шлифовании труднообрабатываемых материалов и позволяют работать при концентрациях 2-5 процентов.

Подача охлаждающей жидкости осуществляется через специальные сопла с расходом 15-25 литров в минуту для стандартных операций. Оптимальная скорость струи должна составлять около 70 процентов от скорости вращения круга для эффективного проникновения в зону резания и максимального охлаждающего эффекта.

Точность и качество поверхности

Шлифование обеспечивает самые высокие показатели точности среди методов механической обработки. Достижимая точность размеров находится в диапазоне 5-7 квалитетов по ГОСТ 25346-2013, что соответствует отклонениям в несколько микрометров для типовых размеров деталей машиностроения.

Параметры шероховатости

При чистовом шлифовании достигается шероховатость поверхности Ra 0,16-0,63 мкм согласно ГОСТ 2789-73 «Шероховатость поверхности». Финишное шлифование позволяет получить Ra 0,04-0,16 мкм. Для сравнения, после токарной обработки шероховатость обычно составляет Ra 1,6-6,3 мкм, что на порядок больше.

Факторы, влияющие на точность

Жесткость станка и качество направляющих определяют геометрическую точность обработки и отсутствие вибраций в процессе резания. Правильная и своевременная правка круга алмазным правящим инструментом обеспечивает его геометрию и режущую способность. Температурные деформации детали и станка компенсируются интенсивным охлаждением и температурной выдержкой перед измерением размеров.

Применение шлифования в промышленности

Шлифование металлов широко применяется в различных отраслях машиностроения, где требуется высокая точность изготовления деталей и качество рабочих поверхностей.

• Автомобильная промышленность — обработка коленчатых валов, распределительных валов, поршневых пальцев, деталей трансмиссии с достижением точности по 6-7 квалитетам
• Подшипниковое производство — шлифование колец подшипников, шариков и роликов с точностью до долей микрона для обеспечения минимального трения и износа
• Авиационная промышленность — изготовление деталей турбин, шестерен редукторов, прецизионных валов из жаропрочных и титановых сплавов
• Инструментальное производство — заточка режущего инструмента, изготовление калибров и измерительных приборов высокой точности
• Энергетическое машиностроение — обработка валов турбин, роторов генераторов, ответственных деталей насосов с требованиями к балансировке