Процессы шлифования в машиностроении
Покупка
Основная коллекция
Тематика:
Технология машиностроения
Издательство:
НИЦ ИНФРА-М
Год издания: 2014
Кол-во страниц: 358
Дополнительно
Вид издания:
Учебное пособие
Уровень образования:
ВО - Бакалавриат
ISBN: 978-5-16-009041-2
ISBN-онлайн: 978-5-16-112215-0
Артикул: 228800.01.01
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
процессы шлифования в машиностроении 2013 Минск Москва «Новое знание» «ИНФРАМ» Ж.а. мрочек м.Г. киселев л.м. коЖуро Допущено Министерством образования Республики Беларусь в качестве учебного пособия для студентов учреждений высшего образования по машиностроительным и приборостроительным специальностям
УДК 621.923(075.8) ББК 34.637я73 М88 Мрочек, Ж.А. Процессы шлифования в машиностроении : учеб. посо бие / Ж.А. Мрочек, М.Г. Киселев, Л.М. Кожуро. — Минск : Новое знание ; М. : ИНФРА-М, 2013. — 358 с. : ил. — (Высшее образование: Бакалавриат). ISBN 978-985-475-584-7 (Новое знание). ISBN 978-5-16-009041-2 (ИНФРА-М). Изложены основы теории и технологии шлифования поверхно стей, основные сведения об абразивных материалах и инструментах, используемых для выполнения этих операций. Подробно рассмотрены способы шлифовальной обработки поверхностей различных видов, применяемое оборудование и технологическая оснастка. Приведены данные по режимам резания при шлифовании поверхностей. Рассмотрены вопросы точности и качества шлифованных поверхностей. Для студентов машиностроительных и приборостроительных спе циальностей учреждений высшего образования. Будет полезно практическим работникам. УДК 621.923(075.8) ББК 34.637я73 М88 © Мрочек Ж.А., Киселев М.Г., Кожуро Л.М., 2013 © ООО «Новое знание», 2013 ISBN 978-985-475-584-7 (Новое знание) ISBN 978-5-16-009041-2 (ИНФРА-М) Р е ц е н з е н т ы: кафедра «Материаловедение и технология материалов» Белорусского государственного технологического университета; член-корреспондент НАН Республики Беларусь, доктор технических наук, профессор А.П. Ласкавнёв
Оглавление Предисловие..............................................................................................................................5 Глава 1. Основы теории и технологии шлифования поверхностей...................7 1.1. Виды шлифования, их особенности и области использования.....................7 1.2. Взаимодействие шлифовального круга с поверхностью заготовки...........12 1.3. Тепловые явления при шлифовании. Смазочно‑охлаждающие технологические средства..........................................................................................19 1.4. Состояние шлифованной поверхности.................................................................32 Глава 2. Абразивные материалы и инструменты.....................................................37 2.1. Абразивные материалы, используемые для изготовления обрабатывающего инструмента................................................................................37 2.2. Зернистость абразивных материалов.....................................................................52 2.3. Связка абразивного инструмента............................................................................55 2.4. Твердость абразивного инструмента......................................................................58 2.5. Структура абразивного инструмента.....................................................................62 2.6. Классы точности абразивных инструментов и неуравновешенности шлифовальных кругов.................................................................................................64 2.7. Форма и маркировка абразивных инструментов..............................................65 2.8. Балансировка шлифовальных кругов....................................................................74 2.9. Износ и правка шлифовальных кругов.................................................................78 2.10. Инструменты из сверхтвердых материалов......................................................91 Глава 3. Способы шлифовальной обработки......................................................... 103 Глава 4. Режимы резания при шлифовании........................................................... 130 4.1. Припуски на обработку абразивным инструментом..................................... 130 4.2. Круглое наружное шлифование............................................................................ 136 4.3. Бесцентровое шлифование...................................................................................... 151 4.4. Шлифование внутренних поверхностей деталей........................................... 162 4.5. Шлифование плоских поверхностей................................................................... 170 4.6. Резьбошлифование..................................................................................................... 194 4.7. Зубо‑.и шлицешлифование..................................................................................... 206 4.8. Шлифование кругами из сверхтвердых материалов.................................... 222 4.9. Ленточное шлифование............................................................................................ 225 4.10. Техническое нормирование шлифовальных операций.............................. 225 Глава 5. Оборудование и приспособления для шлифовальных работ........ 232 5.1. Классификация шлифовальных станков........................................................... 232 5.2. Технические характеристики станков................................................................. 233 5.3. Приспособления для шлифовальных станков................................................. 286 5.4. Автоматизация контроля при шлифовании..................................................... 291 5.5. Охрана труда при работе на шлифовальных станках................................... 299
Оглавление 4 Глава 6. Точность и качество поверхностей........................................................... 305 6.1. Точность обработки поверхностей....................................................................... 305 6.2. Причины, вызывающие погрешности обработки заготовок на шлифовальных станках, и способы их снижения.................................... 323 6.3. Повышение производительности и качества шлифования поверхностей с применением ультразвука....................................................... 346 Литература............................................................................................................................ 356
Предисловие Машиностроение и приборостроение относятся к ведущим от‑ раслям промышленного комплекса Республики Беларусь, развитие которых в значительной мере определяет его научно‑технический и производственный потенциал. Технический прогресс в указан‑ ных отраслях характеризуется как постоянным совершенствова‑ нием конструкций машин и приборов, так и непрерывным улуч‑ шением их производства. Обеспечение постоянно возрастающих требований к эксплуа‑ тационным показателям изделий машиностроения и приборостро‑ ения связано с повышением геометрической точности и качества поверхностей изготовленных деталей. Значения параметров по‑ верхностей деталей формируются в процессе выполнения ком‑ плекса технологических операций обработки исходных заготовок. Окончательная роль в их обеспечении принадлежит финишным операциям абразивной обработки, включая шлифование. Шлифование поверхностей заготовок как чистовой метод их окончательной обработки наиболее часто применяется в промыш‑ ленности. Этому способствует большая номенклатура станков и при‑ способлений, позволяющих производить обработку наружных, вну‑ тренних, плоских и фасонных поверхностей заготовок. Кроме того, шлифовальные операции достаточно полно исследованы и нако‑ плен значительный практический опыт их применения как в мел‑ косерийном, так и в массовом производстве. Значительный вклад в развитие теоретических и технологиче‑ ских основ процесса шлифования внесли известные белорусские ученые: академик НАН Беларуси П.И. Ящерицын, профессора Л.М. Кожуро, Н.С. Чистосердов. При подготовке пособия были использованы результаты их исследований, а также материалы других учебников и учебных пособий, список которых приведен в конце книги. Учебное пособие предназначено для студентов машинострои‑ тельных и приборостроительных специальностей учреждений выс‑ шего образования и направлено на то, чтобы в ходе изучения тех‑ нологических дисциплин они овладели необходимым комплексом знаний в вопросах разработки технологических операций шлифо‑ вания поверхностей заготовок. В частности, знали основы теории и технологии шлифования, способы шлифовальной обработки и их
Предисловие 6 технологические возможности, применяемые станочное оборудо‑ вание и оснастку для выполнения шлифовальных работ; умели на практике, исходя из свойств обрабатываемого материала заготов‑ ки и предъявляемых требований к ее шлифовальной поверхности, определять условия выполнения операции, выбирать соответст‑ вующий инструмент, станочное оборудование и технологическую оснастку, а также назначать оптимальные режимы шлифования. Авторы выражают благодарность и признательность рецензен‑ там: члену‑корреспонденту НАН Республики Беларусь, доктору технических наук, профессору А.П. Ласкавнёву и специалистам кафедры «Материаловедение и технология материалов» Белорус‑ ского государственного технологического университета — за ценные замечания и советы, способствующие повышению учебно‑методи‑ ческого уровня пособия, а также всем, кто принял участие в под‑ готовке рукописи к изданию.
Глава 1 ОснОвы теОрии и технОлОгии шлифОвания пОверхнОстей 1.1. виды шлифования, их особенности и области использования Шлифование — обработка поверхностей вращающимся инстру‑ ментом — шлифовальным кругом. Вращение круга является главным движением резания и осуществляется со скоростью 10...100 м/с. Шлифование используется для удаления определенного слоя ме‑ талла (припуска), придания заготовке требуемой формы, получения заданных чертежом размеров и формы детали, а также требуемой шероховатости поверхности. Шлифование обеспечивает дости‑ жение 5–7 квалитетов точности и шероховатости по параметру Ra 1,2...0,1 мкм. В зависимости от формы формируемых поверхностей исполь‑ зуют различные виды шлифования. Круглое шлифование применяют для обработки поверхностей вращения (цилиндрических, конических и др.). Различают шли‑ фование круглое наружное и внутреннее, т.е. шлифование отвер‑ стий (рис. 1.1). В зависимости от способа базирования заготовки проводят круглое шлифование в центрах, шлифование в патроне и бесцен‑ тровое шлифование. При бесцентровом шлифовании заготовку базируют обрабатываемой поверхностью на специальном опорном ноже (рис. 1.2, а) или на неподвижных опорах (рис. 1.2, б). Круглое наружное шлифование применяют для обработки глад‑ ких и ступенчатых валов, осей, штоков, шеек коленчатых и рас‑
Глава 1. Основы теории и технологии шлифования поверхностей 8 пределительных валов двигателей внутреннего сгорания, шпинделей и пинолей станков, валков прокатных станов, крупногабаритных каландровых валов (диаметром более 1 м и длиной 6...12 м) бумаго‑ делательных машин, калибров‑пробок и др. Бесцентровое шлифование применяют для обработки роликов и колец подшипников качения, поршневых пальцев, плунжеров, золотников, толкателей и стержней клапанов двигателей. Внутреннее шлифование применяют для обработки отверстий в штампах и пресс‑формах, в зуборезных инструментах (фрезах, долбяках), высокоточных отверстий в деталях топливной и гидро‑ аппаратуры, в кольцах подшипников, в гильзах цилиндров двига‑ телей и др. Плоское шлифование предназначено для обработки плоских по‑ верхностей, его широко используют при изготовлении технологи‑ Рис. 1.1. Схемы круглого наружного (а) и внутреннего (б) шлифования: 1 — заготовка; 2 — шлифовальный круг Рис. 1.2. Схемы бесцентрового шлифования: 1 — заготовка; 2 — ведущий круг; 3 — опорный нож; 4 — шлифовальный круг; 5 — опоры
1.1. виды шлифования, их особенности и области использования 9 ческой оснастки — приспособлений, штампов, пресс‑форм, при обработке направляющих станин металлорежущих станков. В зависимости от схемы снятия припуска различают многопро ходное шлифование, когда за каждый ход стола станка снимается слой металла небольшой толщины; глубинное (однопроходное) шлифование, когда за один ход снимается весь припуск либо слой металла толщиной, равной 0,9...0,95 размера припуска. Глубинное шлифование высокопроизводительно, его применяют при обра‑ ботке замков лопаток турбин, компрессоров, точных пазов для по‑ лучения стружечных канавок сверл и метчиков. На специальных станках с повышенными жесткостью и мощностью привода глу‑ бинное шлифование осуществляется со съемом 10...30 мм и более за один проход. Если при круглом или плоском шлифовании отсутствует осе‑ вое движение подачи, то такое шлифование называется врезным шлифованием. Профильное шлифование — обработка поверхности, образующая которой представляет кривую или ломаную линию. Его разновид‑ ностями являются резьбошлифование, сферошлифование, зубошли‑ фование, шлифование желобов колец шариковых подшипников и др. По направлению векторов скорости шлифовального круга и скорости движения подачи заготовки различают встречное шлифование, при котором эти векторы в точке контакта круга и заго‑ товки направлены в противоположные стороны, и попутное, при котором векторы направлены в одну сторону. При встречном шли‑ фовании каждое режущее абразивное зерно снимает стружку боль‑ шего сечения, чем при попутном, т.е. процесс протекает более про‑ изводительно, но с более интенсивным тепловыделением. По форме рабочей поверхности инструмента различают шлифо вание периферией (рис. 1.3, а) и торцом круга (рис. 1.3, б). Разно‑ видностью шлифования торцом круга является обработка сегмент‑ ным, т.е. сборным, кругом, состоящим из шлифовальных сегментов (ГОСТ 2464–82), установленных и закрепленных в планшайбе. Высокой производительностью отличается одновременное двусто‑ роннее торцешлифование, при котором обрабатываемые заготовки перемещаются между торцами двух шлифовальных кругов диаме‑ тром 700...900 мм. Этот вид шлифования используют для обработки торцов колец и роликов подшипников.
Глава 1. Основы теории и технологии шлифования поверхностей 10 В последнее время получили распространение высокопроизво‑ дительные виды шлифования: многокруговое, при котором не‑ сколькими шлифовальными кругами одновременно обрабатывают несколько поверхностей заготовки (рис. 1,4, а); совмещенное, ког‑ да одним кругом, расположенным под углом и соответствующим образом профилированным, одновременно или последовательно обрабатывают несколько поверхностей заготовки (рис. 1,4, б). Для удаления дефектного слоя металла с проката, поковок, отливок используют обдирочное шлифование крупнозернистыми кругами (размеры абразивных зерен — 1...3 мм). Одним из основных направлений повышения производитель‑ ности шлифования является увеличение скорости резания, т.е. ско‑ рости шлифовального круга. Широкое распространение получило Рис. 1.3. Схемы плоского шлифования: 1 — шлифовальный круг; 2 — заготовка Рис. 1.4. Схемы многокругового и совмещенного шлифования: 1 — шлифовальные круги; 2 — правящие ролики; 3 — заготовка
1.1. виды шлифования, их особенности и области использования 11 скоростное шлифование (v = 50...60 м/с); созданы станки и круги для высокоско‑ ростного шлифования (v = 80...100 м/с). Все более широко используют лен‑ точное шлифование (рис. 1.5), при ко‑ тором инструментом является не круг, а бесконечная шлифовальная лента, из‑ готовленная из шлифовальной шкурки на тканевой основе. Ленточное шлифо‑ вание распространено при обработке криволинейных поверхностей, напри‑ мер турбинных лопаток, но может быть эффективно использовано при обработ‑ ке поверхностей деталей более простой формы. Одной из разновидностей процесса шлифования является заточка режу‑ щего инструмента. Существуют различные схемы заточки резцов, фрез, долбяков, сверл и других инструментов. В результате заточ‑ ки режущим лезвиям инструмента придается необходимая форма и острота режущей кромки, обеспечивается требуемое качество их поверхностей. В последние годы для повышения производительности шлифо‑ вальных операций применяют способ электрохимической заточки инструмента и обработки поверхности детали, заключающийся в следующем. К детали и кругу (который должен быть токопрово‑ дящим) подводят электрический ток, причем деталь или заготовка является анодом, а круг — катодом. В зону обработки подают спе‑ циальную жидкость — электролит. При пропускании тока поверх‑ ностный слой металла детали взаимодействует с электролитом, разрыхляется и растворяется (явление анодного растворения ме‑ таллов). Этот разрыхленный слой удаляется шлифовальным кру‑ гом значительно интенсивнее, чем основной металл. Такой комби‑ нированный процесс (с использованием не только механической, но и электрической энергии) называется электрохимическим шли‑ фованием. Большое количество разновидностей шлифования потребовало создания специального оборудования; как правило, каждый вид Рис. 1.5. Схема ленточного шлифования: 1 — шлифовальная лента; 2 — заготовка; 3 — прижим‑ ной ролик; Р — сила прижима
Глава 1. Основы теории и технологии шлифования поверхностей 12 шлифования осуществляется на соответствующих станках — кру‑ глошлифовальных, плоскошлифовальных, внутришлифовальных, резьбошлифовальных и др. Разработаны универсальные станки, на которых можно прово‑ дить как круглое наружное, так и круглое внутреннее шлифование. В массовом производстве используют шлифовальные станки‑авто‑ маты. В настоящее время выпускаются специальные шлифоваль‑ ные станки с числовым программным управлением, а также мно‑ гоцелевые станки, на которых можно выполнять ряд различных шлифовальных операций. 1.2. взаимодействие шлифовального круга с поверхностью заготовки На металлорежущих станках различают главное движение ре‑ зания и движения подач. Главное движение осуществляет процесс резания, а движения подач обеспечивают контакт инструмента со всей обрабатываемой поверхностью. Главное движение резания совершается со значительно большей скоростью, чем движения подач. При шлифовании главным движением является вращение шлифовального круга с угловой скоростью ω. Движения подач обычно вращательные или поступательные и осуществляются в результате относительного перемещения круга или заготовки. Скорость главного движения резания (скорость шлифования) v — скорость перемещения режущих кромок круга (м/с) при его вращении — определяется по формуле v D D n = ⋅ ⋅ = ⋅ ⋅ ⋅ ω π к к 2 1000 1000 60, где ω — угловая скорость круга, рад/с; Dк — диаметр шлифоваль‑ ного круга, мм; n — частота вращения круга, мин-1. При шлифовании различают три вида движений подач: каса‑ тельное, осевое и радиальное (рис. 1.6). Касательное движение подачи — движение подачи, осущест‑ вляемое в плоскости, касательной к рабочей поверхности круга и проходящей через линию контакта круга с заготовкой.