Мастерство бесцентрового шлифования: 8 ключевых принципов для точной обработки

В мире обработки режущие инструменты, такие как токарные станки и фрезерные, — это яркие звезды. Фактически, они и есть обработка для большинства людей. Однако способность делать точное бесцентровое шлифование в дополнение к обработке — определенное преимущество.

Как работает бесцентровое шлифование?

Бескцентровое шлифование — это один из нескольких процессов обработки, использующих абразивное резание для удаления материала с детали (заготовки). Процесс включает деталь, поддерживаемую на опорном лезвие для заготовки, которое находится между двумя вращающимися цилиндрами:

• Регулирующее колесо, которое контролирует скорость вращения детали и скорость подачи (для внутреннего шлифования) или линейное перемещение (для сквозного шлифования)
• Большее абразивное шлифовальное колесо

Красота бесцентрового шлифования в том, что заготовка удерживается на месте за счет давления вращающихся колес. Не требуется оснастка, поэтому настройка простая, а сроки выполнения быстрые. И поскольку заготовка жестко поддерживается, во время шлифования нет деформации.

Но несмотря на эти и другие преимущества, бесцентровое шлифование имеет меньше практиков, чем обработка. И хотя бесцентровый шлифовальный станок существует уже почти столетие, многие люди борются с основами процесса и тем, как он работает.

Что еще полезно знать об этом несколько таинственном процессе? Давайте посмотрим на 8 основных принципов бесцентрового шлифования — вещи, которые полезно (и мы надеемся, интересно) знать об этом зрелом, но все еще несколько незнакомом процессе.

1. Бесцентровое шлифование продолжает там, где заканчивается обработка.

Недостаток бесцентрового шлифования в том, что, в отличие от обработки, вы не можете иметь столько множественных осей, работающих на заготовках. Однако есть много деталей, где бесцентровый процесс решает ограничения обработки в терминах размеров, материалов и чистоты поверхности.

Именно поэтому мы любим говорить, что там, где заканчивается обработка, начинается процесс бесцентрового шлифования. Например, если у вас есть деталь, которая выбилась из круга на токарном станке, и диаметр детали слишком мал или ее центр невозможно закрепить, вы можете достичь круглизны через методы бесцентрового шлифования.

Кроме того, во время бесцентрового процесса на заготовках нет осевого упора. Это значит, что его можно использовать для шлифования длинных кусков хрупких материалов и деталей, которые иначе могли бы деформироваться.

2. Процесс бесцентрового шлифования обманчиво прост, но точен.

Поскольку они должны большую часть своей функциональности некоторым базовым принципам физики, бесцентровые шлифовальные станки не имеют много движущихся частей. Это делает бесцентровое шлифование относительно простым процессом, идеальным для финишной обработки внешнего диаметра мелких цилиндрических металлических деталей, требующих жесткого допуска.

Бескцентровое шлифование практически непрерывно, потому что по сравнению со шлифованием между центрами, время загрузки мало. Так что большие длины можно шлифовать непрерывно. Даже большие количества мелких деталей могут автоматически шлифоваться с помощью различных питающих устройств.

Кроме того, бесцентровые шлифовальные станки могут стабильно работать на высоких скоростях. Это делает процесс отличным выбором для высокообъемных применений в авиации, автопроме, военной, медицинской и других отраслях.

3. Методы шлифования различаются тем, как детали подаются через станок.

Первичное различие между двумя наиболее часто используемыми методами бесцентрового шлифования заключается в том, как заготовки подаются через станок.

Сквозное шлифование обычно используется для деталей с последовательной круглизной по длине детали. В этом методе заготовка движется вдоль опорного лезвия между двумя колесами.

Приводясь легким углом, приложенным к регулирующему колесу относительно шлифовального колеса, сквозной метод в основном «выжимает» заготовку через шлифовальное колесо и наружу с другой стороны.

Внутреннее шлифование — также называемое погружным шлифованием — используется для шлифования цилиндрических деталей с выемками или сложными формами, такими как валы шестерен. Здесь опорное лезвие для заготовки должно быть оснащено в соответствии с формой детали, а шлифовальное и регулирующее колеса должны быть отточены в соответствии с желаемым профилем сечения детали.

С внутренним методом регулирующее колесо вращает деталь на одной скорости, одновременно толкая ее к шлифовальному колесу, которое вращается на более высокой скорости. Чем больше разница в скоростях, тем выше скорость удаления материала.

4. Выбор шлифовального колеса критичен.

Еще один ключевой фактор в бесцентровом шлифовании — выбор шлифовального колеса. Оно должно соответствовать и металлу, из которого сделаны детали, и чистоте поверхности, которую вы хотите достичь.

Помимо доступности в разных диаметрах и ширинах/толщинах, колеса для бесцентрового шлифования поставляются в разных типах зерна и размеров зернистости, часто используя суперабразивные материалы, такие как поликристаллический алмаз и кубический нитрид бора.

Суперабразивные и карбид кремнеза материалы колес являются преимуществом, когда вы делаете бесцентровое шлифование экстремально твердых металлов, по нескольким причинам:

• Колеса долговечны и сохраняют свою остроту дольше.
• Они имеют высокую теплопроводность, сохраняя свою форму при высоких контактных температурах и высоких скоростях вращения.
• Меньше времени требуется на цикл отточки.
• Срок службы колеса намного длиннее, чем у колес из материалов, таких как абразивы из оксида алюминия.

5. Углы влияют на успех в бесцентровом шлифовании.

Углы, под которыми колеса бесцентрового шлифования контактируют с деталью, критичны для достижения правильной круглизны и допуска.

Обычно центры регулирующего и шлифовального колес устанавливаются на одной высоте на станке, а центр заготовки расположен выше. Однако, если заготовка установлена слишком высоко, она может демонстрировать вибрацию. Если заготовка установлена слишком низко, она может быть некруглой.

Цель — держать деталь (1) в контакте с регулирующим колесом и (2) вращающейся на более низкой скорости, пока более быстрое, большее абразивное шлифовальное колесо прикладывает силу, создающую точную круглизну детали. Использование правильных углов колес помогает обеспечить, что вся поверхность шлифовального колеса используется.

Если угол регулирующего колеса слишком острый, это может заставить заготовку зайти слишком далеко в зону шлифования. Это может привести к неравномерному износу, коничеству и сокращению срока службы колеса. Если регулирующее колесо слишком близко к параллельному с шлифовальным колесом, это может вызвать заклинивание деталей между колесами — или, в худшем сценарии, столкновение заготовки/колеса.

Угол опорного лезвия для заготовки также критичен. Например, при шлифовании с 4-дюймовым (101,6 мм) суперабразивным колесом ширина, опорное лезвие обычно хорошо работает на 30º.

Но с шириной колеса 6" (152,4 мм) или 8" (203,2 мм) тот же угол может генерировать слишком много давления к шлифовальному колесу и вызывать вибрацию. В этом случае изменение угла на 20º или 25º снизит давление и устранит вибрацию на детали.

6. Охлаждение обязательно в бесцентровом шлифовании.

Охлаждающая жидкость используется в бесцентровом шлифовании не только для охлаждения шлифовального колеса, но и для удаления тепла из зоны, где заготовка контактирует с шлифовальным колесом.

Бескцентровое шлифование требует использования правильно под давлением охлаждающей жидкости, чтобы преодолеть воздушный барьер, создаваемый между шлифовальным колесом и заготовкой во время процесса шлифования. Это позволяет охлаждающей жидкости течь в пространстве между ними.

Этап охлаждения в бесцентровом шлифовании критичен для предотвращения возвращения тепла к заготовке или шлифовальному колесу. Иначе может быть трудно удерживать допуски по круглизне и прямолинейности, а тепловое повреждение может даже вызвать пузырение и трещины на шлифовальном колесе.

7. Можно научить «старый» процесс новым трюкам.

Хотя бесцентровое шлифование существует давно, современные станки оснащены новыми функциями, улучшающими производительность.

Для повышения эффективности и продуктивности процесса, ЧПУ-программируемые управлении делают настройку и переключение оборудования с одной работы на другую еще проще. Другие новые технологии делают возможным:

• Производить ранее невозможные шлифованные формы, размеры и допуски
• Сокращать время настройки
• Ускорять загрузку и выгрузку для сокращения цикла

Например, последнее поколение станков для бесцентрового шлифования убирает регулирующее колесо и заменяет его на стационарные проводные опоры с опцией режима втулки. Эта опция позволяет для изысканно шлифованных форм и экзотических размерных особенностей, выполняя аналогично втулкам-гидам на швейцарских автоматических токарных станках.

Кроме того, достижения в программном управлении, приводных двигателях прямого привода и роботизированной загрузке/выгрузке заготовок позволяют простой концепции бесцентрового шлифования делать сложные детали, которые ранее были немыслимы.

8. Опыт — часть навыка бесцентрового шлифования.

Бескцентровый процесс обычно не преподается. Скорее, это навык, часто приобретаемый за годы работы в той части промышленности, которая поставляет услуги бесцентрового шлифования клиентам.

Так что для лучших результатов вы захотите партнера, который:

• Считает бесцентровое шлифование достаточно важным, чтобы развить экспертизу несмотря на нишевый спрос
• Продолжил расти с отраслью вместо того, чтобы полагаться на оригинальные станки десятилетия назад

Например, с самого начала Metal Cutting дополняли наши возможности резки бесцентровым шлифованием для производства деталей стекло-металлического уплотнения. Более 50 лет спустя мы все еще выполняем бесцентровое шлифование практически каждый день и продолжаем держать руку на пульсе отраслевых трендов и клиентского спроса, используя последнее поколение оборудования.

Почему стоит рассматривать бесцентровое шлифование?

В правильных руках бесцентровое шлифование способно производить «обработанную поверхность», которую процесс, такой как точение, просто не может сравнить — и как значение Ra, и на определенных металлах, которые почти невозможно точить режущим инструментом.

Даже там, где точение возможно, оно никогда не даст такого точного удаления материала и результирующей чистоты поверхности, какую может достичь шлифовальное колесо.

Почти 100 лет после своего возникновения бесцентровое шлифование все еще не так распространено, как другие методы металлообработки. Однако уникальные качества шлифованной (против точеной) поверхности в сочетании с инновациями и вариациями, доступными с бесцентровым шлифованием, позволяют ему производить металлические детали, которые незаменимы для своих применений.

Как выбрать процесс точного шлифования? Узнайте больше здесь.