Урок 5.7РезатьГлава 5 · Механическая обработка

Шлифование

Быстрый круг из твёрдых зёрен снимает поверхность

Шлифование удаляет металл быстро вращающимся кругом, состоящим из бесчисленных крошечных очень твёрдых зёрен, каждое из которых работает как миниатюрный режущий инструмент. Оно придаёт закалённым стальным валам, кольцам подшипников и свёрлам окончательный размер и гладкую поверхность. Когда деталь должна быть точной до нескольких микрометров (тысячных долей миллиметра), её обычно шлифуют.

Фото: CC BY-SA 2.5, через Wikimedia Commons

плоское шлифование · вид сбоку и крупный план режущих зёренЦифры в кружках соответствуют шагам ниже. На рисунке плоское шлифование; круглошлифовальные станки вращают вал против круга, а бесцентровошлифовальные прокатывают его между двумя кругами.

Как это работает

Править круг. Инструмент с алмазным наконечником скользит по вращающемуся кругу, чтобы он шёл идеально круглым, а его зёрна были острыми и открытыми.
Раскрутить быстро. Круг вращается с тысячами оборотов в минуту; его край движется со скоростью около 30 м/с (примерно 100 км/ч).
Зёрна срезают крошечную стружку. Каждое зерно, касающееся детали, срезает стружку намного тоньше волоса. Стружка так раскаляется, что светится: это искры.
Залить охлаждающей жидкостью. Струя охлаждающей жидкости на водной основе или масла охлаждает деталь, смывает стружку и не даёт кругу засаливаться. Без неё поверхность может прижечься (перегреться, размягчиться или потрескаться).
Подавать крошечными шагами. Стол двигает деталь туда-обратно под кругом, который после каждого прохода слегка опускается. Последние проходы без дополнительной подачи, называемые выхаживанием, заканчиваются, когда искры затухают.

Ключевые факты

Материалы: Закалённые стали, инструментальные стали, чугун, твёрдый сплав, керамика, стекло; мягкие металлы вроде алюминия склонны засаливать круг
Типичные детали: Кольца и ролики подшипников, валы, концевые меры длины, режущие кромки инструментов, плоские направляющие станков
Размер детали: От игольчатых роликов в несколько миллиметров до валков и станин станков длиной в несколько метров
Точность: Обычно несколько микрометров (около ±0,005 мм); прецизионная работа достигает около 1 мкм по диаметрам
Качество поверхности: Гладкая, от сатиновой до блестящей; обычно Ra 0,2–0,8 мкм (Ra — средняя высота неровностей поверхности)
Подходящая партия: Любая: от одной детали в инструментальном цехе до миллионов на бесцентровых линиях
Стоимость оснастки и оборудования: Круги (из оксида алюминия, карбида кремния или дорогих CBN и алмаза) стоят от десятков до тысяч долларов; прецизионные шлифовальные станки — от десятков тысяч до более миллиона
Скорость: Медленно по объёму снятого металла, часто минуты на деталь; бесцентровые станки со сквозной подачей отделывают много мелких штифтов в минуту

Сильные стороны и ограничения

Сильные стороны

Режет закалённую сталь и другие материалы, слишком твёрдые для обычных режущих инструментов
Очень жёсткие допуски (несколько мкм) и гладкие поверхности
Много типов станков: плоские поверхности, валы, отверстия, профили
Подходит и для единичных деталей, и для полностью автоматизированного массового производства

Ограничения

Снимает металл медленно, поэтому используется для последних нескольких десятых миллиметра
Слишком сильный нагрев может прижечь или растрескать поверхность, если охлаждающая жидкость или круг выбраны неверно
Круг изнашивается и требует регулярной правки
Прецизионные шлифовальные станки дороги, а шлам (шлифовальная суспензия) неприятно убирать

Где применяется

АвтомобилестроениеШейки коленчатых и распределительных валов, стержни клапанов, валы трансмиссий
ПодшипникиВнутренние и наружные кольца, шарики и ролики
ОснасткаСвёрла, концевые фрезы и пуансоны, заточенные на инструментальных заточных станках
АвиацияХвостовики лопаток турбин, детали шасси самолётов
СтанкостроениеПлоские направляющие, концевые меры, прецизионные шпиндели

Как узнать процесс

Очень тонкие прямые параллельные царапины, идущие в одну сторону или вокруг вала.
Гладкая поверхность от сатиновой до блестящей, на ощупь под ногтем как стекло.
Плоские детали после торцового шлифования показывают перекрывающиеся дуги-завитки вместо прямых линий.
Синие или коричневые пятна на шлифованной поверхности — шлифовочные прижоги (местный перегрев).

Сравните с

Токарная обработка и фрезерование5.1снимают металл намного быстрее несколькими большими режущими кромками, обычно до закалки; затем шлифование доводит закалённую деталь.Хонингование5.8тоже режет абразивными зёрнами, но медленно трёт внутри отверстия, чтобы довести его круглость и оставить сетку.Суперфиниш и полирование5.9снимают всего около микрометра, чтобы сделать уже шлифованную поверхность ещё более гладкой.

Смотрите

THATLAZYMACHINIST · Экскурсия для начинающих по круглошлифовальному станку: круг, правка и как удерживается деталь

Metal Cutting Corp · Как работает бесцентровое шлифование: шлифовальный круг, ведущий круг и нож-опора

Okamoto Europe · Плоскошлифовальный станок с ЧПУ, как на рисунке, в работе

Fritz Studer AG · Прецизионное круглое шлифование, с искрами и крупными планами

Смотреть реальные фото

Википедия: шлифование (абразивная обработка) — виды шлифования, круги и типичные допуски, с фотографиями
Поиск фотографий в Wikimedia Commons

Запомните

Шлифование режет бесчисленными крошечными зёрнами, поэтому может формовать закалённую сталь и керамику.
Оно снимает мало материала, но достигает микрометровой точности и тонкой отделки.
Охлаждающая жидкость и регулярная правка сохраняют круг острым, а деталь — непрожжённой.