Скидка на подшипники из наличия!
Уже доступен
Шлифование представляет собой процесс обработки поверхностей абразивным инструментом, при котором режущими элементами выступают абразивные зёрна, закреплённые связкой. Правильный выбор режимов шлифования определяет качество обработанной поверхности, точность размеров, производительность операции и стойкость инструмента. Данный справочный материал содержит систематизированные таблицы режимов для основных видов шлифования с рекомендациями по выбору параметров обработки для различных материалов.
Режим резания при шлифовании определяется совокупностью параметров, которые назначаются в определённой последовательности. Каждый параметр влияет на производительность, качество поверхности и износ инструмента.
Окружная скорость шлифовального круга является основным параметром процесса и измеряется в м/с. Различают обычное шлифование со скоростью круга до 35 м/с и скоростное шлифование со скоростью свыше 50 м/с. Максимально допустимая скорость определяется прочностью круга и видом связки.
Окружная скорость детали (круговая подача) при круглом шлифовании обычно составляет 10...55 м/мин и должна быть значительно ниже скорости круга. При слишком низкой скорости детали возрастает время контакта с кругом, что приводит к прижогам. При чрезмерно высокой скорости появляются вибрации и ухудшается точность обработки. Отношение скорости круга к скорости детали (q) для стали составляет порядка 60...125, для чугуна — около 100, для цветных металлов — 50...80.
Продольная подача при круглом шлифовании назначается в долях ширины круга (B) на один оборот детали. При предварительном шлифовании Sпр = (0,5...0,8)B, при чистовом — Sпр = (0,2...0,35)B. При плоском шлифовании продольная подача определяется скоростью перемещения стола, которая обычно находится в диапазоне 2...25 м/мин.
Глубина шлифования (подача на глубину, поперечная подача) — слой материала, снимаемый за один рабочий ход или за один оборот детали. Это наиболее критичный параметр, непосредственно влияющий на шероховатость, температуру в зоне резания и вероятность появления прижогов. При круглом наружном шлифовании глубина обычно составляет 0,005...0,05 мм на ход для чистовой обработки и 0,01...0,08 мм — для предварительной.
Vк = (π × Dк × nк) / (1000 × 60), м/с
где Dк — наружный диаметр круга, мм; nк — частота вращения шпинделя шлифовальной бабки, об/мин.
Vд = (π × dд × nд) / 1000, м/мин
где dд — диаметр обрабатываемой поверхности, мм; nд — частота вращения детали, об/мин.
Sм = Sпр × nд, мм/мин
где Sпр — продольная подача на оборот детали, мм/об.
Qуд = Vд × Sпр × t / B, мм³/(мин×мм)
где Vд — скорость детали, мм/мин; Sпр — продольная подача, мм/об; t — глубина шлифования, мм; B — ширина круга, мм. Для обычного шлифования стали Qуд = 20...160 мм³/(мин×мм), для силового — до 800...1200.
Правильный подбор абразивного материала, зернистости, твёрдости и связки определяет эффективность шлифования. Характеристики круга назначают в зависимости от обрабатываемого материала, вида шлифования и требуемой шероховатости.
Практическое правило: при шлифовании твёрдых материалов выбирают более мягкие круги (для обеспечения самозатачивания), при обработке мягких и вязких материалов — более твёрдые круги (для предотвращения преждевременного выкрашивания зёрен).
Круглое наружное шлифование — наиболее распространённый вид шлифовальной обработки, применяемый для финишной обработки валов, осей, штоков, цилиндров и других деталей с наружными цилиндрическими и коническими поверхностями. Обработка выполняется на центровых круглошлифовальных станках методом продольной подачи или врезным методом.
При врезном (поперечном) шлифовании круг перемещается перпендикулярно оси детали, а вся ширина обрабатываемой поверхности перекрывается шириной круга. Глубина шлифования при врезании характеризуется радиальной подачей Sр на оборот детали.
Пример расчёта. Шлифование шейки вала из стали 40Х (HRC 50) диаметром d = 45 мм. Круг 600×63×305 25А F60 СМ1 K, Vк = 35 м/с. Принимаем Vд = 30 м/мин, Sпр = 0,35 × 63 = 22 мм/об, глубина t = 0,013 мм/ход. Частота вращения детали nд = (1000 × 30) / (3,14 × 45) = 212 об/мин. Минутная продольная подача Sм = 22 × 212 = 4664 мм/мин = 4,66 м/мин.
Внутреннее шлифование применяется для обработки отверстий на внутришлифовальных станках. Диаметр круга составляет 0,7...0,9 от диаметра отверстия, что ограничивает жёсткость оправки и вынуждает применять более осторожные режимы обработки по сравнению с наружным шлифованием.
Важно: при внутреннем шлифовании отверстий диаметром менее 40 мм скорость круга может быть ниже 25 м/с из-за ограниченных частот вращения шпинделя. Припуски на внутреннее шлифование обычно на 50% меньше, чем при наружном круглом шлифовании. Число двойных ходов на внутришлифовальных станках ограничивают значением 120...180 дв.ход/мин.
Плоское шлифование выполняется периферией или торцом круга на станках с прямоугольным или круглым столом. Наибольшее распространение получило шлифование периферией круга на станках с прямоугольным столом.
Шлифование торцом круга отличается увеличенной площадью контакта, что обеспечивает высокую производительность, но требует повышенной мощности привода и жёсткости станка. Глубина шлифования при обработке торцом обычно составляет 0,01...0,04 мм для чистового прохода и 0,04...0,15 мм для предварительного. Скорость стола снижается до 4...15 м/мин. Твёрдость круга выбирается на 1...2 ступени выше, чем при шлифовании периферией.
Бесцентровое шлифование отличается тем, что деталь не закрепляется в центрах или патроне, а поддерживается опорным ножом и ведущим кругом. Этот метод обеспечивает высокую производительность и применяется в серийном и массовом производстве.
Припуск на шлифование определяет объём материала, подлежащего снятию, и назначается в зависимости от предшествующей обработки, размеров детали и требуемой точности. Правильно назначенный припуск обеспечивает полное удаление дефектного слоя предшествующей обработки при минимальном числе проходов.
Общий припуск при шлифовании распределяется между операциями следующим образом: предварительное шлифование — 50...60% от общего припуска; чистовое шлифование — 30...35%; выхаживание (зачистные проходы без подачи на глубину) — 5...10%. Выхаживание необходимо для уменьшения упругих отжатий системы СПИД и достижения требуемой шероховатости. Обычно выполняют 3...8 выхаживающих проходов.
При шлифовании закалённых сталей с твёрдостью HRC 55...65 наибольшую опасность представляют шлифовочные прижоги и трещины. Для их предотвращения следует применять мягкие и среднемягкие круги (М3...СМ2) из белого электрокорунда (25А) или эльбора, уменьшенную глубину шлифования (не более 0,01...0,015 мм/ход для чернового прохода), обильное охлаждение (расход СОЖ не менее 10...15 л/мин). Скорость детали при чистовом шлифовании закалённых сталей рекомендуется в диапазоне 15...25 м/мин.
Серый чугун (СЧ15...СЧ30) шлифуется кругами из карбида кремния (54С, 64С), так как графитовые включения быстро засаливают электрокорундовые круги. Высокопрочный чугун (ВЧ40...ВЧ60) допускает применение как карбидокремниевых, так и электрокорундовых кругов. Твёрдость круга выбирается СМ1...С1. Глубина шлифования чугунов может быть увеличена на 20...30% по сравнению с незакалёнными сталями.
Аустенитные нержавеющие стали (типа 12Х18Н10Т, AISI 304/316) склонны к наклёпу, вязки и плохо отводят тепло. Рекомендуется применять мягкие круги (М2...СМ1) из хромотитанистого электрокорунда (91А, 92А) или эльбора. Скорость детали снижается до 10...20 м/мин, глубина резания — не более 0,005...0,015 мм/ход. Обязательно обильное охлаждение.
Алюминиевые сплавы и медные сплавы (бронза, латунь) шлифуются кругами из карбида кремния зелёного (64С) или чёрного (54С) на мягких связках. Для алюминия характерно быстрое засаливание круга, поэтому применяют крупнозернистые круги с открытой структурой (номер структуры 8...10). Скорость круга рекомендуется снижать до 20...30 м/с.
Твердосплавные пластины и инструменты шлифуются алмазными кругами на металлической или органической связке. Скорость круга — 20...30 м/с, глубина — 0,005...0,02 мм/ход для чистовой обработки. Обязательно применение СОЖ для предотвращения термических трещин. При глубинном шлифовании твёрдых сплавов глубина может достигать 0,1...0,5 мм при существенно сниженной скорости стола.
Неправильно назначенные режимы шлифования приводят к ряду характерных дефектов. Их своевременное выявление и устранение критически важно для обеспечения качества обработки.
Эффективная мощность шлифования определяется по эмпирическим формулам, которые учитывают вид шлифования, материал детали, характеристику круга и режимы обработки.
Ne = CN × Vдr × tx × Sпрy × dдq, кВт
Для закалённой стали (электрокорунд, керамическая связка): CN = 2,65; r = 0,5; x = 0,5; y = 0,55; q = 0. Мощность электродвигателя станка: Nдв = Ne / η, где η = 0,75...0,85 — КПД привода станка.
После расчёта эффективной мощности резания необходимо убедиться, что мощность шпинделя станка Nшп превышает расчётную мощность Ne. Если Nшп < Ne, необходимо снизить режимы обработки: в первую очередь глубину шлифования, затем — продольную подачу и скорость детали.
Коэффициенты материала: при расчёте мощности для различных материалов применяются поправочные коэффициенты K2: незакалённые стали — K2 = 1,0; закалённые стали — K2 = 1,1; жаропрочные стали — K2 = 1,2; чугун — K2 = 0,9. Коэффициент твёрдости круга K1 составляет 0,9 для мягких кругов (М2...М3) и 1,4...1,6 для твёрдых (СТ2...Т2).
Скорость круга определяется видом связки, формой круга и способом шлифования. Для стандартных операций на керамической связке оптимальная скорость составляет 30...35 м/с. Упрочнённые круги на керамической или бакелитовой связке допускают работу до 50 м/с (скоростное шлифование). Максимально допустимая скорость всегда указана на маркировке круга, и превышать её категорически запрещено по условиям техники безопасности. По мере износа круга (уменьшения диаметра) его окружная скорость падает при прежней частоте вращения шпинделя, что необходимо компенсировать увеличением оборотов, если конструкция станка это позволяет.
Прижоги возникают при локальном перегреве поверхности детали выше температуры структурных превращений (для закалённой стали — от 400...500 °C). Причинами являются: завышенная глубина шлифования, засаленный или слишком твёрдый круг, недостаточный расход СОЖ, слишком низкая скорость детали. Для предотвращения прижогов следует: уменьшить глубину до 0,005...0,01 мм/ход; увеличить скорость детали до 20...30 м/мин; применить более мягкий круг; обеспечить расход СОЖ не менее 10...15 л/мин; своевременно править круг. Эльборовые круги практически исключают прижоги благодаря высокой теплопроводности зёрен.
Для достижения шероховатости Ra 0,63 мкм рекомендуется применять круги зернистостью 10...12 по ГОСТ 3647 (F120...F150 по FEPA). Однако зернистость круга — не единственный фактор. Необходимо одновременно обеспечить: чистовую глубину шлифования 0,005...0,015 мм/ход, продольную подачу (0,2...0,35)B, и завершить обработку 3...5 выхаживающими проходами без подачи на глубину. Правка круга должна выполняться алмазным инструментом с продольной подачей 0,5...1,0 м/мин и глубиной правки 0,01...0,02 мм.
Продольная подача (Sпр) — это перемещение круга (или детали) вдоль оси обработки на один оборот детали (при круглом шлифовании) или на один ход стола (при плоском). Измеряется в мм/об или мм/ход. Поперечная подача (подача на глубину, t) — перемещение круга перпендикулярно обрабатываемой поверхности, определяющее толщину снимаемого слоя. Измеряется в мм/ход, мм/дв.ход или мм/об (при врезном шлифовании). Продольная подача влияет преимущественно на производительность, а поперечная — на шероховатость, температуру и вероятность прижогов.
Скорость детали при круглом шлифовании обычно находится в диапазоне 10...55 м/мин. Для предварительного шлифования незакалённой стали рекомендуется 20...40 м/мин, для чистового шлифования закалённых сталей — 15...25 м/мин, для тонкого шлифования — 5...10 м/мин. Нижний предел ограничен риском прижогов (из-за длительного контакта круга с деталью), верхний — вибрациями и опасностью вырывания детали из центров. Для нежёстких деталей (L/d > 10) скорость ограничивают 15...20 м/мин и применяют люнеты.
Для шлифования аустенитных нержавеющих сталей (08Х18Н10Т, 12Х18Н10Т, AISI 304/316) рекомендуются круги из хромотитанистого электрокорунда (91А, 92А) или эльбора (CBN). Твёрдость круга — М2...СМ1 (мягкие), зернистость — F60...F80 для чернового, F100...F120 для чистового шлифования. Структура круга — открытая (номер 7...9) для предотвращения засаливания. Связка — керамическая. Обязательно применение обильного охлаждения маслом или концентрированной эмульсией (5...10%). Глубина шлифования должна быть уменьшена на 30...50% по сравнению с углеродистыми сталями.
Выхаживание — это заключительные проходы без подачи на глубину, которые выполняются для компенсации упругих деформаций системы станок–приспособление–инструмент–деталь (СПИД). В процессе шлифования под действием сил резания деталь и узлы станка упруго отжимаются, и фактическая глубина резания оказывается меньше установленной. При снятии подачи на глубину упругие деформации постепенно исчезают, и круг снимает остаточный припуск. Обычно выполняют 3...8 выхаживающих проходов, что обеспечивает достижение требуемой точности и шероховатости поверхности.
Электрокорундовые круги для шлифования алюминия не рекомендуются. Алюминий — вязкий и мягкий металл, стружка которого быстро забивает поры круга (засаливание). Для шлифования алюминиевых сплавов следует применять круги из карбида кремния чёрного (54С) или зелёного (64С) на бакелитовой связке, крупной зернистости (F36...F60), с открытой структурой (номер 8...10). Скорость круга — 20...30 м/с. В качестве СОЖ эффективен керосин или специальные эмульсии для цветных металлов. Также хорошие результаты даёт шлифование лепестковыми кругами.
Частота вращения шпинделя определяется по формуле: nк = (60 × 1000 × Vк) / (π × Dк), об/мин, где Vк — требуемая скорость круга (м/с), Dк — наружный диаметр круга (мм). Например, для круга диаметром 400 мм при скорости 35 м/с: n = (60 × 1000 × 35) / (3,14 × 400) = 2100000 / 1256 = 1672 об/мин. Полученное значение корректируется по паспортным данным станка (ступенчатая или бесступенчатая регулировка привода). По мере износа круга диаметр уменьшается, и для поддержания скорости необходимо увеличивать обороты.
Эльборовые (CBN) круги обладают рядом преимуществ при шлифовании сталей: стойкость в 40...300 раз выше электрокорундовых кругов; практически полное отсутствие шлифовочных прижогов; стабильность размеров (минимальный износ круга); точность обработки по 6...7 квалитету; шероховатость Ra 0,16...0,40 мкм без дополнительных операций; сокращение простоев на правку и замену кругов; возможность применения более интенсивных режимов. Основным ограничением является высокая стоимость инструмента, которая окупается при серийном производстве деталей из закалённых и труднообрабатываемых сталей.
Отказ от ответственности. Данная статья носит исключительно ознакомительный и справочный характер. Автор и издатель не несут ответственности за любые последствия, прямые или косвенные, связанные с использованием представленной информации. При назначении режимов шлифования на конкретном оборудовании необходимо руководствоваться паспортными данными станка, техническими условиями на изделие, действующими нормативными документами и рекомендациями производителей абразивного инструмента. Все технические решения должны приниматься квалифицированными специалистами.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.