SZLIFOWANIE

1. Wiadomości ogólne

Szlifowanie jest jednym ze sposobów obróbki ściernej. Polega na usuwaniu naddatku obróbkowego za pomocą, narzędzi - ściernic, o nieokreślonej liczbie i kształcie ostrzy. Umożliwia obróbkę materiałów o dużej twardości.

Podczas szlifowania ruch główny wykonuje ściernica, obracająca się wokół własnej osi. Ruch posuwowy - w zależności od odmiany szlifowania - może wykonywać przedmiot obrabiany lub ściernica.

Szlifowanie stosowane jest do obróbki zgrubnej z wysoka, wydajnością oraz do obróbki wykańczającej różnych przedmiotów obrabianych. Najczęściej jednak szlifowanie jest końcową operacją obróbki skrawaniem - uzyskiwana jest wówczas duża dokładność i mała chropowatość powierzchni obrobionej.

Pod względem fizykalnym proces szlifowania jest bardzo złożony. Wynika to z:

- dużej, bliżej nieokreślonej liczby ostrzy biorących udział w skrawaniu,

- bliżej nieokreślonej geometrii poszczególnych ostrzy ściernicy

- dużych prędkości ruchu głównego (rzędu kilkudziesięciu m/s),

- małych głębokości skrawania, które podczas szlifowania wykonywanego jako obróbka wykańczająca są rzędu kilku tysięcznych i kilku setnych części milimetra,

- bardzo krótkich chwil styku pojedynczych ostrzy z materiałem obrabianym (rzędu kilku stutysięcznych do kilku tysięcznych części sekundy),

- wysokich temperatur chwilowych (do 1200°C nawet, podczas szlifowania z użyciem chłodziwa).

W porównaniu z innymi sposobami obróbki szlifowanie cechuje szereg zalet, chropowatość miedzy innymi:

- duża dokładność obróbki, rzędu tysięcznych części milimetra,

- duża gładkość powierzchni obrobionej (przeciętnie na szlifierkach uniwersalnych uzyskiwana jest chropowatość powierzchni obrobionej rzędu Ra = 0,32um - 1,25um),

-możliwość obrabiania przedmiotów wykonanych z materiałów o bardzo dużej twardości.

Klasyfikacja odmian szlifowania dokonywana jest najczęściej w oparciu o kształt powierzchni obrabianej. Można wtedy wyróżnić:

- szlifowanie powierzchni obrotowych (najczęściej walcowych i stożkowych),

- szlifowanie powierzchni nieobrotowych (najczęściej płaszczyzn).

2. Parametry szlifowania

a) prędkość skrawania Vc (prędkość obwodowa ściernicy Vs) - jest zależna od doboru ściernicy i jej dopuszczalnej prędkości obwodowej; w szlifowaniu konwencjonalnym dopuszczalne są prędkości obwodowe ściernic wynoszą, od 30 do 35 m/s

b) Prędkość obwodowa przedmiotu Vw - jest obliczana na bazie normatywów określających stosunek q=Vs/Vw; Jest ona znacznie mniejsza od prędkości obwodowej ściernicy i w przybliżeniu odpowiada jej prędkości, tylko w m/min; zwiększenie jej prędkości powoduje zwiększenie chropowatości ściernicy

c) dosuw ściernicy - dla obróbki wykańczającej wynosi 2-3 µm; ma on wpływ na liczbę przejść ściernicy, a tym samym na czas procesu szlifowania

d) prędkość posuwu vr- przy szlifowaniu z posuwem wzdłużnym wielkość posuwu przyjmuje się jako 1/2 - 1/3 szerokości ściernicy [mm/obr]; zwiększenie posuwu powoduje pogorszenie chropowatości powierzchni

e) styk ścierny wgłębny Ap- głębokość skrawania

f)prędkość obrotowa przedmiotu obrabianego Nw[1/s]

g)prędkość obrotowa ściernicy [1/s]

h)prędkość obwodowa ściernicy vs (prędkość styczna ściernicy na obwodzie o największej średnicy)

g)prędkość obwodowa przedmiotu obragianego Vw[mm/s]

3. Kinematyka i podstawowe operacje szlifowania
Szlifowanie jest obróbką wykańczającą powierzchni za pomocą narzędzi ściernych (ściernic, segmentów ściernych, osełek) o nieokreślonej liczbie czynnych ostrzy skrawających i nieokreślonej geometrii ostrzy (zmiennych w czasie skrawania). Ten typ obrabiarki umożliwia uzyskanie dużej dokładności wymiarowej i kształtowej oraz małej chropowatości powierzchni.
Można wykonać szlifowanie:
-płaszczyzn
-wałków
-otworów

W zależności od kierunku posuwu możemy szlifować z posuwem wzdłużnym lub wgłębnym.
Ruchem głównym szlifowania jest ruch obrotowy ściernicy.
Ruch posuwowy w zależności od odmiany kinematycznej szlifowania może być wykonywany przez przedmiot lub rzadziej przez ściernicę. Przy szlifowaniu powierzchni obrotowych przedmiot wykonuje ruch obrotowy. Wyjątkiem jest szlifowanie planetarne, przy którym ściernica wykonuje ruchy: główny, obiegowy i posuwowy a przedmiot jest nieruchomy. Przy szlifowaniu płaszczyzn przedmiot obrabiany jest ruchem prostoliniowym lub rzadziej obrotowym. Ze względu na duży udział tarcia i skrawana wiórów szlifowanie należy do obróbek najbardziej energochłonnych.
Do specjalnych odmian szlifowania należą:
-uzębień, gwintów

-narzędzi
-kształtowe
-zgrubne (usuwanie nadlewków, czyszczenie szwów spawalniczych)

Narzędzia ścierne:
-Ściernica - narzędzie ścierne, składające się z ziaren ściernych i nośnika materiału ściernego - spoiwa. Ziarna ścierne (korund, węglik krzemu, azotek boru lub diament) nie mają określonego kształtu, a ich wielkość wpływa na uzyskanie określonej chropowatości powierzchni. -trzpierniowe, tarczowe, garnkowe, specjalne.

Regeneracja ściernic
Ściernica nadmiernie zużyta powoduje występowanie wad szlifierskich; miejscowego odpuszczenia materiału, mikropęknięć, naprężeń w warstwie wierzchniej. Stępioną ściernicę należy zregenerować, usuwając warstwę powierzchniową. W produkcji seryjnej i masowej na automatach i półautomatach szlifierskich regenerujemy ściernicę po wykonaniu każdego przedmiotu. Regeneracę przeprowadza się najczęściej za pomocą tzw. obciągachy diamentowych i bezdiamentowych






-obciągacze- Narzędzia do profilowania i ostrzenia nazywa się obciągaczami i w zależności od budowy możemy wyróżnić obciągacze jednoziarniste i wieloziarniste oraz rolki bądź krążki. Narzędzia do profilowania i ostrzenia nazywa się obciągaczami i w zależności od budowy możemy wyróżnić obciągacze jednoziarniste i wieloziarniste oraz rolki bądź

krążki.

Pilnik - narzędzie służące do piłowania, czyli skrawania z obrabianej powierzchni cienkiej warstwy o grubości od 0,01 do 1 mm. Pilniki wykonane są ze stali węglowej narzędziowej (np. N12) lub stali narzędziowej stopowej (np. NC5). Składają się z części roboczej i uchwytu. Na uchwycie zwykle osadzona jest rękojeść. Na powierzchniach części roboczej nacięte są zęby, nachylone w jedną stronę, ustawione skośnie względem osi pilnika. Najczęściej stosowane jest nacięcie krzyżowe. Po nacięciu zębów pilniki są hartowane do twardości powyżej 60 HRC. Pilniki różnią się między sobą wielkością, wielkością zębów oraz kształtem.

Osełka (pilnik ścierny) - narzędzie ścierne służące do szlifowania i obróbki wykańczającej^[1].

Osełki mają kształt podłużnej bryły o przekroju prostokątnym lub innym dostosowanym do kształtu szlifowanej powierzchni (np. okrągłe, trójkątne, soczewkowate itp). Są wytwarzane z naturalnych kamieni ściernych (np. z piaskowca) lub z ziaren ściernych połączonych spoiwem ceramicznym. Ziarna ścierne mogą być naturalne (diament,korund, kwarc) lub syntetyczne (elektrokorund, węglik krzemu, węglik boru). Osełki diamentowe mają postać stalowej płytki z osadzoną na powierzchni warstwą ziaren diamentowych.

rys. 3. Szlifowanie obwodowe powierzchni płaskich

rys. 4. Szlifowanie czołowe powierzchni płaskich

rys. 5. Szlifowanie obwodowe powierzchni walcowych

rys. 7. Szlifowanie obwodowe powierzchni kształtowych

rys. 8. Szlifowanie czołowe powierzchni kształtowych

rys. 9. Rozkład sił skrawania przy szlifowaniu: a) wałków, b) otworów, c) płaszczyzn obwodem tarczy, d) płaszczyzn czołem tarczy, e) bezkłowym

4. Podstawowe narzędzia

Do podstawowych należą:

a) diament syntetyczny (SD); w porównaniu z naturalnym, ziarna diamentu syntetycznego są bardziej kruche (przez co są bardziej podatne na tak zwane samoostrzenie) oraz szorstkie (ułatwia to utrzymywanie się ziaren w spoiwie ściernic)

b) regularny azotek boru (BN), nazywany również borazonem; charakteryzuje się, w porównaniu z diamentem, większą odpornością termiczną i zbliżoną twardością

c) węglik krzemu (C), nazywany również karborundem; cechuje się dużą twardością, odpornością na wysokie temperatury i kruchością; ziarna jego mają bardzo ostre krawędzie, a tym samym dobre własności skrawne

d) elektrokorund (A), który - w porównaniu z korundem - charakteryzuje się większą jednorodnością i mniejszą zawartością domieszek; odznacza się dużą odpornością na ścieranie, kruchością zdolnością, do wypadania ziaren ze spoiwa nawet przy niewielkim ich stępieniu (zdolność ściernicy do samoostrzenia).

Ściernice nie diamentowe są najczęściej stosowane w operacjach szlifowania.

Wielkościami charakteryzującymi je są:

1) typ oraz ewentualnie, rodzaj i odmiana ściernicy,

2) charakterystyczne wymiary ściernicy,

3) gatunek i rodzaj materiału ściernego (ścierniwa),

4) wielkość ziarna ściernego,

5) twardość ściernicy,

6) struktura ściernicy,

7) rodzaj spoiwa.

rys. 10. Niektóre typy ściernic nie diamentowych: 1) płaska (T1), 2) pierścieniowa (T2), 3) pierścieniowa z podcięciem (T3), 4) płaska z jednostronnym wybraniem (T5), 5) garnkowa walcowa (T6), 6) garnkowa stożkowa (T11), 7) garnkowa stożkowa zbieżna (T10), 8) talerzowa (T12), 9) talerzowa do kół zębatych (T13)

5. Ogólna budowa szlifierek

Podobnie jak inne obrabiarki, szlifierki podzielić można następująco:

1) ogólnego przeznaczenia, przeznaczone do wykonywania różnych prac na różnych przedmiotach obrabianych,

2) specjalizowane, przeznaczone do wykonywania określonych prac w różnych gałęziach przemysłu,

3) branżowe (specjalne), przeznaczone do wykonywania określonych prac w określonych gałęziach przemysłu.

Najszerzej stosowane są szlifierki ogólnego przeznaczenia, które dzielą się na następujące odmiany:

- do wałków,

- do otworów,

rys. 12. Szlifierki karuzelowe: a) obwodowa, b) czołowa

- do płaszczyzn,

- do gwintów.

Szlifierki do wałków wykonywane są Jako kłowe (uniwersalne i produkcyjne) oraz bezkłowe.

rys. 11. Budowa szlifierki kłowej do wałków: 1) łoże, 2) stół, 3) kółko do ręcznego przesuwu stołu, 4) wrzeciennik przedmiotu, 5) konik, 6) zderzaki do ustalania długości przesuwu, 7) dźwignia sterująca przesuwem mechanicznym stołu, 8) silnik napędowy wrzeciennika przedmiotu, 9) zabierak, 10) dźwignia do cofania tulei konika, 11) wrzeciennik ściernicy, 12) kółko do ręcznego przesuwania wrzeciennika ściernicy w kierunku poprzecznym, 13) ściernica, 14) silnik napędowy wrzeciennika ściernicy, 15) styczniki do włączania i wyłączania silników napędowych ściernicy hydraulicznego pompy układu hydraulicznego

---