Шлифовка металла: методы, виды

Что это такое? Шлифовка металла – важный этап процесса металлообработки. Она используется для создания гладкой ровной поверхности металлических изделий, которые затем можно окрасить или использовать для других целей.

На что обратить внимание? Полирование металлической поверхности можно начинать только после проведения подготовки. В первую очередь деталь очищается от ржавчины, окалин, капель, оставшихся после сварки.

Принцип шлифовки металла

Шлифовкой металла принято называть технологические операции, суть которых заключается в снятии верхних слоев материала с помощью абразивного инструмента. Поверхность изготовленных из пористого материала шлифовальных кругов покрывается мелким минеральным абразивом, зерна которого скреплены специальным цементирующим составом.

Благодаря острым граням минеральных частичек, покрывающих абразивный круг, с обрабатываемой детали снимается верхний слой металла. В результате обработки поверхность изделия избавляется от неровностей и приобретает гладкость. Выполняя поверхностную механическую обработку металлических заготовок, необходимо учитывать особенности конкретного материала, в частности, то, что снятие верхних слоев может быть очень быстрым. Чем крупнее зерна абразива, тем быстрее срезается металл, а чем мельче – тем выше качество поверхности.

При стандартной обработке шлифовальный круг вращается со скоростью до 50 м/с, а если быстрее – шлифовка считается скоростной. На токарных станках этот показатель меньше примерно в 30 раз. Отдельные зерна взаимодействуют с металлом всего от 0,0001 до 0,00005 секунды.

На поверхности круга беспорядочно располагается большое число частичек абразива с разной формой режущих кромок. Снимаемая ими металлическая стружка имеет почти микроскопические размеры. Потребление электроэнергии шлифовальными станками примерно в 5 раз выше, чем фрезеровочными и в 10 раз – чем токарными. Мельчайшие размеры металлической стружки, разнообразная форма и большое количество абразивных частичек приводят к выделению значительного количества тепловой энергии.

В зоне контакта абразивного круга с поверхностью обрабатываемой металлической заготовки происходит интенсивный нагрев – температура может превышать +1 000 °C, что часто становится причиной изменения физических свойств металла – например, он может становиться более хрупким. В ходе шлифовки необходимо обеспечивать охлаждение. При шлифовании следует правильно определять и учитывать припуски.

Суть и особенности процесса

Особенности процесса шлифовки металла:

1. При шлифовании с использованием специальных инструментов достигается определенная степень шероховатости верхнего слоя материала.
2. Это один из этапов финишной обработки, при которой не снимается большой слой металла и не исправляются серьезные дефекты поверхности.
3. Эффективность шлифовки повышается при предварительном нагреве металла.

Основные виды шлифования металлических поверхностей

Существует множество методов шлифования металла. Ниже мы разберем основные, в том числе:

• круглое шлифование металла;
• изменение шероховатости внутренних поверхностей;
• зубошлифование;
• бесцентровую технологию;
• шлифование плоских поверхностей.

Методы шлифовки также принято классифицировать в зависимости от применяемых абразивных материалов и вида оборудования. Технологический процесс значительно упрощает применение современных разработок, в частности, станков с числовым программным управлением, которые позволяют автоматизировать наиболее трудоемкие операции и существенно повышать качество обработки металлических поверхностей.

Круглое наружное шлифование

Данная технология предусматривает использование специализированных станков и имеет ряд особенностей:

• Для обработки деталей применяется вращающийся с высокой скоростью шлифовальный круг с абразивом.
• Эффективность шлифовки металла повышается за счет вращения самих заготовок.
• Для регулирования глубины обработки и шлифования по всей длине деталей подача производится как в поперечном направлении, так и вдоль оси вращения заготовок.

Внутреннее шлифование

Данной технологией пользуются, когда обработке подлежит внутренняя поверхность заготовки цилиндрической формы. Отличие от описанного выше способа заключается именно в том, что шлифовальный круг работает внутри цилиндра.

Среди особенностей этого метода обработки металлических поверхностей следует выделить следующие:

• продольная и поперечная подача рабочего инструмента;
• обработка осуществляется посредством вращения самого абразивного шлифовального круга.

Эффективность обработки повышается подачей в рабочую зону охлаждающей жидкости.

Зубошлифование

Эта технология была разработана для шлифовки шестерен, которые используются в работе различных механизмов. Необходимость применения специального шлифовального оборудования обусловлена сложной геометрией обрабатываемых поверхностей.

Данная технология шлифовки металлических заготовок предполагает:

• обработку профиля зубчатых венцов;
• замену абразивных кругов в зависимости от конфигурации зубьев;
• использование специального оборудования.

Бесцентровое шлифование

Как следует из названия, этот метод шлифовки заключается в обработке металлических деталей цилиндрической формы, не закрепленных в центрах. Рабочая часть специального оборудования состоит из абразивного круга, подающего валика (также покрытого абразивом) и опорного ножа, который не дает заготовке провалиться вниз и препятствует ее заклиниванию.

Данная технология шлифовки отличается от описанных выше тем, что при ее использовании обеспечивается высокая стабильность обрабатываемых деталей. Это позволяет осуществлять обработку на высокой скорости и заметно повышает производительность.

Шлифование плоских поверхностей

Данная технология применяется главным образом для обработки плоских металлических корпусных деталей и отличается тем, что:

• для надежной фиксации обрабатываемых металлических заготовок, которая осуществляется с помощью магнитов или механических приспособлений, используются специальные столы;
• шлифовка осуществляется за счет возвратно-поступательного движения вращающегося абразивного круга.

Методы шлифования металла

В настоящее время в промышленности применяется множество различных технологий финишной обработки поверхности металлических заготовок. Для шлифовки используются специальные станки и оборудование разных типов. Основные признаки, на основании которых осуществляется классификация шлифовки металла:

1. выбранный метод;
2. используемое оборудование (специальные или унифицированные станки);
3. применяемые абразивные материалы;
4. глубина обработки;
5. требуемая точность;
6. механическая или ручная шлифовка.

По первому из перечисленных признаков различают:

1. шлифование плоских или обладающих заданной кривизной металлических поверхностей;
2. круглое шлифование;
3. бесцентровое шлифование;
4. зубошлифование;
5. шлифование внутренних поверхностей.

Второй из указанных признаков используется для классификации оборудования и станков, которые могут быть:

1. ленточно-шлифовальными, плоско- и круглошлифовальными, внутришлифовальными, бесцентрово-шлифовальными;
2. токарными, фрезерными, сверлильными (станки общего назначения);
3. специальными.

Перечисленные виды оборудования выполняют целый ряд схожих операций. К примеру, круглошлифовальные станки применяются для финишной обработки поверхности металлических заготовок, имеющих форму цилиндра, а с помощью внутришлифовальных аппаратов осуществляют доводку внутренней поверхности деталей из металла. Все металлообрабатывающие станки подразделяются на две большие группы: с электронным (числовым программным) управлением или без него. С помощью оборудования с ЧПУ, оснащаемого множеством различных рабочих инструментов и устройств, решаются многие сложнейшие задачи.

Узкоспециальные задачи, которыми может сопровождаться как предварительная, так и чистовая подготовка металлических изделий, решаются с помощью специального шлифовального оборудования.

Круглое наружное шлифование

Для такой обработки металлических поверхностей применяются специальные круглошлифовальные станки, принцип работы которых заключается в последовательном прижиме заготовки к абразивному кругу. Необходимая точность шлифования достигается путем использования различных степеней прижима и абразивов различной зернистости.

С помощью круглошлифовальной обработки снижается шероховатость металла и достигается высокое качество финишной обработки. Метод имеет ряд преимуществ:

• Позволяет обрабатывать металлические детали больших размеров.
• Оборудование для круглошлифовальной обработки дает возможность точно настраивать технические параметры, добиваясь высокого качества шлифования.
• Производители предлагают широкий выбор оборудования для круглого шлифования металлических заготовок. В зависимости от решаемых задач можно использовать как крупногабаритные стационарные станки, так и небольшие настольные аппараты.

Внутреннее шлифование

Внутришлифовальные станки применяются для обработки внутренних поверхностей цилиндрических заготовок из металла. В разных типах оборудования шлифование происходит за счет:

• вращения обрабатываемой детали с прямой подачей абразивного круга;
• подачи заготовки к вращающемуся абразивному инструменту;
• комбинированной подачи (параллельной и поперечной).

Данный метод применяется в производстве различных металлоизделий, среди которых:

• различные подшипники – как шариковые, так и роликовые;
• элементы автомобильных трансмиссий;
• гидравлические и пневматические устройства.

Технология имеет ряд преимуществ:

• высокое качество обработки внутренних поверхностей металлических деталей цилиндрической формы;
• устранение осевого смещения готовых отверстий;
• возможность формирования отверстий правильной формы с точно заданным диаметром.

Зубошлифование

Данная технология применяется в производстве шестерен, элементов зубчатой или червячной передачи, широко применяемых в различных механизмах и устройствах. Для шлифования поверхности зубьев используются три основных метода:

• обкат с непрерывной обработкой;
• обкат с периодическим делением;
• профильное шлифование.

В первом случае происходит одновременная шлифовка двух сторон зубьев, что позволяет существенно повысить производительность. Однако этот метод усложняет учет погрешностей обработки, качество которой зависит от величины шага. Избавиться от такой неточности можно, применив второй из указанных способов шлифования, недостаток которого заключается в снижении скорости обработки.

Профильное зубошлифование предусматривает обработку одним проходом. Для того чтобы добиться высокой точности, следует уделить особое внимание расположению абразивного инструмента относительно обрабатываемой поверхности Для получения наиболее высокого качества и точности шлифовки пользуются зубохонингованием – обработкой зубчатыми хонами, поверхность которых покрыта хаотически расположенными на поверхности зубьев зернами абразивного материала, алмазов или кубического нитрида бора.

Бесцентровое шлифование

Эта технология предназначена для шлифовки цилиндрических металлических деталей как снаружи, так и изнутри. Внешняя обработка производится одним из двух способов:

• Обработка длинных деталей, которая требует точного соблюдения постоянного диаметра.
• Шлифовка поверхностей с технологическими углублениями, проточками и различными вырезами по окружности. С помощью данного метода можно обрабатывать фасонные и ступенчатые детали.

Первый вариант предполагает вращение детали вокруг своей оси с одновременной продольной подачей абразивного инструмента. Для повышения эффективности обработки поверхности важно соблюдать правильный угол между осями вращения ведущего вала и шлифовального круга, который зависит от диаметра и длины обрабатываемой заготовки. Во втором случае угол подачи абразивного круга зависит от геометрии обрабатываемой поверхности, что дает возможность добиться высокой точности и качества шлифования.

Шлифование плоских поверхностей

Часто в шлифовке нуждаются плоские металлические поверхности. С этой целью используется три вида операций: обдирная, черновая и чистовая обработка. В первом случае шлифованием удаляют верхние слои металла, если по той или иной причине для этого не подходят другие методы механической обработки чугунных заготовок, стыков сварных конструкций и отдельных типов изделий из стальных сплавов.

Чистовую плоскую шлифовку осуществляют после черновой, что позволяет повысить точность и сформировать идеальную плоскость с минимальной шероховатостью. В этом случае применяются специальные станки и абразивные круги различной зернистости. Обработка может производиться в один или несколько проходов. Ко второму варианту прибегают, когда требуется использовать мелкий абразив для снижения силы воздействия на поверхность металла, снизить ее нагрев и избежать деформации.

Обработка деталей перед шлифовкой

Шлифовку металла следует производить, предварительно очистив поверхность от ржавчины, окалины, застывших брызг расплава и других загрязнений металлической щеткой. Затем необходимо избавиться от сколов, вмятин и бугорков. Далее можно приступать к фрезеровке, снимая верхний слой материала. Если технологический процесс предусматривает закалку металла, ее следует производить перед шлифовкой.

Маркировка и характеристика абразивного инструмента

Качество финишной обработки напрямую зависит от применяемого абразивного инструмента, представляющего собой основу из пористого материала с нанесенными на нее минеральными частичками, которые удерживаются специальным связующим составом.

Шлифовальные круги отличаются друг от друга:

1. профилем, который подбирается в зависимости от конкретной задачи;
2. размером, выбор которого зависит главным образом от площади обрабатываемой поверхности;
3. типом абразива: для изготовления шлифовальных кругов используются материалы различной твердости (самый прочный и твердый из них – алмазная крошка);
4. зернистостью абразива – чем она больше, тем быстрее снимается металл, однако для повышения качества полученной поверхности следует на заключительных этапах переходить на более мелкое зерно;
5. твердостью поверхности – этот важный параметр обычно указывается в маркировке шлифовальных кругов;
6. размером посадочного отверстия.

Производство и использование абразивных материалов регламентируется соответствующими ГОСТами и ТУ.

Маркировка шлифовальных кругов содержит указание материала, использованного в качестве абразива, например, часто можно встретить абразивный инструмент из электрокорунда, искусственного камня на основе оксида алюминия. Примеры обозначений:

• 14А, 15А, 16А – из нормального электрокорунда;
• 22А, 23А и 24А – из белого;
• 32А и 33А – из хромистого;
• ЭС – из сферокорунда.

В качестве абразива в шлифовальном инструменте часто используется черный или зеленый карбид кремния, который в маркировке обозначается буквами КБ. В последнее время большой популярностью пользуется крошка из искусственного алмаза, которая обозначается буквами АСР, АСО, АРВ и АРК. Применяемые для шлифовки абразивы могут быть натуральными или искусственными. Вторые более популярны благодаря стабильности физических и механических характеристик, а также большому сроку службы.

Используемые абразивные материалы

Абразивные материалы, используемые для шлифовки, представляют собой крошку, скрепленную с помощью специального связующего сырья. От среднего размера зерна зависят скорость, точность и качество обработки поверхности металлической заготовки. По исполнению абразивные инструменты могут представлять собой:

• круги с большой номенклатурой диаметров;
• валы (для обработки внутренних поверхностей цилиндрических заготовок);
• ленты;
• листы с подложкой из бумаги или специальной ткани.

На промышленных производствах для обработки поверхности металлических заготовок обычно пользуются синтетическими абразивами, которые имеют высокие физические и механические характеристики.

Шлифовальные станки

Такое оборудование широко применяется в современной промышленности, постоянно развиваясь и совершенствуясь. Шлифовальные станки представляют собой универсальное оборудование, предназначенное для выполнения множества различных видов обработки металлических заготовок – шлифовки, заточки, полировки и т. д.

С помощью шлифовального станка можно:

• очистить поверхность изделия от лакокрасочного покрытия;
• разрезать заготовку;
• заточить режущую кромку рабочего инструмента;
• с высокой точностью придать металлической детали требуемую форму.

В результате шлифовки и полировки поверхность полностью избавляется от неровностей, пор, шероховатости, становится гладкой и блестящей, приобретая привлекательный внешний вид. Помимо металлических заготовок, оборудование такого типа применяется для финишной обработки дерева, стекла, камня и других материалов.