Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa

im. Stanisława Wojciechowskiego w Kaliszu

Wydział Politechniczny

Mechanika i Budowa Maszyn

Bardzo wydajne szlifowanie

z dużymi prędkościami - zastosowanie CD

Podział metod szlifowania w zależności od prędkości szlifowania:

• Konwencjonalne prędkości szlifowania zawierają się w przedziale od ok. 15 [$\frac{m}{s}$] do ok. 80 [$\frac{m}{s}$]

• Szlifowanie poza tym zakresem to szlifowanie niekonwencjonalne:

• Szlifowanie głębokie

• Szlifowanie z dużą prędkością

• Szlifowanie wysoko wydajne

Szlifowanie wykorzystuje się do usunięcia relatywnie dużych objętości materiału ( obróbka wysoko wydajna ), bądź do nadawania precyzyjnych kształtów i wymiarów oraz wysokiej jakości powierzchni przy niewielkiej ilości usuwanego materiału.

Procesy szlifowania wysoko efektywnego obejmują następujące odmiany szlifowania:

• szlifowanie z dużą prędkością obwodową ściernicy

– HSG (High Speed Grinding) wynoszącą < 200 m/s,

• szlifowanie z ultradużą prędkością – UHSG (Ultra

High Speed Grinding) ściernicą z prędkością obrotową

> 40 000 min–1 lub z prędkością obwodową > 200 m/s,

• szlifowanie (z tzw. posuwem pełzającymi) – CFG

(Creep-Feed Grinding) określane również jako szlifowanie

głębokie – DCG (Deep Cut Grinding),

• szlifowanie głębokie z ciągłym obciąganiem -

CDCF (Continuous-Dresing Creep-Feed grinding) lub

CDDG (Continuous-Dressing Deep Grinding),

• _ wysokowydajne szlifowanie głębokie – HEDG

(High Efficiency Deep Grinding), stanowiące połączenie

HSG z CFG i realizowane ściernicami z prędkością obrotową

w zakresie 12 000 - 24 000 min–1 lub z prędkością

obwodową w przedziale 60 - 120 m/s,

• szlifowanie z dużą prędkością posuwu przedmiotu(lub stołu) – SSG (Speed Stroke Grinding) sięgającą200 m/min,

• szlifowanie z ciągłym sterowaniem torem ściernicyCPCG (Continuous Path Controlled Grinding),nazywane również szlifowaniem wzdłużno-kształtowymwałków (peel grinding) lubwzdłużnym szlifowaniemkształtowym (traverse-contour grinding),

• szybkościowe szlifowanie wzdłużno-kształtowewałków – HSPG (High Speed Peel Grinding), stanowiącepołączenie CPCG z HSG i określane jako szlifowaniejednoprzejściowe,

• wzdłużne szlifowanie jednoprzejściowe otworów (internal deep traverse grinding) umożliwiające usunięcie w jednym przejściu całego naddatku obróbkowego.

Do wysokoefektywnych procesów szlifowania można

zaliczyć również:

• dwustronne szlifowanie powierzchni płaskich

z kinematyką planetarną (double-sided surface grinding

with planetary kinematics),

• szlifowanie ze wspomaganiem ultradźwiękowym

(ultrasonic-assisted grinding), zwane ultradźwiękowym

szlifowaniem wibracyjnym (ultrasonic vibration grinding),

• szlifowanie łączone ze skrawaniem na jednym stanowisku obróbkowym

Proces CD powstał w wyniku pewnej modyfikacji procesu szlifowania głębokiego ( z tzw. Posuwem pełzającym ). W procesie CFG stosowano ściernice konwencjonalne o otwartej strukturze i dość kruchym spoiwie. Takie ściernicy umożliwiły wykonanie jednego przejścia zgrubnego, po którym były poddawane obciąganiu w celu odtworzenia kształtów i przeostrzenia czynnych powierzchni. Następnie wykonywano przejście wykończające z niewielkim naddatkiem po czym cały proces był powtarzalny.

Proces ten oprócz t relatywnych zalet posiadł pewne niedogodności:

• Wysokie koszty ściernic

• Przestoje spowodowane zatrzymywanie obrabiarki i częstą zmianą ściernic lub ostrzeniem ściernic

• Duża ilość zużytego odpadowego materiału ściernego

Pracowano więc nad zwiększeniem wydajności produktywności, co do prowadziło do wynalezienia w latach 70 procesu CDCF, w którym ściernica jest ciągle profilowana i ostrzona ( obciągana ) podczas szlifowania obrabianego przedmiotu a nie miedzy cyklami w celu utrzymania maksymalnej ostrości i zachowania dokładności kształtu jej czynnej powierzchni. Spowodowało to zwiększenie 20-krotne wydajności w porównaniu z CFG. W procesie tym większość ciepła jest odprowadzana przez wióry ( chłodny proces ), naprężenia w części szlifowanej są małe, znacznie krótszy czas obróbki w porównaniu z innymi metodami obróbki.

Zastosowanie:

Pierwotnie proces ten stosowano do szlifowania skomplikowanych profili ( o dużym ubytku ilościowym materiału ) w przemyśle kosmicznym.

Obecnie proces jest wykorzystywany przy szlifowaniu materiałów trudnych do szlifowania i skomplikowanych kształtów geometrycznych takich jak: łopatki, wirniki silników odrzutowych i profili zębnych.

Materiały na łopatki to wysokiej klasy stopy niklu. Znalazły zastosowanie ponieważ transfer ciepła przez te materiały jest bardzo powolny. Jest to bardzo ważne gdyż profil płata łopatki napotyka wysokotemperaturowe gazy spalania a jego rdzeń mimo to musi być chłodny aby uniknąć zmiękczenia materiału w miejscu mocowania z wirnikiem. Łopatki te są zwykle wytwarzane z odlewów niklowo-aluminiowych, a następnie są szlifowane do ostatecznego kształtu wykorzystując proces CD.

Z badań przeprowadzonych przez Pratt&Whitney wynika że proces CD jest jedynym mogącym szlifować pewne stopy z których są wykonane odpowiednie części silnika lotniczego bojowego samolotu JOINT STRIKE

Przykład ściernicy stosowanej do procesu;

Ściernica z submikrokrystaliczego korundu

spiekanego SG ( do szlifowania z predkością do 45 [m/s]

Do ciągłego obciągania ściernicy stosuje się rolki diamentowe;

Wynalezienie sterowania CNC dało znacznie większe możliwości obróbki i dokładności. W procesie CD możliwa stała się automatyczna kompensacja dosuwu ściernicy i rolki obciągającej ( wynikająca z ciągłego zużywania się ściernicy w czasie – zmniejsza się średnica ściernicy i zespół obrabiarki odpowiadający za ruch rolki musi tę zmianę niwelować by proces był ciągle zachowany ). Stosuje się w szlifierkach elektrowrzeciona i wrzeciona magnetyczne o mocy 65 – 125 KM.

Na jakość obrabianych części wpływa wiele czynników min. Sposób zamocowania przedmiotu na obrabiarce, prędkość, szybkość dosuwu, umieszczenie chłodziwa, narzędzie ścierne, rolka obciągająca, dokładność obrabiarki.

Nowoczesne generacje szlifierek (by gwarantują wysoką jakość ) muszą sprostać wielu wymaganiom min. Łożą maszyn muszą cechować się dobrymi właściwościami tłumiącymi drgania mechaniczne, wysoka stabilnością termiczna i odpornością chemiczną na ciecze chłodząco – smarujące ( wymagania te spełniają łożą z materiałów mineralnych np. granitu ) , zapewnione musza być wysoko jakościowe systemy prowadnic, które musza tworzyć z łożem obrabiarki solidną podstawę do realizacji procesów wytwarzania. W tego typu obrabiarkach stosuje się silniki liniowe

Łoże z odlewu mineralnego z prowadnicami hydrostatycznymi

i napędem silnikiem liniowym