Современные технологии абразивной-алмазной обработки деталей из закаленных сталей

Введение

В современных  условиях конкурентоспособность продукции  на мировом рынке определяется, прежде всего, ее качеством. Основным показателем  качества, достижение которого вызывает наибольшие  трудности  в  процессе  производства,  является  точность.  Наиболее  остро  проблема  обеспечения  точности стоит при изготовлении изделий сложной конфигурации из труднообрабатываемых материалов, таких  как твёрдые сплавы, керамика, магнитные  сплавы, ферриты, стекло и др. Одним  из наиболее эффективных методов, используемых при изготовлении таких изделий, является профильная алмазно-абразивная обработка.

Применение  профильного врезного шлифования инструментами  из алмаза, эльбора и других  сверхтвердых материалов позволяет многократно увеличить производительность обработки,  обеспечить  высокое качество  обработанной  поверхности и хорошую повторяемость размеров изделий в партии. Операции  профильного шлифования  не  требуют применения  сложного  и дорогостоящего технологического оборудования и могут быть легко интегрированы в состав технологических процессов, выполняемых на автоматизированных производственных системах.

Производительность  при обработке закаленных материалов до сего момента достигалась за счет изменения конструкции инструмента  и усовершенствования оборудования. Сейчас, новые инструментальные материалы  позволяют работать с высокими скоростями и  значениями рабочих подач.

 

 

 

 

 

 

 

 

Тенденции в развитии шлифования

В последнее  время на станкостроительных выставках  доля производителей оборудования для  абразивной обработки невелика. Ведь с развитием лезвийной обработки, появлением современных мелкодисперсных  твердых сплавов, расширением сферы  применения высокоскоростного резания  область применения шлифования сужается: термообработанные детали фрезеруют и подвергают токарной обработке с высоким качеством получаемой поверхности. Кроме того, шлифование предполагает применение вытяжных устройств, СОТС, обслуживание абразивного инструмента, компенсацию работникам вредных условий труда, что существенно удорожает обработку. По этим причинам многие потребители пытаются найти процессам шлифования замену. В то же время развитие некоторых отраслей открыло для шлифования новые объекты и области применения.

Сегодня шлифование – это не только точная абразивная обработка – но и обработка  с высокой точностью, конкурирующая  по производительности с фрезерованием, протягиванием и точением. Доказательством  этому служит увеличение использования  шлифовальной и абразивной обработки  в некоторых отраслях промышленности и, соответственно, растущие продажи  абразивных инструментов и оборудования.

Несмотря  на информацию о широком применении сухой или почти сухой обработки, предполагается, что шлифование еще  долгое время будет требовать  СОТС. Исследования в сфере жидкостей  следующего поколения продолжаются как для эмульсий на водной, так и масляной основе. Применяются и создаются новые химические соединения, в которых акцент делается на улучшение смазывающих свойств, в то время как охлаждающим характеристикам уделяется меньше внимания.

Уже давно  обрабатывающие центры проектируются  и под обработку резанием (фрезерование, сверление и точение), и под  процессы абразивного шлифования, при  этом скорости шлифования продолжают расти. Современное оборудование для  шлифования часто встраивается в  гибкие автоматизированные ячейки, это  требует создания оборудования, способного максимально эффективно работать в  автоматизированном режиме. С другой стороны, требования к минимизации  роли оператора позволяют упростить  конструкцию с точки зрения безопасности. Многие производители рассматривают  загрузку и разгрузку как критический  по времени элемент в цикле  шлифования. Эту проблему решают автоматизированные загрузчики деталей в виде специальных  устройств.

Увеличение  доли автоматизации потребовало  улучшения абразивных инструментов, прежде всего путем увеличения периода  их стойкости. Эти требования удовлетворяются  главным образом высокоточными CBN и алмазными кругами (так называемыми  суперабразивами). Популярность кругов с суперабразивным покрытием с каждым годом растет, поскольку их применение не требует системы правки и времени на цикл правки. Применение таких кругов снижает цикл обработки и за счет увеличения скорости обработки. Также разрабатываются новые инструментальные системы шлифования заусенцев прецизионного медицинского инструмента. Материал этих инструментов в основном прочная сталь и керамика.

Современные области применения шлифования

Обработка шлифованием находит большее  применение для твердых материалов, таких как вольфрам, кобальт и  керамика, где обычная обработка  затруднительна. Одно из новых направлений  применения шлифования – это обработка  деталей с высокоскоростными  газоплазменными покрытиями HVOF.

Использование HVOF становится более популярным, в  частности в аэрокосмической  отрасли, где она в ряде случаев  заменяет хромирование. Существует тип  факельной горелки, который использует локальное сгорание и удлиненную форсунку для подогрева и нанесения  порошка на гиперскоростях на покрываемый материал. Результатом является плотное, сильно прилипшее, но с высокой шероховатостью и неоднородное покрытие, требующее в качестве финишной обработки шлифования.

Одно  из направлений совершенствования  шлифовального оборудования заключается  в создании более дешевых, чем  обрабатывающие центры, машин, т.е. специализированных станков, предназначенных для специфических  деталей или групп деталей. Так, сейчас появился спрос на дешевые шлифовальные станки, например, KelVista, CNC компании Hardinge. Подобные машины оснащены СЧПУ и имеют возможность работать одним или двумя кругами. Как правило, на них выполняются операции обработки для деталей одного типа. Кроме того, разрабатываются системы комбинированной обработки, которые объединяют, например, точение со шлифованием. Точение подготавливает поверхность, а шлифование обеспечивает качественный финиш. С другой стороны, некоторые клиенты хотят расширить возможности изготовления таких станков и поэтому комплектуют их дополнительными съемными устройствами. Например, для обычного плоскошлифовального станка таким дополнительным оборудованием могут быть центры, шпиндели, делительные устройства и т.д.

Другая  тенденция – увеличение спроса на станки, способные обрабатывать большие  детали. В связи с этим растут продажи станков с длиной шлифования до 60” (1524 мм). Главные потребители этих станков – аэрокосмическая и оборонная отрасли.

По требованию “зеленых” многие автопроизводители отказались от гидравлического управления функцией усилителя руля и перешли на электропривод. Это потребовало создания моделей станков для обработки валов электрической машины.

Движение  по увеличению эффективности энергосбережения потребовало увеличения таких характеристик  конструкций, как КПД, снижение вибраций и т.п., что привело к увеличению точности их изготовления, изза чего возросла потребность в точных механических деталях, таких как сферические винты и гайки, червячные колеса и передачи. Точность необходима для снижения уровня шума и вибраций, обеспечения плавности работы механизма. Удивляет растущий интерес к шлифовальной обработке в области производства агрегатов ветряных установок. Этим агрегатам нужны высококачественные компоненты: прецизионные подшипники, валы генераторов, турбин и редукторов, зубчатые колеса. И если потребность в энергосбережении сохранится, то данная тенденция получит дальнейшее развитие.

На развитие точного шлифования влияет (хотя и  косвенно) и нефтяная промышленность. Значительное увеличение объемов в  производстве и переработке масла  и других ГСМ требует больше магистралей  и трубопроводов для его транспортировки. Такие трубы монтируются с  применением резьбовых соединений, к качеству изготовления которых  предъявляются высокие требования. Для их удовлетворения используется специальное шлифовальное оборудование для обработки резьб, например, Drake Manufacturing Services Co.

Высокий спрос в компактной электронике, такой как мобильные телефоны и Ipod, создал параллельный ажиотаж в сфере изготовления метизов малых диаметров (1 0,1 мм). Drake разработал оборудование специально для изготовления бесстружечных метчиков, которые, в свою очередь, используются для обработки отверстий под винты. Одним из таких таких станков является GS:TEM, оснащенный линейными приводами.

 

Шлифование широко используется и в автомобилестроении. В частности, в связи с ростом цен на газ и дизельное топливо – производители вынуждены обращать особое внимание на качество устройств впрыска топлива, в которых используются прошлифованные высокоточные детали. Причем спрос на такие детали распространяется далеко за рамки автоиндустрии – вплоть до медицинской отрасли.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Высокопористый  абразивный инструмент

Современный прогресс в технологии шлифования обусловлен в определенной степени достижениями  в  производстве  нового  абразивного  инструмента.  Инновационные разработки МГТУ «Станкин» в области технологий изготовления и применения нового абразивного инструмента повышенной структурности активно внедряются на промышленных предприятиях, позволяя повысить производительность и обеспечить требуемое  качество  изготовления  ответственных  деталей.

При шлифовании закаленных сталей и заточке инструмента  из быстрорежущих сталей обычными абразивами, в зоне обработки возникают значительные силы резания и высокие температуры, достигающие температуры плавления  обрабатываемого материала. Это  приводит к низкому качеству обрабатываемой поверхности, уменьшению стойкости  инструмента из быстрорежущих сталей. Кроме того, обычные абразивные круги  имеют низкую стойкость, что вызывает их частую правку и переналадку.

 Высокий  расход абразивных кругов, низкое  качество обработанной поверхности,  низкая производительность, запыленность  рабочей зоны – основные недостатки  применения обычных абразивных  кругов.

При сухом  шлифовании пластическая деформация удаляемого материала и работа трения абразивных зерен об обрабатываемую поверхность  служат основными источниками теплообразования. Поэтому одним из направлений  снижения температуры в зоне резания, при отсутствии искусственного охлаждения, становится использование инструмента  с минимальным количеством режущих  зерен на элементарном рабочем профиле.

Опыт  промышленного применения абразивного  инструмента с нормальной структурой на операциях сухого шлифования деталей  из закаленных сталей показывает, что  использование данного инструмента  малоэффективно. Кроме того, обработанные поверхности имеют низкое качество.

Разработанный в МГТУ «Станкин» под руководством д.т.н. В.К. Старкова принципиально новый класс высокопористого абразивного инструмента, на основе комбинации порообразователей, позволяет осуществлять бездефектную обработку различных материалов, решая технологические возможности высокопористого абразивного инструмента при исключении воздействия СОЖ на здоровье человека.

Использование высокопористого абразивного инструмента  для реализации процессов сухого шлифования является одним из перспективных  направлений развития технологий обработки  резанием.

Процесс шлифования закаленных легированных сталей без принудительного охлаждения при использовании высокопористого  инструмента закрытой структуры  обеспечивается за счет снижения термодинамической  напряженности в зоне резания  и стабильной работы кругов в режиме самозатачивания.

Поры  в таких кругах создаются различными наполнителями, выгорающими в процессе термической обработки (пластмасса, уголь, древесная мука).

Объемная  масса высокопористых кругов значительно  меньше, чем обычных, в результате чего они при тех же размерах, что и обычные, легче и требуют  меньшего расхода энергии на вращение.

Высокопористый  круг лучше охлаждается поступающим  в процессе работы воздухом. Установлено, что скорость воздуха в зоне резания  при вращении высокопористого круга  на 25-35% больше, чем при вращении обычного, что позволяет работать с большей  глубиной резания и с меньшей  опасностью прижога обрабатываемой детали. Наличие большого количества крупных пор, а также увеличенная скорость воздушной струи в процессе работы абразивного инструмента создают лучшие условия для удаления стружки и уменьшают возможность застревания ее в порах. Высокопористые круги по сравнению с обычными имеют примерно в 1,5 раза меньший удельный износ.

Обеспечение эффективной, экологически безопасной обработки закаленных легированных сталей за счет использования высокопористого  абразивного инструмента и отказа от применения смазочно-охлаждающих  жидкостей, становится актуальной научно-технической  проблемой.

В настоящее  время все большее распространение  получают технологии шлифования ответственных  деталей  с  применением  высокоструктурных  и высокопористых  шлифовальных кругов. Применение такого класса абразивного инструмента является наиболее перспективным направлением  развития  современной  промышленности. Данный  инструмент может  использоваться  для  эффективной  обработки  труднообрабатываемых  материалов  при  изготовлении  ответственных деталей машин, приборов и агрегатов с повышенными требованиями по точности и качеству изготовления.