Чем правят шлифовальные круги

Процесс абразивной обработки изделий шлифовальным кругом неизбежно сопровождается постепенным истиранием самого инструмента, а при неравномерной выработке – нарушением его геометрии. При этом работоспособность круга зависит от характера износа и характеристик связующего вещества абразивных материалов.

В более мягких кругах происходит процесс выкрашивания изношенных зерен при сохранении абразивных свойств круга. При высокой твердости круг затупляется, происходит сглаживание и засаливание зерен со значительным ухудшением режущей способности, снижением качества обработки и производительности. Решение проблемы – своевременная правка абразивных шлифовальных кругов с применением различных технологий и инструментов.

Основные технологии правки абразивного круга

Правка – это процесс съёма материала шлифовального круга для восстановления его режущих свойств. Также правка применяется для восстановления геометрии круга, например для устранения биения в новых изделиях. В зависимости от типа инструмента правка подразделяется на алмазную и безалмазную. Основная классификация – характер воздействия, который подразделяется на:

• Правка обтачиванием – точение абразива и связующего высокотвердым правящим инструментом. Это может быть шарошка, алмазная игла или алмазный карандаш. По сути, процесс идентичен обычному точению резцом.
• Правка обкатыванием – процесс дробления и скалывания от воздействия инструмента круглой формы вращающегося от контакта с вращающимся кругом. Для этого стальные диски с закаленными поверхностями, карбидокремниевые круги, ролики из твердых сплавов и шарошки-звездочки. Недостатком данного способа правки является и относительно невысокая точность обработки, достоинствами – высокая производительность и отсутствие заглаживания поверхности. Часто используется в качестве предварительной операции перед обработкой алмазным инструментом.
• Шлифование – технология устранения последствий износа шлифовальных кругов посредством контакта с абразивным инструментом, приводимым в действие собственным приводом. Шлифовка может производиться алмазными роликами, эльборовыми или алмазными кругами, дисками из твердых сплавов и др. инструментом, ось вращения которого может как параллельной, так и перпендикулярной оси вращения обрабатываемого диска. Последний вращается со сравнительно небольшой скоростью при нормальной рабочей скорости вращения правящего инструмента. Недостаток способа – необходимость в специальном приспособлении для правки шлифовальных кругов, т. к. ручное вращение не допускается из-за возможных дефектов геометрии при обработке.
• Тангенциальное точение – процесс аналогичный обтачиванию, но проводимый на плоскошлифовальных станках путем срезания стертой поверхности алмазным бруском. Производится в заводских условиях, обеспечивает высокое качество обработки и стабильность геометрии круга.
• Правка свободным абразивом – обработка путем контакта при вращении круга в специальном устройстве с суспензией из абразивных зерен и глины. Данный тип правки возможен исключительно в заводских условиях, обеспечивает высокую производительность, но низкую избирательность.

Наиболее подходящий инструмент для правки шлифовальных кругов в домашних условиях или в мастерской – алмазные шарошки и шарошки-звездочки, алмазные бруски и другие виды правящего инструмента. Для правки шлифованием в домашних условиях можно использовать болгарку с алмазным кругом и приспособлением для упора. Практически при всех технологиях наилучший эффект обеспечивает инструмент с алмазной рабочей частью при условии наличия охлаждения если температура превышает 700-800°C.

Правка шлифовальных кругов – процесс удаления загрязнений между зернами абразива, восстановление остроты режущих кромок и геометрии диска. Во время работы инструмент изнашивается, что приводит к ухудшению его технических характеристик. Периодическая правка диска способствует повышению его эксплуатационных свойств и качества шлифовальных работ.

Методы правки абразивных кругов

Периодичность правки шлифовальных кругов определяется условиями и частотой шлифования материалов. Несмотря на кажущуюся простоту процесса, существует несколько способов восстановления первоначальной геометрии шлифкругов и остроты их режущих кромок. На выбор способа правки дисков влияет множество факторов – степень засаливания круга, уровень износа зерен, кривизна поверхности и т.д.

Правку кругов из абразивных материалов осуществляют брусками, дисками, роликами с алмазным или безалмазным напылением. По принципу взаимодействия диска с инструментами можно выделить несколько способов правки:

• обтачивание;
• обкатка;
• шлифовка;
• тангенциальное точение;
• накатывание;
• правка свободным абразивом.

При отсутствии технических условий правку шлифовальных кругов осуществляют с помощью доступных инструментов. Для очистки поверхности круга от опилок могут использоваться остатки других абразивных материалов с твердостью не ниже R и S. Чаще всего для удаления участков залипания используют абразивный брусок, с помощью которого диск очищается от загрязнений во время вращения.

Правка шлифовального круга обтачиванием

Шлифование круга методом обтачивания – это процесс разрушения верхнего слоя абразива и связки шлифкруга инструментами с высокой степенью твердости. Принцип обтачивания заключается в удалении засаленного слоя диска правящим инструментом во время вращения заготовки.

В качестве инструмента для правки абразивных кругов могут использоваться:

Зачищающие материалы устанавливаются в специальную оправу, в которой фиксируются при помощи механического зажима, чеканки или же напайки. Инструмент может иметь различную форму:

• алмазные иглы – длинные стержни с крупным алмазом на вершине;
• алмазные карандаши – металлические цилиндры с расширенной рабочей поверхностью, в которую установливаются несколько алмазов;
• шарошки – остро- и тупозубые инструменты в форме звездочек.

При сильном износе шлифовального круга часто в качестве правящего инструмента используют шарошки. Следует учитывать, что для удаления зон засаливания, неровностей и затупившихся зерен применяют не одну, а сразу несколько шлифовальных звездочек. Перед правкой они помещаются на длинную ось, которая предварительно смазывается маслом.

Алгоритм правки шлифкруга методом обтачивания

Правку шлифовальных кругов реализуют в следующем порядке:

1. Правящий инструмент опирается на подручник;
2. Рабочая поверхность карандаша (шарошки, иглы) вводится в контакт с диском, который вращается;
3. При использовании иглы ее подают под углом к обтачиваемой поверхности в горизонтальной или вертикальной плоскости;
4. В процессе работы правящий инструмент медленно поворачивают вокруг своей оси для того, чтобы при шлифовке были задействованы все его режущие грани;
5. Во время правки абразивных кругов для обдирки скорость вращения заготовки увеличивают для получения достаточно грубой абразивной поверхности.

Правка обтачиванием позволяет выровнять геометрическую форму круга и удалить с его поверхности области засаливания. Чтобы оценить качество проделанной работы, достаточно приложить к диску линейку. Если она полностью прилегает к поверхности, значит, правка выполнена качественно. При наличии больших зазоров между кругом и линейкой желательно повторить обработку.

Осуществлять правки абразивных шлифовальных кругов можно с помощью брусков из кремния или карбида с зернистостью P125-50. Для обтачивания алмазных дисков рекомендуется брать бруски с такой же зернистостью, как и на заготовке. В случае перерасхода точильного бруска можно воспользоваться специальным абразивным кругом.

Правка абразивного круга обкатыванием

Скалывание затупившихся зерен и удаление опилок при обкатывании осуществляется инструментами круглой формы. Для выравнивания абразивных кругов используются прочные материалы:

• стальные круги с закаленным покрытием;
• ролики из твердых сплавов;
• шарошки;
• карбидокремниевые диски.

Шарошки для правки абразивных дисков применяются чаще всего, что связано с высоким качеством выполняемой работы и несущественным расходом материалов. Рабочая поверхность звездочек выполнена из износостойких сплавов. Во время контакта с вращающимся диском шарошки тоже начинают вращаться. Их зубья скользят по покрытию круга, за счет чего происходит удаление верхнего затертого слоя абразива и выравнивание профиля рабочего инструмента.

Правка обкатыванием может выполняться с помощью 5 и более шарошек, закрепленных на неподвижном основании. За счет этого обтачивание абразивных материалов можно осуществлять при помощи шлифмашинок. Единственным недостатком данного способа является недостаточная точность обработки и избыточное пылеобразование.

К преимуществам метода обкатывания кругов можно отнести отсутствие областей с заглаженной поверхностью. Если абразивный круг планируется использоваться для обдирочных работ, правка с помощью шарошек станет самым оптимальным вариантом.

Правка шлифованием

Как и предыдущем случае, правка шлифовальных кругов осуществляется с помощью вращающихся правящих инструментов. Но в данном случае инструмент вращается не от контакта с заготовкой, а от собственного привода. Для обработки дисков используются:

• эльборовые диски;
• твердосплавные диски из вольфрама и карбида;
• карбидокремниевые диски;
• алмазные круги или ролики.

В процессе шлифования ось вращения инструмента либо параллельна, либо перпендикулярна оси вращения шлифкруга. В первом случае оси вращения инструмента и диска одинаковы, но их направления могут быть противоположными.

Во время правки шлифовальный круг должен вращаться с небольшой скоростью – до 25 м в минуту, что в 60-65 раз меньше его рабочей скорости. При шлифовке обрабатываемый диск должен закрепляться стационарно. В противном случае на его поверхности будет множество неровностей.

В домашних условиях для правки кругов методом шлифования можно использовать УШМ с алмазным диском. С помощью данного способа легко выравниваются поверхности как алмазных, так и электрокорундовых кругов. Перед работой на УШМ необходимо закрепить металлическое приспособление для упора. В большинстве случаев его фиксируют с помощью болта на месте рукоятки.

Правка методом тангенциального точения

Данный метод предполагает срезание затупившихся абразивных зерен с помощью точильного бруска. Правка осуществляется на плоскошлифовальном станке во время его продольного перемещения по рабочей поверхности обрабатываемого диска. Тангенциальное точение выполняют в несколько этапов:

1. Точильный брусок закрепляется на плоскошлифовальном станке за шлифовальным кругом;
2. Во время подачи алмазного бруска поверхность заготовки соприкасается с его профилем;
3. В процессе тангенциального точения наружный слой абразива срезается, за счет чего происходит выравнивание геометрии круга.

Для повышения качества правки шлифовальных дисков обработку осуществляют на шлицешлифовальных станках. Турбинные лопатки оснащены елочным замком, благодаря чему стабилизируется и повышается качество обработки рабочей поверхности заготовки.

При тангенциальном точении в качестве обрабатываемых кругов используются эльборные и алмазные круги. Они могут иметь как керамическую, так и органическую связку. Для шлифования эльборных дисков применяются бруски из карбида кремния или алмазов, а для выравнивания алмазных кругов чаще используют бруски из электрокорунда или зеленого карбида.

Правка методом накатывания

Накатывание – процесс выравнивания поверхности круга за счет дробления абразивных гранул посредством накатного диска или ролика. Этот способ может использоваться для правки только профильных дисков. В качестве инструмента для заточки применяются:

• фасонный ролик;
• металлический накатной круг.

Скорость вращения инструмента при обработке круга не превышает 1.5 м/с. В процессе шлифования вращению подвергается либо сам ролик, либо обрабатываемый круг. Взаимное вращение инструментов при увеличивающемся давлении в области их соприкосновения обеспечивает разрушение изношенного слоя абразива. Правку осуществляют до тех пор, пока диск не приобретет геометрическую форму, идентичную форме профиля детали.

Важные моменты:

1. Вращение ролика должно обеспечиваться работой электродвигателя;
2. Для эффективного дробления абразивных зерен на круге желательно использовать ролики из стали марки 40 с твердостью закалки до HRC 60-64;
3. Скорость вращения ролика должна находиться в пределах 1-1.5 м/с.

Диаметр ролика должен подбираться с учетом диаметра обрабатываемого круга. Его ширина должна соответствовать длине профиля. Только в таком случае при накатывании шлифовальный круг приобретет правильную геометрическую форму.

Правка свободным абразивом

В данном случае правку кругов производят при свободном вращении инструмента во время его соприкосновения с вращающейся заготовкой. Не исключена обработка дисков и при вращении инструмента для заточки под действием электропривода. Правка свободным абразивом реализуется так:

1. Через специальное отверстия в притире на область шлифования подается вязкая смесь из глины и абразивных частиц;
2. Во время вращения обрабатываемого круга в зазор между притиром и заготовкой попадает абразивная суспензия, которая впоследствии увлекается наружной поверхностью круга;
3. Ось инструмента располагают к оси обрабатываемого круга под углом до 6° по вертикали и 15°– по горизонтали во время внутреннего шлифования;
4. При вращении заготовки свободный абразив удаляет с поверхности круга затупившиеся зерна.

К недостаткам этого метода можно отнести недостаточную избирательность правки. Во время обработки шлифовальных кругов качество материала может ухудшиться в случае попадания на поверхность круга гранул абразива.

Заключение

Правка кругов – эффективный способ улучшения технических и эксплуатационных характеристик инструмента для зачистки и шлифования. В зависимости от степени износа дисков, правка осуществляется разными способами – накатывание, тангенциальное точение, обтачивание, шлифование и т.д. Выбор способа правки зависит от степени твердости обрабатываемого диска и дальнейших целей его применения.

При обработке каждое абразивное зерно круга вырезает царапину на поверхности обрабатываемой заготовки, при этом образуется стружка очень малых размеров. В результате происходящих с высокой скоростью деформаций и трения стружка нагревается до высокой температуры, превышающей 1000°С. На рис. 8.21 показано плоское шлифование со снопом искр из-под круга.

При работе абразивного круга происходит его износ. Если прочность абразивных зерен окажется ниже прочности их закрепления, то изнашивание происходит частично за счет хрупкого разрушения и скалывания зерен, а частично в результате их истирания обрабатываемым материалом. Такое изнашивание называется затуплением круга и заключается в образовании площадок износа на поверхности абразивных зерен и уменьшении режущей способности инструмента. Кроме того, затупление круга приводит к изменению его профиля. Шлифование кругами, абразивные зерна которых частично разрушены, а частично затуплены, становится неэффективным.

Выше уже упоминалось о засаливании круга. Засаленный круг, как и изношенный, теряет свои режущие свойства, так как с поверхностью заготовки начинают контактировать не только абразивные зерна, но и стружка обрабатываемого материала. Режущая способность круга снижается, возрастают мощность, затрачиваемая на резание, и тепловыделение.

Способность шлифовального круга сопротивляться засаливанию и затуплению в процессе работы называют стойкостью. Обратным стойкости численным выражением служит скорость изнашивания круга, т.е. отношение износа инструмента ко времени резания.

Рис. 8.21. Сноп искр при плоском шлифовании

Для восстановления режущей способности шлифовальных кругов, их геометрической формы и микропрофиля рабочей поверхности периодически производят правку. При правке стремятся снять с рабочей поверхности возможно меньший слой абразива. Но, тем не менее, износ круга при шлифовании составляет не более 10—20% того объема, который снимают с круга при правке.

Обычно при правке снимают слой круга, превышающий размер зерна. Затупившиеся зерна выкрашивают, а засаленную связку и стружку удаляют.

Рис. 8.22. Затупление и засаливание шлифовального круга

На рис. 8.22, а изображен фрагмент шлифовального круга до начала работы. Светло-серым цветом окрашены зерна абразива, более темным — связка, белый цвет имеют поры. После некоторого периода работы зерна затупились, поры забились металлической стружкой, которая на рис. 8.22, б выделена черным цветом. О снижении работоспособности круга судят по следующим признакам:

• — увеличилась мощность на шпинделе, о чем свидетельствуют показания амперметра;
• — возрос нагрев обрабатываемой заготовки;
• — рабочая поверхность круга приобрела темную окраску;
• — изменился звук при работе.

Несколькими рабочими ходами правящего инструмента необходимо удалить с наружного диаметра круга слой абразивного материала толщиной И.

Способы правки шлифовальных кругов приведены на рис. 8.23. Рассмотрим подробнее каждый из них.

Рис. 8.23. Способы правки шлифовальных кругов

• 1. Шарошки (рис. 8.24). Этот инструмент представляет собой набор тонких пластинок в виде зубчатых колесиков (звездочек), сидящих на оси. Правку шарошкой используют при предварительной обработке круга, если возникает необходимость съема больших объемов абразивного материала.
• 2. Правка вращающимся твердосплавным роликом (рис. 8.25). Ролик также сидит на оси, но ось вращается в точных подшипниках при контакте ролика с вращающимся кругом.

Рис. 8.24. Звездочки и шарошка

Рис. 8.25. Ролик твердосплавный

Рис. 8.26. Правка стальным накатником

• 3. Правка стальным накатником. Такая правка обычно используется для профилирования фасонных кругов. Накатники (рис. 8.26) представляют собой фигурные ролики, изготовленные из закаленной легированной стали. Наружную поверхность роликов прорезают наклонными продольными канавками с целью интенсификации процесса выкрашивания зерен. Накатники сидят на оси и приводятся во вращение при радиальном соприкосновении с кругом.
• 4. Правка алмазным карандашом (рис. 8.27). Карандаш — цилиндрический стержень с мелкими алмазными зернами, вкрапленными слоями в твердый сплав. Чаще используют зерна искусственных алмазов. В карандаше а зерна расположены цепочкой, в карандаше б — слоями, в карандашах в и г — смешанное расположение алмазных зерен.

Рис. 8.27. Алмазные карандаши:

1 — твердосплавная вставка с алмазами; 2 — стержень

5. Правка алмазом в оправе (рис. 8.28).

Рис. 8.28. Правка алмазом в оправе

Алмаз в оправе представляет собой заостренный стальной стержень, в вершине которого расположено зачеканенное зерно естественного алмаза довольно крупного размера, от 0,25 карат и более. Внешне алмаз в оправе больше похож на карандаш, чем собственно алмазный карандаш, из-за чего иногда возникают ошибки при оснащении рабочего места алмазным инструментом. Алмаз в оправе — инструмент более высокого уровня по сравнению с алмазным карандашом не только в связи с использованием более качественного сырья. Он работает одной вершиной (всего в кристалле их шесть), что позволяет при правке выполнять точные копировальные работы, придавая шлифовальным кругам необходимый профиль. При зубо- и резьбошлифовании не следует использовать алмазные карандаши, отдавая предпочтение алмазам в оправе, алмазным резцам или алмазным шлифовальным роликам.

Сама процедура правки алмазным карандашом и алмазом в оправе внешне напоминает точение, при котором роль заготовки выполняет круг, а роль резца — алмазный инструмент. Правку выполняют движением алмаза в обе стороны, на первых рабочих ходах дают наибольшую глубину, более 0,1 мм.

6. Правка алмазным роликом (рис. 8.29 и 8.30).

Рис. 8.29. Ролик алмазный

И алмазный ролик, и шлифовальный круг имеют в режиме правки принудительное вращение, но правящий ролик вращается значительно быстрее. Ролик является режущим инструментом, а круг — обрабатываемой заготовкой. Кроме вращения, ролик периодически подается на круг в радиальном направлении. Ролики могут иметь фигурный профиль и ширину, превышающую ширину круга (см. рис. 8.30). Но могут использоваться и узкие алмазные ролики, рабочая грань которых перемещается по программе, образуя фигурный профиль круга.

Рис. 8.30. Правка алмазным роликом:

1 — ролик; 2 — шлифовальный круг

Алмазные зерна роликов размещены в твердосплавной связке, толщина алмазонесущего слоя составляет несколько миллиметров. Практика показывает, что за 10 тыс. правок диаметр алмазного ролика в результате износа уменьшается на 0,01 мм. Но, поскольку износ происходит равномерно, точность профиля ролика сохраняется очень длительное время.

7. Правка абразивных кругов алмазными кругами на металлической связке.

Правку фасонных поверхностей абразивного круга на шлифовальных станках с ЧПУ можно выполнять по управляющей программе, используя в качестве правящего инструмента алмазный круг на металлической связке (рис. 8.31 и 8.32).

Рис. 8.31. Алмазные круги

На рис. 8.32 алмазный круг 1 с алмазонесущим слоем 2 вращается с высокой скоростью н_ак, а шлифовальный круг 3 вращается в режиме круговой подачи с меньшей скоростью v_Km. Подача круга по двум координатам в режиме интерполяции обеспечивает возможность придания поверхности правки требуемой формы.

Рис. 8.32. Правка алмазным кругом

На рис. 8.33 показан станок для ручной правки кругов.

Рис. 8.33. Станок для ручной правки

При правке кругов алмазами в оправе и карандашами можно использовать два различных режима:

• 1) традиционный, в ходе которого выкрашивают затупившиеся зерна абразива и удаляют засаленный слой;
• 2) режим финишной правки (рис. 8.34).

Рис. 8.34. Режим финишной правки

При первом режиме восстанавливается режущая способность круга, шероховатость обработанной поверхности связана с его зернистостью. Чем мельче зернистость, тем лучше шероховатость. При втором режиме режущая способность круга снижается, но можно достичь самой лучшей шероховатости независимо от зернистости круга.

Первый режим выполняют при большой глубине и большой подаче алмазного инструмента. При втором режиме (см. рис. 8.34) алмаз в оправе 2 перемещается по поверхности шлифовального круга 1 с малой глубиной и очень малой подачей s, не более 0,005 мм/об круга. Алмаз при таком режиме не выкрашивает, а перерезает зерна, делая круг идеально гладким. Отшлифованная заправленным кругом поверхность может стать зеркальной, что свидетельствует о шероховатости в десятые доли микрометра, например Ra 0,1 мкм.

При выполнении описанного финишного шлифования не следует забывать о чистоте СОЖ и необходимости отсутствия вибраций.

Еще важно понимать, что правка круга — это его механическая обработка, и все законы возникновения погрешностей на нее распространяются. Необходимо, чтобы устройство правки обладало высокой жесткостью. При малой жесткости исходная погрешность круга (некруглость, радиальное биение) будет сохраняться и передаваться в виде погрешности формы шлифуемой поверхности.

Производительность шлифования уступает производительности лезвийной обработки в силу малого объема материала, снимаемого при каждом рабочем ходе.

Исходными данными для расчета основного времени t_a, мин, при круглом шлифовании являются:

• — длина шлифуемой поверхности L, мм;
• — ширина шлифовального круга В, мм;
• — припуск на шлифование t, равный половине разности диаметра заготовки и диаметра детали 0,5(Д_заг — 7)_детч, мм;
• — скорость вращения заготовки v_33r, м/мин;
• — величина продольной подачи в долях ширины шлифовального круга, например 0,75В, мм/об;
• — величина поперечной подачи s, мм, на каждый продольный рабочий ход.

Расчет основного времени t₀ в данном случае производится по формуле

Второй член формулы учитывает необходимость выполнения двух выхаживающих рабочих ходов без снятия припуска. В знаменателе участвует скорость продольной подачи л_П[ЮД, мм/мин,

Исходными данными для расчета основного времени t₀, мин, при плоском шлифовании являются:

• — длина шлифуемой поверхности L, мм;
• — ширина шлифуемой поверхности В._л, мм;
• — ширина шлифовального круга В, мм;
• — припуск на шлифование t, мм;
• — скорость продольного перемещения V, м/мин;
• — величина поперечного смещения круга на каждый рабочий ход кВ;
• — величины разгона /_р и торможения /_т заготовки при каждом рабочем ходе;
• — величина поперечной подачи s, мм, на каждый продольный рабочий

Доля к шлифуемой поверхности не должна превышать ширину круга. Число выхаживающих проходов может быть уменьшено до одного.

В завершение рассмотрения вопроса шлифования обратим внимание на следующее. Шлифование может выполняться периферией и торцом круга. Шлифование периферией круга более производительно, и ему следует отдавать предпочтение. В отличие от шлифования при фрезеровании обработка торцом инструмента и более производительна, и более надежна.

Перечислим достоинства и недостатки процесса шлифования. Позитивные стороны:

• 1) при шлифовании выполняется многопроходная обработка, благодаря чему уменьшаются исходные погрешности заготовки;
• 2) шлифование выполняется с меньшими нагрузками на обрабатываемую заготовку, что позволяет уменьшить усилия закрепления и избежать увеличенных деформаций, присущих другим способам обработки;
• 3) съем меньших слоев материала за один рабочий ход в сравнении с лезвийной обработкой способствует достижению более высокой точности обработки.

• 1) повышенное тепловыделение является источником возникновения погрешностей обработки, что вынуждает использовать ряд мер, противодействующих этому;
• 2) по сравнению с лезвийной обработкой шлифование отличается большими трудозатратами;
• 3) шлифование требует использования особых мер безопасности и охраны труда.