Высокотехнологичные производства

     Прогресс  в машиностроении повышает требования к надежности и долговечности машин. Производительность, быстроходность, точность и экономичность машин неизменно возрастают. При этом одновременно усложняются конструкции машин и деталей, повышаются требования к точности размеров и геометрической формы деталей, к качеству поверхности и поверхностного слоя, ужесточаются нормы на контактную жесткость соединений, расширяется применение труднообрабатываемых материалов. В этих условиях роль абразивного и алмазного инструмента в технологии машиностроения еще более возрастает, так как многие требования к деталям практически невозможно выполнять без абразивной и алмазной обработки.

     При  шлифовании значительно легко  можно обеспечить допуск 1 – 4 мк по нечилиндричности, 0,3 – 0,5 мк по некруглости, 4 мк по точности сопряжения.

     В  настоящее время проводится работа  по улучшению качества абразивного  инструмента. Вводится легирование абразивных материалов и применяются меры для уменьшения в них вредных примесей. В настоящее время начали выпускаться абразивные инструменты класса А, которые имеют более высокую стойкость и стабильные режущие свойства. Для абразивных  инструментов в основном используется электрокорунд, карбид кремния, кубический нитрад бора и алмаз, которые изготовляются искусственным путем.

     На  ведущих предприятиях машиностроения  и приборостроения нашей страны  абразивная доводка твердосплавного  режущего инструмента заменена  доводкой с применением алмазного  инструмента. Там, где это экономически  целесообразно, успешно внедряется и алмазное затачивание инструментов, оснащенных твердым сплавом.

     Несомненную  выгоду дает применение станков,  обеспечивающих одновременную обработку  детали по всему контуру или  нескольких поверхностей. Например, при окончательной обработке шеек коленчатых валов на многокруговых станках повышается производительность в 3 – 4 раза по сравнению с обработкой на обычных круглошлифовальных станках и обеспечить размерную стойкость всех шеек в пределах 15 – 20 мк, точность геометрической формы в пределах 5 – 10 мк.

     В  ряде отраслей успешно применяются скоростное шлифование. Повышение окружной скорости круга с 30 до 50 м/сек позволяет повысить класс чистоты поверхности, увеличить производительность труда на 15 – 20%, сократить расход кругов на 70%.

     Абразивным материалом может быть любой природный или искусственный материал, зерна которого обладают достаточной твердостью резания ( скобления, царапания ) при определенной скорости движения другого материала. Изготовленные из этого материала абразивные инструменты должны обрабатывать детали машин с заданной точностью и классом чистоты поверхности. 

Абразивные  материалы. 

     Природными  абразивными материалами, имеющие  промышленное значение, являются  корунд, наждак, кремень, гранат и другие.

     Корунд – горная порода, состоящая в основном из кристаллической окиси алюминия с небольшой примесью кварца и других минералов, химически связанных с окисью алюминия. Количество и состав примесей определяют цвет корунда: красный, бурый, желтый, синий, серый и белый.

     Наждак – мелкозернистая горная порода, состоящая в основном из корунда, магнетита, гематита и кварца в различных соотношения. Цвет наждака черный, красновато – черный, серо – черный. Из наждака изготовляют шлифзерно для производства мельничных жерновов: его применяют так же для шлифования свободным зерном.

     Гранат – минерал, представляющий собой соединение алюминия, железа, хрома, кальция, магния, марганца с кремнекислотой. К гранатам относится большая группа сложных силикатов, кристаллизующихся в кубической сингонии.

     Кремень – однородная плотная порода, состоящая из кремнезема скрытокристаллической структуры и микроскопических зерен кварца с примесью карбонатов глинистых веществ и органических остатков. Цвет его от светло – серого до черного иногда с буровато – желтыми оттенками. В природе кремний встречается в виде массивных горных пород и гальки.

     Техническое стекло – бой листового и бутылочного стекла является сырьем, из которого в результате дробления, измельчения и рассева получают шлифзерно и шлифпорошки, применяемые для изготовления шлифовальной шкурки, предназначенной для обработки дерева. 

Алмазы. 

     Алмаз  представляет собой кристаллическую  модификацию углерода. Кристаллическая  решетка алмаза кубическая. Она содержит 18 атомов, из которых 8 расположены в вершинных куба, 6 в центрах его граней и 4 в центрах четырех из восьми кубов, образованных делением элементарной  кубической ячейки, тремя         взаимно перпендикулярными плоскостями.

     В  природе алмазы встречаются в виде отдельных монокристаллов  и  их  обломков или в виде сросшихся кристалликов – агрегатов. Из природных агрегатов наиболее широкое применение в промышленности находят баланс – шаровидные агрегаты. Природные алмазы содержат не большое количество алюминия, железа, кальция, кремния, марганца, титана и других. В зависимости от количества и состава примеси алмаз может быть бесцветным, а так же окрашенным в желтый, голубой, розовый и другие цвета.

     Алмаз  весьма устойчив к воздействию  различных кислот. На воздухе алмаз сгорает при температуре 850 - 1200˚С. Катализаторами при окислении могут быть щелочные (литий, натрий, калий) и некоторые другие (железо, хром, никель, медь, марганец) металлы.

     Определяющей  характеристикой зернистости является ее основная фракция. Крупность основной фракции продуктов рассева определяют размерами двух смежных сеток, через первую из которых все зерна основной фракции проходят и задерживаются на второй. За зернистость принимают номинальный размер стороны ячейки в сетку сетки, на которой задерживается зерно.

     По  характеру обрабатываемых поверхностей  схемы шлифования можно разделить  на три основные вида: а) обработка  наружных и внутренних поверхностей  вращения (круглое шлифование); б)  обработка плоских поверхностей (плоское шлифование); в) обработка сложных поверхностей.

Виды  шлифования и станки

     Круглое наружное шлифование применяют главным образом в тех случаях, когда приходится шлифовать детали, имеющие две или более строго концентричные шейки или выступы; когда эти шейки или выступы имеют разную длину, чем ширина круга бесцентрового станка; когда необходимо обрабатывать цилиндрические детали с прерывистой поверхностью, а также неуравновешенные детали и детали, у которых наружный диаметр связан с диаметром отверстия с определенным допуском.

     В  условиях крупносерийного и массового  производства и при работе  широким кругом, когда шлифуемая  длина детали почти равна ширине  круга, обычно применяют способ  шлифования врезанием, являющейся  более производительным, чем способ продольной подачи. В этом случаи круг работает всей высотой в зависимости от конфигурации детали и типа станка. Для равномерности  износа круга и достижения меньшей шероховатости шлифуемой поверхности шлифовальному кругу иногда сообщается возвратно – поступательное осциллирующее перемещение с ходом 5 – 10 мм вдоль оси детали.

     Способ  шлифования врезанием применяют  часто в случаях, когда шлифуемая  часть детали ограничена с  двух сторон буртиками, как,  например, шейка коленчатых валов. Для шлифования длинных цилиндрических деталей иногда используют метод врезного шлифования, обрабатывая деталь полной высотой круга с перекрытием шлифуемых участков; в конце процесса делают один зачистной проход по всей длине шлифуемой детали для обеспечения заданной точности и класса чистоты поверхности.

     При  врезном шлифовании различают;  период врезания, в течении которого  постепенно возрастают силы врезания  и снимаемый объем стружки;  период установившегося врезания; период выхаживания, в течении  которого шлифование происходит без подачи. Во время выхаживания объем стружки, снимаемой в единицу времени, и силы резания с каждым проходом уменьшаются. Иногда применяют производительный глубинный способ шлифования, при котором весь припуск снимается за один – два прохода. В этом случаи шлифовальный круг имеет ступенчатый или слегка скошенный профиль, а продольная подача делается весьма малой и большей частью производится от руки. При этом способе производительность повышается и в результате числа холостых ходов и машинного времени. Высокий класс чистоты и точность достигаются тем, что резание фактически производится только передней частью круга, а остальная его часть производит весьма длительную зачистку в связи с малой продольной подачей.

     Шлифование  уступами заключается в том, что первоначально круг врезается на всю свою ширину по всей длине обрабатываемой детали с перекрытием каждого участка, а затем оставшуюся часть припуска снимают за два – три прохода метод продольной подачи.

     Общим  недостатком для всех методов круглого наружного шлифования и особенно последнего является необходимость постоянного наблюдения за процессом шлифования и управления станком, что затрудняет переход на многостаночное обслуживание. 

Станки  для круглого наружного  шлифования

     Процессы  круглого наружного шлифования  осуществляются на простых, универсальных  или специальных круглошлифовальных  станках.

     На  простых круглошлифовальных станках  производится обработка не только  цилиндрических, но и конических  деталей с углом конуса до 15˚. На станках с быстрым отводом и отводом шлифовальной бабки ( 3А110, 3Е153, 3А164, 3А150, 3Е153, 312М ) и другие – шлифовать метод врезания с автоматической подачей после каждого одинарного или двойного хода стола в течение всего цикла шлифования.

     Обязательным  условием получения необходимой  точности при переходе с одной  операции на другую является  строгое соблюдение технологической  базы, хорошее состояние станка  и, в частности, его жесткости.  Целесообразно для получения  большей точности чистовое шлифование проводить через 2 – 3 часа после начала работы станка, когда все детали его имеют одинаковую температуру.

Вибрационное  круглое шлифование

      Вибрационное круглое шлифование  применяют при обработке деталей  из труднообрабатываемых и при том хрупких сплавов, в частности магнитных. Этот метод шлифования, по сравнению обеспечивает для указанных сплавов большую производительность и меньшую шероховатость поверхности. Каждое зерно проходит путь по синусоиде в результате ультрозвуковых колебаний, тем больше путь, проходимый зернами круга, и производительность.

     При  этом виде шлифования толщина  снимаемой стружки, приходящаяся  на один контакт с зерном  круга, меньше, чем при обычном  шлифовании, вследствие чего силы  резания  получаются небольшие, способность выкрашивания уменьшается  и  класс чистоты поверхности увеличивается. С увеличением амплитуды колебаний  мощность,  затрачиваемая на шлифование, снижается. При вибрационном шлифовании коэффициент трения резко снижается. Потребляемая мощность при вибрационном шлифовании почти такая же, как при обычном шлифовании с охлаждением смесью керосина с маслом. 

Внутреннее  шлифование

     Шлифование  отверстий производится двумя  способами и, из которых наиболее  распространенный характеризуется  тем, что шлифовальный круг и шлифуемая деталь, находятся в контакте, вращаются вокруг своих осей в противоположных направлениях, причем круг или деталь одновременно совершает продольное перемещение. Второй способ, получивший название планетарного, заключается в том, что шлифовальный круг, вращается около своей оси, одновременно вращается около оси шлифуемой детали, которая получает продольное перемещение вдоль своей оси. Направления вращения детали и круга противоположны.

     Внутреннее  шлифование осуществляется методом продольной подачи или при шлифовании коротких отверстий – методом поперечной подачи ( врезанием ), при котором круг, кроме вращения, получает осевые осциллирующие перемещения способствующие улучшению чистоты шлифуемой поверхности, как, например, при шлифовании беговой дорожки кольца подшипника.

     Внутреннее шлифование производится при помощи приспособлений на универсальных  круглошлифовальных станках или на внутрешлифовальных станках. Последние выпускаются для обработки цилиндрических, и конических, сквозных,и глухих отверстий, а также торцов с одного установа.   

Внутрешлифовальные  станки