Zaloguj

ZINTEGROWANA BAZA NOWOCZESNYCH TECHNOLOGII WYTWARZANIA

SZLIFOWANIE

Szlifowanie jest metodą obróbki skrawaniem polegającym na skrawaniu materiału narzędziem o bardzo dużej liczbie ostrzy o nieokreślonej geometrii, które są przypadkowo rozmieszczonymi ziarnami materiału ściernego spojonego w narzędzie nazywane ściernicą. Materiał jest usuwany w postaci wirów, tak jak w przypadku obróbki wiórowej, ale charakteryzuje się wieloma cechami odróżniającymi szlifowanie od metod obróbki wiórowej. Różnice są następujące:

  • nieuporządkowane rozmieszczenie bardzo dużej ilości ziaren ściernych na roboczej powierzchni ściernicy,
  • nieciągła krawędź skrawająca ściernicy,
  • nieregularny kształt ziaren ściernych,
  • różne wysokości ostrzy ziaren ściernych na roboczej powierzchni ściernicy,
  • nieokreślona zależność pomiędzy szerokością a grubością wiórów,
  • duże prędkości skrawania.

Ściernica w czasie pracy zmienia swoją geometrię w wyniku wykruszania się ziaren ściernych oraz zalepia się produktami obróbki. W celu odzyskania przez ściernicę początkowych właściwości ściernych jest ona poddawana procesowy obciągania. W tym celu stosuje się obciągacze.


Rys. Budowa ściernicy

Szlifowanie powierzchni obrotowych zewnętrznych:

  • wzdłużne szlifowanie walcowe kłowe. Przedmiot obrabiany jest zamocowany w kłach, obraca się w się w stronę przeciwną niż narzędzie. Ściernica obracając się wykonuje ruch główny. Dodatkowo występuje względny ruch posuwowy narzędzia i obrabianego przedmiotu. Kolejne warstwy naddatku są usuwane w kolejnych przejściach narzędzia.
    a) b) c)
    Rys. Wzdłużne szlifowanie walcowe kołowe: a) obwodowe, b) czołowe, c) obwodowo-czołowe
  • wgłębne szlifowanie walcowe kłowe. Kinematyka procesu różni się od przedstawionej powyżej, tym, że występuje tylko dosuw promieniowy, prostopadły do osi obrotu przedmiotu obrabianego.
    a) b)
    Rys. Wgłębne szlifowanie walcowe kłowe: a) obwodowe, b) czołowe
  • walcowe bezkłowe. W tej metodzie bazą obróbczą jest średnica zewnętrzna obrabianego wałka. Przedmiot obrabiany jest wprawiany w ruch obrotowy za tarczą prowadzącą za pomocą siły tarcia. Część opiera się o podtrzymkę.

    Rys. Schemat szlifowanie bezkłowego

Szlifowanie powierzchni obrotowych wewnętrznych. Ruch główny jest ruchem obrotowym ściernicy. Dodatkowo występują ruchy posuwowe przedmiotu obrabianego i narzędzia.

  • walcowe:
    • wzdłużne,
    • wgłębne,
    • a) b)
      Rys. Szlifowanie wewnętrzne walcowe: a) wzdłużne, b) wgłębne
    • bezkłowe: część obrabiana jest napędzany tarczą prowadzącą, opiera się na podtrzymce lub rolce podtrzymującej, dodatkowo może być dociskana do tarczy prowadzącej za pomocą rolki. Ściernica ma mniejszą średnicę niż obrabiany otwór.
      a) b)
      Rys. Szlifowanie wewnętrzne bezkłowe: a) z tarczą prowadzącą i podtrzymką, b) z tarczą prowadzącą, podtrzymką i rolką dociskającą
  • obiegowe (planetarne) jest stosowane do szlifowania otworów w przedmiotach, którym nadanie ruchu obrotowego jest trudne lub niemożliwe. Dlatego też wszystkie ruchy tzn. ruch główny i ruchy podstawowe wykonuje ściernica. Ściernica porusza się po trajektorii planetarnej dookoła osi otworu przy jego ścianie i jednocześnie porusza się wzdłuż osi otworu.

    Rys. Kinematyka szlifowania wewnętrznego planetarnego

Szlifowanie płaszczyzn może być wykonywane powierzchnią czołową i obwodową ściernicy. Ruchy posuwowe może wykonywać ściernica jak i przedmiot obrabiany. Obwodowe szlifowanie płaszczyzn może być realizowane jako szlifowanie jako współbieżne i przeciwbieżne. Korzystniejszym przebiegiem procesu obróbkowego charakteryzuje się szlifowanie przeciwbieżne. Stosuje się je głównie do obróbki części o niedużej sztywności, od których jest wymagana wysoka dokładność. Metoda ta pozwala również ograniczyć niekorzystny wpływ temperatur na wyniki szlifowania ze względu na małą powierzchnię styku ściernicy w materiałem obrabianym.


Rys. Obwodowe szlifowanie płaszczyzn
Przy czołowym szlifowaniu płaszczyzn wrzeciono szlifierki jest najczęściej ustawione prostopadle do powierzchni obrabianej. Ta odmiana szlifowania płaszczyzn jest zalecana dla powierzchni nieciągłych, czyli do obróbki części np. o dużych otworach, ponieważ zmiany oporów w czasie procesu są mniejsze niż w odmianie obwodowej. Jednakże wzrasta niebezpieczeństwo powstawania przypaleń i pęknięć.
a) b)
Rys. Czołowe szlifowanie płaszczyzn: a) wzdłużne z posuwem stycznym, b) wgłębne z ciągłym dosuwem osiowym

Szlifowanie uzębień:

  • profilowe: Ściernica posiada dokładny kształt wrębu międzyzębowego. Po obróbce jednego wrębu następuje ruch podziałowy i obróbka kolejnego.
  • obwiedniowe dwoma tarczami talerzowymi – metoda Maaga. Ściernice wykonują ruch obrotowy i prostoliniowy-zwrotny wzdłuż linii zęba, a koło obraca się wokół swojej osi w jednym kierunku jednocześnie odtaczając się po teoretycznym zarysie zębatki. W jednym cyklu są szlifowane wykańczająca oba boki jednego wrębu lub dwa przeciwległe boki różnych wrębów, po czym ściernice wychodzą z wrębu i koło podziałowe wykonuje ruch podziałowy o jeden ząb.
  • obwiedniowe jedną tarczą z dwustronnym ścięciem – metoda Nilesa. Ściernica ma zarys jednego zęba zębatki i szerokość mniejszą od szlifowanego wrębu. Narzędzie wykonuje ruch obrotowy i prostoliniowy-zwrotny wzdłuż linii zęba. Ściernica pracuje naprzemiennie jedną i drugą stroną, szlifując w następujących po sobie ruchach odtaczania o przeciwnych kierunkach, obie strony wrębu międzyzębnego. Po obróbce jednego wrębu następuje ruch podziałowy o jeden ząb.
  • obwiedniowe ściernicą ślimakową – metoda Reishauera. Obróbka jest ciągła. Narzędziem jest ściernica ślimakowa. Szlifowanie odbywa się przy zgodności ruchu obrotowego ściernicy i ruchu odtaczania się koła obrabianego i postępowego ruchu ściernicy w kierunku osiowym – kinematyka procesu jest identyczna do frezowania obwiedniowego.

Szlifowanie gwintów
Do szlifowania gwintów stosuje się ściernice pojedyncze oraz wielokrotne. Szlifowanie z użyciem ściernic wielokrotnych jest wydajniejsze, ale mniej dokładne. Obróbkę tą stosuje się przy wykonywaniu gwintów średnio dokładnych oraz do wstępnego nacięcia gwintu w pełnym materiale zahartowanym. W celu zwiększenia dokładności tak uzyskanych gwintów szlifuje się je jeszcze ściernicami pojedynczymi.


Szlifowanie gwintu ściernicą pojedynczą

Szlifowanie gwintu ściernicą wielokrotną metodą wgłębną

Szlifowanie gwintu ściernicą wielokrotną metodą wzdłużną

GŁADZANIE

Gładzenie nazywane również honowaniem, jest obróbką wykańczającą otworów za pomocą osełek ściernych. Narzędziem jest głowica z umieszczonymi na obwodzie osełkami.


Szlifowanie gwintu ściernicą wielokrotną metodą wzdłużną

Narzędzie wykonuje jednocześnie dwa ruchy: obrotowy i postępowo zwrotny. Tory poszczególnych ziaren mają kształt krzyżujących się linii śrubowych. Tworzą one charakterystyczną dla gładzenia siatkę.

A – położenie początkowe osełki
B – położenie w końcu pojedynczego skoku
C – położenie po zakończeniu podwójnego skoku
D – przesunięcie kolejnych śladów obróbki tą samą osełką
Rys. Siatka gładzenia jedną osełką

Gładzenie jest głównie stosowane do obróbki wykańczającej wewnętrznych powierzchni cylindrów silników tłokowych dla przemysłu motoryzacyjnego.

Gładzenie jako wysokowydajna obróbka pozwala na uzyskiwanie wysokich dokładności wymiarowo–kształtowych do 5mm i małej chropowatości Ra 0,024¸0,4 mm. Naddatki wynoszą od 0,02 do 0,05 mm.
Obwodowa składowa prędkości wynosi od 15 do 40 m/min, a wzdłużna od 5 od 20 m/min. Obie prędkości są tak dobierane, aby ślady obróbcze na powierzchni obrabianej przecinały się pod kątem 30¸60°. Oprócz prędkości skrawania parametrem mającym wpływ na chropowatość jest nacisk jednostkowy narzędzia na powierzchnie obrabiane. Dogładzanie zgrubne wymaga większego nacisku (0,2¸0,5 MPa), a wykańczające mniejszego (0,15¸0,20 MPa). Materiał osełek do obróbki zgrubnej ma większą ziarnistość niż do wykańczającej. Proces wymaga użycia cieczy smarująco–chłodzącej. Jest nią mieszanina nafty i oleju mineralnego. Materiałem ściernym stosowanym do obróbki żeliwa jest węglik krzemu, a do stali elektrokorund lub diamentowe ziarna ścierne. Stosuje się spoiwa organiczne jak i ceramiczne.
Innym ważnymi parametrami są skok głowicy i długość osełek. Od ich doboru zależy kształt uzyskanej powierzchni.

DOGŁADZANIE OSCYLACYJNE

Dogładzanie oscylacyjne jest bardzo dokładną obróbką wykańczającą za pomocą drobnoziarnistych osełek ściernych. Obróbka odbywa się z małymi prędkościami i przy małych naciskach z zastosowaniem cieczy smarującej o zadanej lepkości. Osełki poruszają się ruchem oscylacyjnym a dogładzany przedmiot przesuwa się lub obraca się pod nimi.


Rys. Schemat dogładzania oscylacyjnego

Na dogładzanie oscylacyjne nie przewiduje się naddatku. W czasie obróbki następuje zmniejszenie najmniejszych ostrych nierówności warstwy wierzchniej, czyli zmniejszenie chropowatości. Powierzchnie wykończone tą metodą charakteryzują się dużą odpornością na ścieranie. Dogładzaniem oscylacyjnym wykańcza się o różnych kształtach, z metali, tworzyw sztucznych i szkła. Obrobione powierzchnie osiągają chropowatości Ra 0,010¸0,025 mm.

Narzędzie wykonuje od 500 do 2000 podwójnych skoków na minutę, przy długości skoku od 2 od 6 mm.

Dogładzanie różni się od gładzenia następującymi cechami:

  • ma krótkie ruchy oscylacyjne,
  • występują mniejsze naciski,
  • ma mniejszą prędkość skrawania.

Dzięki temu możliwe jest uzyskanie gładkiej powierzchni z jednoczesnym wyrównaniem powierzchni obrabianej.

W pierwszym etapie, gdy powierzchnia styku osełki i powierzchni obrabianej jest mała naciski jednostkowe są duże, ostrza ziaren przebijają warstwę smaru i skrawają wierzchołki nierówności. Stopniowo w miarę zwiększania się powierzchni styku nacisk jednostkowy maleje, proces skrawania ustaje i pojawia się tarcie płynne.

Z powyższego wynika, że parametrami mającymi decydujący wpływ na przebieg procesu są lepkość cieczy smarującej i wartości nacisku. Cieczami smarującymi stosowanymi w dogładzaniu w zależności od obrabianego materiału są: nafta, mieszanina nafty i oleju turbinowym lub wrzecionowym, woda z mydłem. Naciski jednostkowe wynoszą od 0,15 do 0,25 MPa, a prędkości skrawania od 8 do 16 m/min. Materiałami ściernymi stosowanymi do dogładzania są między innymi: wysokogatunkowy węgliki krzem i elektrokorund o ziarnistości mikroproszków ściernych. Stosuje się spoiwa ceramiczne, rzadziej organiczne.

DOCIERANIE

Docieranie jest obróbką za pomocą drobnoziarnistego proszku ściernego zmieszanego z cieczą smarującą umieszczonego, które się znajduje na powierzchni narzędzia nazywanego docierakiem. Ten rodzaj obróbki jest stosowany, gdy wymagana jest duża dokładność wykonania współpracujących powierzchni, np.: gniazda zaworów, sprawdziany, a także do obróbki wykańczającej płaskich płytek skrawających z węglików spiekanych.

Rozróżnia się docieranie ręczne, ręczno-maszynowe i maszynowe na docierarkach.


Rys. Docierak do wałków

Kształt narzędzia odpowiada powierzchni obrabianej np. docierak do powierzchni walcowej wewnętrznej to wałek, natomiast do powierzchni zewnętrznej to otwór. Ruch roboczy składa się z kilku ruchów np. obrotowego i postępowo-zwrotnego. Możliwe jest również docieranie bez użycia docieraka. Wówczas współpracujące części docierają się wzajemnie (np. zawór – gniazdo).

Rozróżnia się następujące metody docierania docierakami:

  • Docieranie luźnymi ziarnami ściernymi wgniatającymi się w powierzchnię docieraka. Materiał docieraka jest miększy niż materiał obrabiany. Stosuje się docieraki z np.: żeliwa, brązu, miedzi, miękkiej stali a także drewna.
  • Docieranie ziarnami wcześniej wgniecionymi w docierak. Docierak do obróbki zgrubnej jest miększy od docieraka do obróbki wykańczającej.
  • Docieranie luźnymi nie wgniatającymi się ziarnami ściernymi. Poszczególne ziarna toczą i ślizgają się pomiędzy powierzchnią obrabianą a docierakiem, powodują odkształcenia plastyczne wierzchniej warstwy części obrabianej, zgniatając i ścierając nierówności. Stosowany w tej metodzie materiał ścierny jest stosunkowo miękki.
  • Docieranie za pomocą aktywnych past ściernych. Kwasy wchodzące w skład pasty powodują utlenianie cienkiej warstwy wierzchniej, która jest następnie ścierana. Stosowanie past umożliwia uzyskanie lustrzanych powierzchni.

Przedmiot obrabiany w docierarce znajduje się pomiędzy dwoma tarczami docierającymi. Jedna z nich wykonuje ruch obrotowy, a druga wahadłowy, lub obie obracają się i są umieszczone mimośrodowo względem siebie. W celu zabezpieczenia obrabianych części przed wzajemnymi uszkodzeniami umieszcza się je z separatorach bez wymuszonego ruchu. Inną odmianą docierania jest metoda obiegowa. W tej metodzie separator wykonuje przymusowy ruch z częściami obrabianymi.


Rys. Schemat docierania obiegowego

Materiałami ściernymi używanymi w docieraniu docierakami miękkimi są: tlenek glinu, węglik krzemu, węglik boru, pył diamentowy. Ziarna wymienionych materiałów wgniatają się w narzędzie. Dodatkowo stosuje się ciecze smarujące takie jak: olej maszynowy czy też nafta.

Przy docieraniu części żeliwnych i stalowych docierakami stalowymi hartowanymi i chromowanymi jako materiał ścierny stosuje się między innymi wodorotlenek żelaza, węglan wapniowy, tlenek chromu wraz z cieczami smarującymi takimi jak benzyna, nafta lub olej maszynowy.

Naddatek przewidziany do usunięcia w operacji docierania wynosi 0,01¸0,02 mm w zależności wielkości przedmiotu obrabianego i ma zapewnić usunięcie śladów poprzedniej obróbki. Docieranie umożliwia uzyskanie dużej dokładności wymiarowo–kształtowej 1¸3 mm i małej chropowatości powierzchni obrabianej Ra 0,07¸0,40 mm. Prędkości docierania zawierają się w zakresie od 4 do 60 m/min.

POLEROWANIE

Polerowanie jest obróbką, której zadaniem jest uzyskanie małej chropowatości powierzchni i połysku. Rozróżnia się polerowanie:

  • mechaniczne (ścierne),
  • elektrolityczne (elektropolerowanie)

Polerowanie mechaniczne
Polega na ręcznym dociskaniu przedmiotu do tarczy polerskiej lub maszynowym dociskaniu taśmy ściernej do polerowanej częsci. Część do polerowanie musi być po wcześniejszym oszlifowaniu lub gładkim obtaczaniu. Detale gładko obrobione poddaje się polerowaniu na tarczy filcowej lub złożonej z warstw sukna. Na powierzchnię roboczą tarczy jest nanoszona pasta ścierna. W procesie polerowania zachodzą zjawiska chemiczne, tarcie, procesy cieplne i odkształcenia plastyczne. Warstwa wierzchnia części polerowanej dociskana do szybko obracającej się tarczy, reaguje chemicznie z aktywnymi składnikami pasty, zostaje utleniona, następnie odkształcona plastycznie i starta. Niewielkie nierówności warstwy wierzchniej są usuwane wskutek chemicznego działania pasty oraz znajdującego się w niej materiału ściernego i docisku powodującego miejscowe występowanie wysokiej temperatury. W efekcie szybko odbywającego się procesu powstawania i usuwania cienkich warstw tlenków powstaje wypolerowana powierzchnia. Tak wypolerowaną część poddaje się następnie polerowaniu tarczą filcową lub z sukna stosując wapno wiedeńskie jako materiał ścierny.
Prędkość polerowania wstępnego jest niższa niż wykańczającego. Nacisk w trakcie polerowania wstępnego jest większy niż przy wykańczającym.
Prędkości obwodowe tarcz polerskich wynoszą od 15 do 50 m/s. Niższe prędkości są stosowane w polerowaniu wstępnym, a wyższe w wykańczającym. Prędkości ruchu posuwowego zawierają się w zakresie od 4 do 18 m/min i zależą od materiału obrabianego. Naciski jednostkowe występujące podczas polerowania wynoszą 0,2¸0,5 MPa. Większe naciski są stosowane przy polerowaniu wstępnym, a mniejsze przy wykańczającym.

WIÓRKOWANIE

Wiórkowanie jest obróbką wykańczającą uzębień kół zębatych zapewniającą jakość i dokładność wykonania powierzchni ewolwentowych. Polega na zeskrobywaniu cienkich wiórków z powierzchni ewolwentowej zębów. Obróbkę przeprowadza się na specjalnych obrabiarkach nazywanych wiórkarkami za pomocą narzędzia nazywanego wiórkownikiem. Wiórkownik jest narzędziem w kształcie koła zębatego lub zębatki o zębach śrubowych z naciętymi na powierzchniach ewolwentowych rowkami. Do obróbki kół o zębach prostych jak i o zębach śrubowych stosuje się wiórkowniki o zębach śrubowych.


Rys. Ząb wiórkownika

Przebieg procesu wiórkowania przedstawia się następująco. Obracający się wiórkownik pod naciskiem zazębia obraca się z obrabianym, kołem, które wraz ze stołem obrabiarki wykonuje ruch postępowo zwrotny wzdłuż swojej osi z posuwem 0,15¸0,30 mm na jeden obrót koła obrabianego. Oś wiórkownika jest nachylona do osi koła zębatego o 10°¸15°. Powoduje to, że następuje poślizg zęba wzdłuż wiórkownika i krawędzie skrawające skrawają cienkie wiórki, usuwając naddatek na wiórkowanie wynoszący od 0,02 do 0,10 mm. Po każdym skoku stołu następuje zwrot wiórkownika do obróbki drugich stron zębów, a stół wykonuje posuw pionowy 0,02¸0,06 mm w celu zapewnienia zazębienia bez luzu.


Rys. Kinematyka wiórkowania