Разница между механической обработкой и шлифовкой

Изготовление изделий сложной формы с хорошей отделкой поверхности методом литья не всегда целесообразно и экономично. С отлитыми изделиями можно выполнять различные вторичные операции, чтобы в конечном итоге получить желаемый объект. К таким операциям относятся соединение (например, сварка), удаление материала или механическая обработка, термическая обработка или изменение свойств, окраска и покрытие и т. д. Процессы удаления материала в основном удаляют материал с поверхности заготовки для обеспечения заданных размеров и допусков. Существует большое количество таких процессов, чтобы удовлетворить потребность в обработке различных материалов различными способами и в отделке их поверхностей на разных уровнях. Среди них обычные процессы обработки стары и в то же время надежны; однако различные процессы абразивной резки и так называемые процессы нетрадиционной обработки (НТМ) также могут обеспечивать аналогичные возможности.

По определению, механическая обработка или резка металла является одним из вторичных производственных процессов, при котором материал слой за слоем постепенно удаляется в виде стружки с предварительно отформованной заготовки для получения желаемой формы, размера и отделки. Для выполнения этого требования существуют различные процессы механической обработки, такие как токарная обработка, нарезание резьбы, сужение, снятие фаски, вращение, нарезание резьбы, сужение, скругление, торцевание, нарезание канавок, разделение, накатка, сверление, фрезерование, формование, планировка, прорезка пазов, расточка, зубофрезерование, протяжка. и т. д. Такие процессы могут обеспечить более высокую скорость удаления материала (MRR) и, таким образом, являются подходящими, производительными и экономичными для удаления больших объемов рабочего материала. Твердый и острый режущий инструмент или резец обязательно используется для удаления материала путем резки. Этот режущий инструмент также должен иметь определенную спецификацию и совместимый материал для бесперебойной и эффективной обработки. Большинство этих обычных процессов могут обрабатывать самые разные материалы; однако некоторые рабочие материалы не обеспечивают приемлемой обрабатываемости, поэтому в таких случаях рекомендуются другие процессы удаления материала (например, абразивная резка или NTM).

Шлифовка , один из типов процесса абразивной резки, может соответствовать различным ограничениям обычной обработки. Здесь вместо так называемого режущего инструмента используется шлифовальный круг. Круг в основном состоит из мелких и более твердых абразивных частиц, таких как оксид алюминия, кремнезем, алмаз и т. д., которые связаны в подходящей среде. Такие абразивы имеют произвольную форму и поэтому не имеют определенной геометрии; хотя само колесо имеет специфическую конфигурацию. Хотя материал снимается в виде стружки, здесь стружка имеет микроразмер. Этот процесс не подходит для удаления больших объемов материалов; вместо этого предпочтительнее обрабатывать поверхность на микронном уровне (0,5–2,0 мкм). Он также может эффективно шлифовать твердые и прочные материалы. Различия между обычной обработкой и шлифованием представлены ниже в виде таблицы.

Таблица:Различия между механической обработкой и шлифованием

Массовое удаление и завершающий процесс: Скорость съема материала (MRR) определяется как скорость объема рабочего материала, удаляемого с рабочей поверхности во время любого процесса резания. Большинство обычных процессов механической обработки (за исключением некоторых, таких как накатка) используются для удаления большего количества материала для придания основной формы и размера. Он обеспечивает более высокий MRR и, следовательно, более продуктивный. Он также может выполнять получистовую обработку поверхности продукта на уровне 1–50 мкм в зависимости от операции и соответствующих параметров процесса. Шлифовка, с другой стороны, в основном используется для доводки поверхности до более высокого уровня. Шероховатость поверхности порядка 0,5–2 мкм легко достижима при шлифовании. Таким образом, он может обеспечить высокую точность размеров и жесткие допуски.

Режущий инструмент — его материал и геометрия: В каждом обычном процессе механической обработки обязательно используется режущий инструмент (также называемый фрезой), имеющий определенную геометрию и материал. Этот резак содержит одну или несколько острых режущих кромок для эффективного срезания материала с рабочей поверхности. Материал этой фрезы также является важным фактором, влияющим на производительность обработки. Самое главное, твердость режущего материала должна быть значительно выше, чем у рабочего материала. Начиная с быстрорежущей стали (HSS), карбида и керамики, в настоящее время доступны резцы из кубического нитрата бора (cBN) и алмазные фрезы. При шлифовании вместо фрезы используется круг, а абразивы на круге фактически удаляют материал. В отличие от фрезы, такие абразивы не имеют определенной геометрии (различные углы, радиус кромки, радиус вершины, длина режущей кромки и т. д. варьируются произвольно); однако абразивный материал может быть зафиксирован, например, окись алюминия, кварц или алмаз.

Передний угол и задний угол: Передний угол режущего инструмента показывает наклон передней поверхности от базовой плоскости. Это один из важных факторов, влияющих на деформацию сдвига, направление схода стружки, толщину стружки, силу резания, деформацию сдвига, потребляемую мощность и т. д. Фрезы, используемые при традиционной обработке, могут иметь положительный, отрицательный или даже нулевой передний угол, и его значение обычно варьируется. в диапазоне от +15° до –15°. Абразивы шлифовального круга имеют крутой передний угол и могут варьироваться от +60° до –60°, иногда даже за этим пределом. Такой большой передний угол обычно нежелателен, потому что он вызывает дисбаланс при резании и увеличивает либо потребляемую мощность резания (высокое положительное значение), либо выход из строя инструмента (высокое отрицательное значение). В отличие от переднего угла, задний угол фрезы не может быть отрицательным или равным нулю — он должен иметь положительное значение. От этого угла зависит качество и допуск обработанной поверхности. Для резцов задний угол обычно находится в пределах от +3° до +15°; в то время как для абразивов он может быть произвольным (может быть равен нулю или достигать +90°).

Срезание и участие режущих кромок: Фреза может состоять из одной или нескольких режущих кромок, и соответственно они могут быть либо однолезвийными, либо многолезвийными. Независимо от количества, каждая из режущих кромок в равной степени участвует в съеме материала. Более того, при механической обработке материал удаляется путем срезания тонкого слоя материала, когда режущий инструмент прикладывает достаточную сжимающую силу. В шлифовальном круге только несколько открытых абразивов (иногда даже менее 1%) участвуют в удалении материала. Остальные абразивы либо не касаются рабочей поверхности (обратите внимание, что подача очень низкая, даже ниже 10 мкм), либо они вызывают царапание, вспахивание или трение вместо сдвига. Однако материал удаляется только срезанием; другие просто нежелательно увеличивают нормальную силу.

Удельное потребление энергии: Энергия резания, необходимая для удаления единицы объема материала, называется удельной энергией и измеряется в Дж/мм ³ . . Математически мощность, деленная на MRR, дает удельную энергию. Традиционная обработка обеспечивает высокую скорость съема материала (MRR) и, следовательно, удельную энергию сравнительно мало. С другой стороны, при шлифовании MRR низкий, и большая часть энергии тратится впустую из-за царапания, вспашки или трения вместо стрижки. Соответственно резко возрастает удельная энергия; даже может быть в 5-20 раз выше.

Поверхностное повреждение из-за выделения тепла: При традиционной обработке большая часть тепла при резании выделяется в зоне вторичной деформации, где происходит интенсивное трение между стружкой и передней поверхностью. Первичная зона сдвига также вносит некоторый вклад. Однако большая часть генерируемого тепла (70-80%) уносится непрерывно текущей стружкой, и лишь незначительная часть попадает внутрь фрезы или заготовки. Таким образом, термическое повреждение заготовки и фрезы обычно незначительно, особенно при применении соответствующей смазочно-охлаждающей жидкости. При шлифовании выделение тепла происходит в основном за счет царапания, вспахивания и трения. Такое тепло аккумулируется внутри заготовки из-за того, что абразивы являются теплоизоляционными и образуется очень малый объем микростружки. Экстремальное накопление тепла может привести к различным термическим повреждениям готовой поверхности, включая пригорание поверхности, изменение механических свойств, неточность размеров из-за теплового расширения и т. д.

Обработка твердых и прочных материалов: Такие материалы имеют множество проблем при обработке обычными процессами механической обработки, такими как высокий износ инструмента, фрагментированная стружка и т. д., что в конечном итоге приводит к плохой обрабатываемости. Шлифование предпочтительно применять независимо от прочности и твердости обрабатываемого материала.

В этой статье представлено научное сравнение традиционной механической обработки и шлифования. Автор также предлагает вам просмотреть следующие ссылки для лучшего понимания темы.

• Обработка и станки, А. Б. Чаттопадхьяй (1 ^st издание, Wiley).
• Manufacturing Engineering and Technology:SI Edition, авторы С. Калпакджян и С. Р. Шмид (7 ^th издание, Pearson Ed Asia).
• Разница между механической обработкой и шлифовкой, автор:different.minaprem.com.