Глубинное шлифование. Оборудование, схемы, инструмент, характеристика процесса
Введение
В настоящее время в машиностроении широкое распространение получают технологии абразивной обработки. Происходит развитие методов абразивной обработки, автоматизация технологического оборудования и совершенствования абразивного инструмента. Также расширяется сфера применение абразивной обработки в части обрабатываемых материалов.
Несмотря на то, что абразивная обработка используется в машиностроении достаточно давно, ее применение при обработке некоторых материалов затруднительно ввиду сложности обработки и высокой склонности материалов к образованию дефектов в виде прожогов и микротрещин.
Одним из перспективным методов абразивной обработки является глубинное шлифование. Данный метод позволяет удалять весь технологический припуск за ограниченное число рабочих ходов. Однако, значительное увеличение контактной зоны абразивного инструмента и заготовки, а также низкие скорости продольной подачи возникновению проблем с тепловым повреждением обрабатываемых поверхности, которое проявляется в различной степени для разных обрабатываемых материалов. Встречающая информация лишь обобщенно характеризует данный технологический метод обработки изделий. При этом практически отсутствует информация о технических параметрах и требованиях применяемого оборудования, используемом инструменте, режимах и особенностях обработки, характерных для различных обрабатываемых материалов. Существующие технологические решения являются малоисследованными и не позволяют в полной мере описать процесс обработки и эффективно использовать имеющие ресурсы (оборудование, инструмент, материал и т.д.).
Преимуществом глубинного шлифования является сочетание в одном технологическом процессе и получения детали сложного профиля, и придания ее поверхностному слою высококачественных параметров.
Для осуществления метода глубинного шлифования используется профилешлифовальное оборудование с числовым программным управлением. Так как процесс обработки сопровождается высоким нагревом, в станках применяется система охлаждения с принудительной подачей жидкости.
Осуществление высокоскоростной и глубинной шлифовки металла требует особого подхода к выбору рабочего инструмента. Характеристики шлифовального круга должны соответствовать свойствам конкретного обрабатываемого материала, требованиям к показателям качества поверхности, величинам припусков и другим параметрам.
Научная сторона вопроса обрабатываемости материалов при глубинном шлифовании развита слабо. Не имея отчетливого представления о возможностях, особенностях, преимуществах и недостатках метода обработки невозможно получить значительный технический и экономический эффект. Этот вопрос требует детального изучения.
Цель работы: исследование оборудования, инструментов и характеристики процесса глубинного шлифования.
Задачи работы:
- ознакомится с понятием и назначением глубинного шлифования;
- рассмотреть оборудование и инструмент глубинного шлифования, требования к ним;
- дать характеристику процесса глубинного шлифования.
Глубинное шлифование, определение, назначение
Шлифование – один из прогрессивных методов обработки металлов резанием. При шлифовании припуск на обработку срезают абразивными инструментами – шлифовальными кругами. Шлифовальный круг представляет собой пористое тело, состоящее из большого числа абразивных зерен, скрепленных между собой связкой. Между зернами круга и связкой расположены поры. Материалы высокой твердости, из которых образованы зерна шлифовального круга, называют абразивными.
Шлифование состоит в том, что шлифовальный круг, вращаясь вокруг своей оси, снимает тонкий слой металла (стружку) вершинами абразивных зерен, расположенных на режущих поверхностях шлифовального круга (периферия круга).
История развития процесса внедрения глубинного шлифования начался в начале 70-х годов, когда бурное наращивание объемов выпуска высоко ресурсных авиационных двигателей заставило мировых производителей в отрасли авиа двигателестроения искать пути решения проблемы повышения производительности и качества обработки особо ответственных высоконагруженных деталей турбины, где вопросы обрабатываемости обеспечения ресурса стояли особенно остро.
Эффективное решение, этих задач не обеспечивалось использованием традиционных методов механической обработки, поскольку форсирование режимов обработки при изготовлении деталей из жаропрочных сплавов ограничивается низкой стойкостью режущего инструмента и ухудшением качества поверхностного слоя деталей.
Идея производительного съема материала абразивными кругами всегда привлекала внимание специалистов, так как известно, что абразивные материалы превосходят по твердости все известные стали и сплавы. Имелись и отдельные примеры решения этой задачи. Такими примерами может служить вулканитовая резка, производительные схемы шлифования плоских поверхностей с большой глубиной резания (до 5 мм и более) боковой поверхностью круга с поперечной циклической подачей до нескольких миллиметров на ход.
Однако всегда считалось, что высокопроизводительные процессы абразивной обработки несовместимы с обеспечением высокой точности и качества поверхностного слоя ответственных деталей, так как велика вероятность потери размерной стойкости и появления прижогов. Одним из путей повышения эффективности механической обработки и явилось внедрение в производство глубинного шлифования. Оно потребовало решения комплекса вопросов с целью повышения технологической надежности процесса, включающих разработку и выбор технологических схем обработки; оборудования; режущего и правящего инструмента; рецептуры, способов подачи и очистки СОЖ, режимов правки и шлифования; теоретического и экспериментального подтверждения гарантии достижения требуемой точности и качества шлифуемой поверхности.
Рис. 1. Процесс глубинного шлифования.
Глубинное шлифование (рис. 1) осуществляется периферией профилированного в размер круга (прямоугольного или сложного профиля) на специальных плоскошлифовальных станках с медленным прямолинейным перемещением заготовки. При этом методе шлифования скорость заготовки Vg на 2-3 порядка меньше, а глубина обработки (глубина резания t) на 1-3 порядка больше, чем при обычном плоском шлифовании.
Обработка заготовок производится в полуавтоматическом или автоматическом циклах на станках, обладающих повышенной жесткостью системы СПИД и мощностью главного привода от 15 до 50 кВт, что в 2-3 раза выше, чем при обычном плоском шлифовании на аналогичных станках.
Шлифование осуществляется кругами типов ПП, 3П и 6ТП наружным диаметром 175-600 мм, высотой 8-150 мм, а в блоках - высотой до 600 мм. Шлифуемые заготовки в зависимости от формы и размеров, точностных параметров закрепляются на столе станка на магнитной плите или в специальных приспособлениях, позволяющих производить обработку одновременно нескольких заготовок. Станки для глубинного шлифования могут быть встроены в автоматические линии с применением робототехники, особенно при обработке заготовок в массовом производстве (автостроении, авиастроении и других отраслях). Для глубинного шлифования используются заготовки деталей, полученные современными способами точного литья, штамповки, а также после механической обработки.
Особенность внедрения глубинного шлифования заключалась в том, что оно начала практически было использовано в производстве и показало отличные результаты. Так, при процессах изготовления производительность увеличилась в 4 раза, точность - в 2 раза, шероховатость поверхности снизилась в 2 раза, значительно повысилась работоспособность замкового соединения. При опытной обработке условий и режимов шлифования были тщательно исследованы все контролируемые показатели качества обработанной поверхности: шероховатость, глубина и степень наклепа, остаточные напряжения, микроструктура, возможность появления шлифовочных трещин.
Все показатели при шлифовании были лучше или аналогичны ранее используемому фрезерованию. Ничем не отличался и уровень возникновения дефекта по возможному появлению несплошности поверхностного слоя, выявляемый по свечению люминофора и связанный с выходом на поверхность пор и расслоений материала по границам зерен, образующихся при литье
Зарегистрируйся, чтобы продолжить изучение работы
. Однако через некоторое время этот дефект стал классифицироваться как шлифовочные трещины.
Глубинное шлифование применяют для профильного шлифования, в том числе широкими кругами, для шлифования стружечных канавок на сверлах, гребенок, пазов; при шлифовании резьбы, зубьев и червяков и деталей топливной аппаратуры и при алмазной обработке твердосплавных режущих инструментов.
Так, в современном авиадвигателе строении развитие технологии производства лопаток ГТД на таких предприятиях отрасли как ОАО “Мотор-Сич”, ММПП “Салют”, НПО “Сатурн” идет путем отказа от фрезерных операций в пользу шлифовальных.
Внедрение на этих предприятиях такого прогрессивного метода абразивной обработки как глубинное шлифование стало основой для развития интегральных технологий.
Требование к оборудованию и инструменту
Специфика глубинного шлифования предъявляет особое требования к оборудованию. Станки для глубинного шлифования должны быть виброустойчивыми, иметь повышенную мощность главного привода, высокую статическую и динамическую жесткость; особое значение придается охлаждению опор шпинделя для обеспечения постоянной температуры при вспомогательном (холостом) его вращение и под нагрузкой.
Для рабочих перемещений часто используют шаговые двигатели. Применение таких двигателей позволяет увеличить диапазон подач от 1 до 2500. В качестве приводов продольного перемещения как в отечественных, так и зарубежных станках применяют гидросистемы. Для продольно-профильных станков часто используют электромеханические приводы, обеспечивающие медленное перемещение стола (20 мм/мин - 10 м/мин).
Станки для глубинного шлифования оснащают системами обильного подвода СОЖ в зону шлифования, включающими холодильные установки, сепараторы, гидроциклоны, центрифуги и т. д.
На станках для глубинного шлифования часто предусматривают устройства для компенсации изнашивания круга, а на станках для скоростного глубинного шлифования - устройства для балансировки кругов в процессе работы. Наибольшее распространение получили станки для плоского и круглого глубинного шлифования.
Глубинное шлифование имеет такие особенности, обусловленные кинематикой и термодинамикой процесса, которые накладывают специфические требования к конструкции станков для глубинного шлифования. Опыт эксплуатации зарубежных станков, модернизация под условия глубинного шлифования ряда отечественных станков и создание собственного оборудования позволили ОАО «Рыбинские моторы» совместно с НИИД (г. Москва) разработать технические задания на разработку гаммы отечественных станков, обеспечивающих потребности отечественного авиационного двигателестроения.
Первыми были модернизированы плоскошлифовальные станки моделей ЗБ722 и ЗД722 производства Липецкого станкоинструментального завода.
Были также модернизированы для глубинного шлифования елочных замков морально устаревшие станки фирмы «Матрикс» (Англия). На них была внедрена непрерывная правка кругов алмазными роликами с автоматической компенсацией размера, увеличена мощность главных приводов, переоборудована система подачи СОЖ.
Опыт модернизации станков дал возможность глубже исследовать ряд технических решений и заложить более обоснованные требования к ним во вновь разрабатываемых станках.
При создании промышленных моделей станков для глубинного шлифования на Липецком станкостроительном заводе большинство требований было выполнено.
Первым был создан одношпиндеольный станок модели ЛШ-220, который представляет собой полуавтомат с прямоугольным столом, горизонтальным шпинделем и четырех координатным устройством ЧПУ. Компоновка станка в сочетании с конструкцией шпинделя на подшипниках качения обеспечивает высокую жесткость шлифовальной бабки. Применение в направляющих стола и салазок фторопластовой ленты, а также винтовых пар качения в механизмах вертикального и поперечного движения подач шлифовальной бабки и перемещения стола позволили достичь плавности рабочих перемещений и высокой точности изготовления деталей. Станок нашел широкое применение на заводах отрасли.
Некоторым конструктивным недостатком этих станков является весовая несбалансированность консольно расположенных электродвигателей привода шлифовальных кругов.
Существенным шагом в дальнейшем усовершенствовании одношпиндеольных плоскошлифовальных станков является создание станка модели ОШ-680.
Рис.2. Станок ОШ-680
Станок специальный для глубинного профильного шлифования с ЧПУ ОШ-680 предназначен для глубинного шлифования абразивными шлифовальными кругами профильных прецизионных поверхностей лопаток газотурбинных двигателей, изготовленных из жаропрочных и других труднообрабатываемых материалов.
Область применения станка – предприятия серийного и крупносерийного производства.
На станке установлена управляемая программа глубинной обработки деталей. Предусмотрено управление по следующим осям координат станка:
- продольное перемещение шлиф. головки – координата Х;
- вертикальное перемещение шлифовальной головки - координата Y;
- вертикальное перемещение алмазного ролика механизма правки - координата V.
Станок значительно превосходит своих предшественников по технологическим возможностям. Он обладает повышенной жесткостью, быстроходностью на холостых ходах, имеет большую по высоте зону обработки.
Глубинное шлифование требует очень мощного и жесткого оборудования (15 ... 150 кВт), имеющего высокую точность перемещений.
Современное оборудование для глубинного шлифования оснащается устройствами для автоматической смены шлифовальных кругов и их балансировки, системами активного контроля размеров, контроля процесса на основе накопленных статистических данных, поддержания температуры и фильтрации охлаждающей жидкости, полного контроля процесса устройством ЧПУ.
Принципиально новым этапом в развитии глубинного шлифования, радикально расширяющимВведение
в область производства высокоответственных деталей эффективных процессов обработки, явится использование метода высокоскоростного глубинного шлифования. Этот метод, будучи дальнейшим развитием метода глубинного шлифования с традиционными скоростями резания (V = 20...30 м/с), позволит не только повысить скорость съема материала более чем в 5...10 раз, но и снизить (вдвое и более) толщину слоя материала, несущего остаточные напряжения пластического деформирования. Непременным следствием процесса станет практически полное сохранение первичных физико-химических свойств конструкционных материалов в поверхностном слое деталей и увеличение их долговечности.
Использование метода высокоскоростного глубинного шлифования связано с решением двух групп задач. Первая группа задач связана с использованием новых видов технологических средств: шлифовальных кругов из сверхтвердых абразивных материалов, правящих средств для них, масляных смазочно-охлаждающих жидкостей. Одна часть этих средств уже создана, другая - требует разработки. Вторая группа задач связана с адаптацией к конкретным типам технологических процессов и использованием новых станков, обеспечивающих все необходимые условия скоростного резания. Такие станки нового поколения имеются в производстве ряда зарубежных фирм, но, к сожалению, в отечественном станкостроении отсутствуют.
Фирмой CCJ (Германия) разработана серия станков «Скоростное резание 2000» («Speed cut 2000») многоцелевого назначения. Имея блочную компоновку, эти станки легко поддаются переналадке: смене, а если необходимо, и увеличению числа шлифовальных бабок, замене рабочих столов и др. Конструкция станков системы «Скоростное резание 2000» чрезвычайно проста. Жесткая виброустойчивая станина из полигранита несет направляющие основных исполнительных узлов.Для всех трех осей используются прецизионные линейные роликовые направляющие. Исключительно совершенная конструкция суппортов в каждой позиции исполнительных узлов обеспечивает между всеми тремя осями «магический» угол 90°. Станки снабжены специальной системой «балансирования температуры», которая отводит излучаемое из зон приводов и направляющих тепло, равномерно распределяет его по всей массе станка и выравнивает температуру его узлов с помощью жидкости, температура которой поддерживается постоянной.В результате в течение всего времени работы станка гарантированы весьма высокие показатели точности (параллельности, плоскостности и др.) и шероховатости обрабатываемых поверхностей деталей
50% реферата недоступно для прочтения
Закажи написание реферата по выбранной теме всего за пару кликов. Персональная работа в кратчайшее
время!
Задать вопрос
на новый заказ в Автор24. Это бесплатно.
