Топ-5 советов по шлифовке для превосходной чистоты поверхности

Точное ЧПУ производственное шлифование сияет, когда детали требуют тугих геометрических допусков и качественных чистот поверхности. Обычно чистоты поверхности в диапазоне 32 микродин Ra до 4,0 микродин Ra и лучше — это числа, которые нужно достичь. Сравнительно, традиционная фрезеровка или токарная операция может достичь чистоты около 125 микродин до 32 микродин Ra.

Если цель — улучшить текущую чистоту поверхности с 20 микродин Ra до 17 микродин Ra, то простое увеличение скорости круга и/или незначительное снижение скорости подачи может быть достаточно. Однако если требуется более тонкая чистота поверхности, то эти пять факторов должны быть адресованы.

1) Операционные параметры шлифовки

Корректировка параметров шлифовки может быть самым легким и быстрым решением для улучшения чистоты поверхности детали. Вот ключевые параметры и рекомендуемые действия для успешного выполнения.

Эта деталь зашлифована до чистоты поверхности 3,0 микродин Ra. Чистота достигнута с использованием суперабразивного круга и оптимизации процесса, включая адресацию всех рекомендаций, перечисленных в этой статье. Фото: Norton | Saint-Gobain Abrasives.

Погрузная/плоская шлифовка:

• Увеличить скорость круга. Это хорошая отправная точка. Однако убедитесь, что круг рассчитан на работу на новой скорости. Максимальная рабочая скорость (MOS) будет указана на боку круга.
• Уменьшить скорость подачи.
• Уменьшить глубину резания.
• Увеличить количество проходов выгорания (spark-out).

Наружнодиаметровая (НД)/Внутреннедиаметровая (ВД) шлифовка:

• Увеличить скорость круга. Как упоминалось ранее, круг должен быть рассчитан на работу на новой скорости. Максимальная рабочая скорость будет указана на боку круга.
• Уменьшить глубину резания на оборот.
• Уменьшить рабочую скорость (об/мин): скорость ввода может потребовать корректировки для поддержания глубины на оборот.
• Увеличить время задержки/выгорания.
• Использовать осцилляцию (обычная практика при вдавивании ВД шлифовки).

Многие современные шлифовальные станки имеют регуляторы переменной скорости, поэтому изменение скорости круга может быть выполнено простым редактированием ЧПУ программы или корректировкой контроллера скорости шпинделя. Другие станки могут требовать ручной смены шкивов и ремней.

Снижение скоростей подачи также может быть выполнено редактированием ЧПУ программы или корректировкой контроля скорости подачи. Однако этот подход может увеличить время цикла, что не всегда хороший вариант, особенно в производственной операции, где время цикла критично. В применениях, где время цикла не критично, снижение скорости подачи может быть хорошим вариантом для улучшения чистоты поверхности заготовки.

Когда скорость круга увеличивается, а глубина резания и скорость подачи снижаются, круг может стать тупым. Это увеличивает шанс термического повреждения заготовки и может увеличить силы шлифовки. Поэтому нужно быть осторожным при корректировке этих параметров, чтобы не вводить другие проблемы в процесс.

2) Обточка шлифовального круга

Условия обточки как для обычных, так и для суперабразивных шлифовальных кругов могут быть манипулированы для помощи в улучшении чистоты поверхности. Это

обычно достигается замедлением скорости траверса обточки и/или снижением глубины на проход при обточке. Снижение глубины обточки делает действие обточки менее агрессивным и приводит к более гладкому лицу круга, что обычно улучшает чистоту поверхности заготовки. Снижение скорости траверса обточки снижает шаг обточки (dress lead), который является расстоянием, которое круг проходит за один оборот круга. Шаг обточки может применяться к любому процессу обточки, где обточный инструмент траверсирует через лицо круга. Однако шаг обточки не применяется к операциям вдавливания обточки (plunge dressing). Корректировка шага — хороший способ улучшить чистоту поверхности на существующих процессах.

Лучше рассчитать коэффициент перекрытия обточки (dressing overlap ratio) (учитывающий ширину обточника) при разработке нового процесса или смене типа обточного инструмента. Коэффициент перекрытия — это количество раз, когда любая одна точка на лице шлифовального круга контактирует с лицом обточника по мере движения обточника через круг.

Коэффициент перекрытия обточки определяет состояние поверхности лица круга. Это, в свою очередь, определяет шероховатость заготовки. Когда коэффициент перекрытия увеличивается, обточник ударяет по тому же зерну на круге больше раз, создавая тонкую топографию на поверхности круга. Это делает лицо круга тупым и закрытым, результатом чего является более тонкая чистота поверхности на заготовке.

Однако нужно быть осторожным, чтобы лицо круга не стало слишком закрытым после очень тонкой обточки. Закрытое лицо круга может привести к более высокой шлифовальной мощности из-за тупой поверхности круга и может вызвать термическое повреждение заготовки. Таблица 2 показывает уравнения для определения шага и коэффициента перекрытия.

3) Состав шлифовального круга: размер зерна

Размер зерна шлифовального круга имеет прямое влияние на чистоту поверхности. Чем больше размер зерна, тем грубее чистота. Важно выбрать правильный размер зерна на основе требований к чистоте заготовки. Таблица 3 показывает типы зерна, размеры и предложения для различных требований к чистоте.

Перед изменением размера зерна рекомендуется обточить круг менее агрессивными параметрами. Снижение размера зерна, вероятно, означает, что скорости подачи нужно снизить, и в результате время цикла может увеличиться. Меньшие размеры зерна не могут удалять материал на такой высокой скорости удаления, как более крупные размеры зерна. Также термическое повреждение может быть индуцировано в заготовке при использовании меньших размеров зерна.

Состав обычного абразивного шлифовального круга включает абразивный тип и размер, структуру круга (расстояние между зернами), твердость связи (grade) и тип связи. Состав суперабразивного шлифовального круга включает абразивный тип и размер, концентрацию абразива, и твердость и тип связи. Обычные абразивы включают оксид алюминия, карбид кремния и керамический абразив; суперабразивы включают алмаз и нитрид кубора кубический (cBN).

Перед заказом круга с меньшим размером зерна рекомендуется связаться с производителем/дистрибьютором шлифовальных кругов для нахождения лучшего состава круга для применения.

4) Подача СОЖ

Если подача СОЖ недостаточна, шлифовальные щепки могут быть повторно введены в зону шлифовки. Щепки могут вызывать царапины на заготовке, что часто испытывается при ВД шлифовке. Критично обеспечить, чтобы

сопло СОЖ правильно нацелено на зону шлифовки и есть достаточное расход и давление СОЖ для вымывания щепок из зоны. Точная нацеленность на всю зону шлифовки может быть ключом к достижению последовательной чистоты поверхности по детали. В некоторых процессах с высокой скоростью удаления может потребоваться скорректировать давление СОЖ для соответствия скорости круга чтобы избежать обжига детали. Это также помогает в удалении щепок из зоны шлифовки.

Щепки также могут прилипать к шлифовальному кругу в некоторых случаях. Это может происходить при более агрессивной шлифовке или при шлифовке определенных металлов, склонных прилипать к шлифовальному кругу. В этих применениях могут потребоваться насадки-очистители (scrubber nozzles). Насадки-очистители обычно высоконапорные (500–1000 psi), низкорсходные устройства, нацеленные после зоны шлифовки для удаления щепок из структуры круга.

Насадки-очистители маловероятно ответ для ВД шлифовки, хотя, из-за ограниченного пространства в цевке детали. В этих случаях должно использоваться наводнительное СОЖ. Однако для НД и погружной/плоской шлифовки насадки-очистители часто могут быть внедрены без интерференции с деталью или оснасткой.

Плохая фильтрация СОЖ также может негативно влиять на чистоту поверхности и/или вызывать царапины на поверхности детали. Если частицы не фильтруются, они могут быть перекачаны обратно в зону шлифовки вместе с СОЖ. Когда подозревается фильтрация как причина царапин и плохой чистоты, может потребоваться меньший микронный фильтр. Общее правило для шлифовки твердого сплава, например, — использовать фильтр, который будет улавливать частицы, минимум большие 10% размера зерна круга (см. Таблицу 4).

Тип СОЖ также может влиять на чистоту поверхности, обычно из-за влияния смазываемости на износ круга. Масляное СОЖ обычно способствует меньшему износу круга и, следовательно, более последовательной чистоте поверхности.

5) Состояние станка

Факторы, связанные со шлифовальным станком, могут влиять на чистоту поверхности заготовки. Эти включают:

Баланс сборки круг/втулка: Если сборка шлифовального круга не сбалансирована до приемлемого уровня, это может привести к треску и/или плохой чистоте поверхности. Балансировка может быть выполнена с использованием оборудования, такого как статический балансир, динамический/ручной балансир или автобалансир, установленный на станке. Требуемая точность заготовки и чистота поверхности определят тип оборудования для использования.

Системы автобалансировки, установленные непосредственно на шпиндель шлифовки — лучший вариант балансировки. Эта система автоматически двигает веса внутри втулки для противодействия дисбалансу круг/втулка. Автобалансиры ограничены крупногабаритными станками, такими как погружной и НД-типы, и поэтому не практичны для мелкодиаметровых кругов.

Следующий лучший метод балансировки — динамический/ручной тип системы балансировки, который можно использовать на всех типах станков. Он балансирует сборку круг/втулка непосредственно на станке, но требует ручного движения балансировочных весов.

Наконец, статическая балансировка, выполняемая вне станка, имеет свои ограничения в терминах уровней балансировки, которые она может достичь. Однако она лучше, чем никакой балансировки, и в некоторых применениях работает нормально.

Тем не менее, не все круги требуют балансировки. Некоторые мелкие круги с низкой массой не имеют веса для создания проблемного дисбаланса. Так что, если только эти мелкие круги не работают на очень высоких скоростях или если система станка (шток) не жесткая, балансировка не требуется. Также круги, используемые для менее точных или черновых применений, могут не требовать балансировки.

Жесткость станка: Плохая жесткость станка может привести к плохому качеству заготовки. Со временем подшипники шпинделя могут изнашиваться и ослабевать. Подшипники также могут быть повреждены, если станок был в аварии. Там, где возможно, подшипники шпинделя должны проверяться периодически или непрерывно с использованием вибрационного аналитического оборудования. Это оборудование — отличный инструмент для помощи в предсказании надвигающихся проблем с подшипниками шпинделя, которые могут привести к плохому качеству заготовки. Плохие методы оснастки и зажимания также могут привести к вибрации или деформации и в конечном счете к плохой чистоте поверхности.

Система обточки: Правильная обточка круга критична для достижения хорошей чистоты поверхности, поэтому система обточки должна быть в хорошем состоянии. Стационарные инструменты должны быть заменены, если повреждены или изношены. Вращающиеся инструменты, такие как шлифовальный шпиндель, должны проверяться на чрезмерную вибрацию, биение и движение.

Техническое обслуживание станка: Критично следовать инструкциям поставщика станка по плановому смазыванию станка, мониторингу качества сжатого воздуха, частоте смены фильтров и так далее. Втулки кругов и арбузы должны инспектироваться на повреждения, как и оснастка, устойки, тыловые центры и так далее. Инспекция этих компонентов станка должна быть частью ежедневной превентивной рутины цеха.

Помимо регулярного обслуживания, многие компании сейчас внедряют программы обслуживания, такие как мониторинг на основе состояния (CBM), при котором станок мониторится датчиками, такими как акселерометры, термометры, манометры и так далее. Это предиктивное обслуживание использует данные, собранные с датчиков, для установления трендов, предсказания отказов и помощи в определении, когда компоненты, такие как подшипники, нужно менять.

Norton|Saint-Gobain Abrasives | nortonabrasives.com/en-us

Об авторах

Джон Хейган — старший прикладной инженер и Марк Мартин — прикладной инженер в Norton|Saint-Gobain Abrasives.