Szlifowanie powierzchni walcowych
Szlifowanie jest najbardziej rozpowszechnioną metodą obróbki wykańczającej powierzchni walcowych. Istotną zaletą tej metody jest to, że może być stosowana do obróbki przedmiotów o dużej twardości (po obróbce cieplnej). Za pomocą szlifowania można osiągnąć dokładność w granicach 1 lub 2 klasy, a gładkość powierzchni — w granicach klas 7-f-10. Dokładność obróbki, gładkość powierzchni i wydajność przy szlifowaniu zależy w znacznym stopniu od obróbki poprzedzającej szlifowanie oraz od wyboru ściernicy i warunków skrawania. Przedmioty wymagające dużej dokładności obróbki (1 lub 2 klasy) szlifuje się w dwóch operacjach: zgrubnej i wykańczającej. Taki rozdział umożliwia właściwy dla obu operacji wybór ściernicy i warunków skrawania oraz pozostawienie małego naddatku na szlifowanie wykańczające, a przez to połączenie dużej wydajności szlifowania zgrubnego z dużą dokładnością szlifowania wykańczającego. Zwykle na operację zgrubną przypada 2/3, a na operację wykańczającą 1/3, naddatku na szlifowanie.
Dobór ściernicy uzależniony jest od własności obrabianego materiału, wielkości naddatku na obróbkę, wymagań dotyczących dokładności obróbki, kształtu obrabianego przedmiotu oraz typu stosowanej szlifierki.
Ściernice charakteryzują: 1) rodzaj i gatunek materiału, 2) ziarnistość, 3) twardość, 4) struktura, 5) spoiwo, 6) kształt i 7) wymiar.
Ziarnistość określa się przez wielkość ziarna materiału ściernego wchodzącego w skład wyrobów ściernych. Ziarnistość określa się numerem, który oznacza liczbę oczek sita na 1 cal lub wymiar ziarna w mikronach.
Twardość ściernicy określa się wielkością oporu, jaki stawia spoiwo przeciw odrywaniu się ziarn ściernych z powierzchni ściernicy pod działaniem sił zewnętrznych. Im twardsza jest ściernica, tym większej siły wymaga oderwanie ziarna ściernego.
Strukturę ściernicy określa się wzajemnym stosunkiem ilości ziarna ściernego, spoiwa i wielkości porów. Ściernice o określonej strukturze, zależnie od ilości ziarn na jednostkę objętości ściernicy, stanowią grupy ściernic o strukturze zwartej, średniej i otwartej. Ściernice o jednakowej twardości mogą być wykonywane w różnych grupach struktur.
Spoiwo jest to materiał łączący trwale ziarna ściernicy. Stosowane są
następujące rodzaje spoiw: ceramiczne, silikatowe, magnezytowe, bakelitowe, gumowe, szelakowe oraz proszki metali i metale.
Sposób oznaczania ściernicy określono w normie PKN/M-59100. Symbol ściernicy składa się z trzech części: pierwsza określa jej kształt (wg PKN/M-02800), druga wymiary, a trzecia materiał, ziarnistość, twardość, strukturę i spoiwo (wg PKN/M-59100). Na przykład ściernicę tarczową, ujętą normą PKN/M-59150, płaską o średnicy zewnętrznej 300 mm, grubości 20 mm i średnicy otworu 75 mm, wykonanej z elektrokorundu B o ziarnistości 46, twardości P, strukturze 5 i spoiwie ceramicznym C, oznaczymy w sposób następujący:
NSAa 300 X 20 X 75 EB 46 P5C PN/M-59150.
Dobierając ściernicę należy kierować się wskazaniami podanymi w tablicy 28.
Szlifowanie powierzchni walcowych można przeprowadzać na szlifierkach kłowych i bezkłowych. W pierwszym przypadku rozróżniamy następujące sposoby szlifowania:
1) szlifowanie przy posuwie wzdłużnym i małej głębokości skrawania,
2) szlifowanie przy posuwie wzdłużnym i dużej głębokości skrawania
(tzw. szlifowanie głębokie),
3) szlifowanie przy posuwie poprzecznym, czyli szlifowanie wgłębne.
Według pierwszego, dotychczas najbardziej rozpowszechnionego sposobu, cały naddatek zdejmowany jest w kilku przejściach przy głębokościach skrawania w granicach 0,05-7-0,02 mm. Sposób ten stosowany jest przede wszystkim do obróbki powierzchni o dużej długości w stosunku do średnicy.
Szlifowanie głębokie polega na tym, że cały naddatek (od 0,1 do 0,3 mm) zdejmuje się w jednym przejściu przy stosunkowo niedużym posuwie wzdłużnym (2-1-6 mm/obr). Schemat takiego szlifowania pokazano na rys. 223, przy czym na rys. 223a przedstawiono ściernicę i przedmiot przed rozpoczęciem szlifowania, a na rys. 223b — w czasie szlifowania. Jak widać na rysunku, na pracującej powierzchni ściernicy, po pewnym czasie pracy, tworzy się wskutek zużycia część stożkowa, a następnie szlifowanie w zasadzie odbywa się już
tylko tą powierzchnią ściernicy. Ten sposób szlifowania, wprowadzony w ostatnich latach, stosowany jest najczęściej do obróbki stosunkowo krótkich powierzchni. W takich przypadkach jest on zwykle wydajniejszy od sposobu pierwszego, co tłumaczy się zmniejszeniem liczby przejść jałowych oraz bardziej wydajnymi warunkami skrawania. Często ściernice przeznaczone do takiego szlifowania otrzymują od razu przy obciąganiu kształt stożkowy (o rozbieżności tworzących 2°) lub schodkowy.
Szlifowanie wgłębne (tylko posuwem poprzecznym) przeprowadza się ściernicą o szerokości nieco większej od długości szlifowanej powierzchni przedmiotu. Wielkość posuwu poprzecznego, wykonywanego ruchem jednostajnym przez wrzeciennik ściernicy, waha się zależnie od rodzaju operacji (zgrubna lub wykańczająca) i szybkości obwodowej przedmiotu w granicach od 0,001 do 0,02 mm/obr. Sposób ten wymaga odpowiednio mocnych i sztywnych szlifierek.
Szerokie zastosowanie szlifowania wgłębnego do obróbki stosunkowo krótkich przedmiotów w wielkoseryjnęj i masowej produkcji silników tłumaczy się dużą wydajnością (obrabiana powierzchnia szlifowana jest jednocześnie na całej swej długości), możnością szlifowania kilkoma ściernicami różnych powierzchni przedmiotu (np. jednoczesne szlifowanie kilku czopów wału korbowego) oraz możnością szlifowania powierzchni o różnych zarysach prostoliniowych.
Jednym ze sposobów obróbki na szlifierkach kłowych jest bardzo dokładne szlifowanie umożliwiające uzyskanie gładkości powierzchni w 9 i 10 klasie. Sposób ten charakteryzuje się odpowiednim doborem ściernicy i warunków skrawania drobnoziarniste niezbyt twarde ściernice ze spoiwem organicznym (gumowym lub bakelitowym), bardzo mała głębokość skrawania (poniżej 0,005 mm), mała szybkość obwodowa przedmiotu (2-f-10 m/min), duża szybkość obwodowa ściernicy (30-7-40 m/min), duża liczba przejść bez posuwu poprzecznego i zastosowanie obfitego chłodzenia.
Szlifowanie bezkłowe charakteryzuje się tym, że obrabiany przedmiot nie jest zamocowany ani w kłach, ani w uchwycie, natomiast umieszczany pomiędzy dwiema tarczami (szlifującą, tj. ściernicą oraz prowadzącą, która obraca przedmiot) i oparty o podtrzymkę, przy czym oś przedmiotu znajduje się 10-f-15 mm ponad prostą łączącą środki obu tarcz; jest to szlifowanie współbieżne. Obie tarcze obracają się w tym samym kierunku, lecz z różną prędkością obrotową (stosunek liczb obrotów tarczy szlifującej do liczby obrotów tarczy prowadzącej równy jest 1 : 5-f-l : 10). Szybkość ściernicy jest taka sama, jak przy szlifowaniu innymi sposobami, a szybkość obwodowa tarczy prowadzącej jest mniej więcej równa szybkości obwodowej przedmiotu przy szlifowaniu w kłach. Przy szlifowaniu bezkłowym szybkość obwodowa przedmiotu jest wskutek poślizgu o 1-t-3°/o mniejsza od szybkości obwodowej tarczy prowadzącej.
Szlifowanie bezkłowe podobnie jak szlifowanie w kłach może odbywać się posuwem wzdłużnym lub poprzecznym. W pierwszym przypadku (rys. 224) w celu nadania przedmiotowi wzdłużnego ruchu posuwnego, oś tarczy prowadzącej jest pochylona pod niewielkim kątem (a == 1 -J- 6°)s względem osi ściernicy. Posuw wzdłużny przedmiotu wyraża się wzorem
pw = A. • vt ' sin a
gdzie: A — współczynnik poślizgu przedmiotu względem tarczy prowadzącej (A = 0,97-7-0,99), vt — prędkość obwodowa tarczy prowadzącej. Aby tarcza prowadząca stykała się na całej szerokości z obrabianym przedmiotem, jej powierzchnia robocza musi mieć kształt hiperbolo idy obrotowej, której tworząca będzie się pokrywać z tworzącą walcowej powierzchni przedmiotu. Hiperboloidalny kształt tarczy prowadzącej otrzymuje się przesuwając diament obciągający wzdłuż prostej tworzącej.
Głębokość skrawania na jedno przejście waha się przy szlifowaniu zgrubnym od 0,02 do 0,15 mm, a przy wykańczającym — od 0,0025 do
0,01 mm. Liczba przejść przy obróbce zgrubnej zależy od naddatku, a przy wykańczającej wynosi co najmniej dwa. Tę metodę szlifowania bezkłowego stosuje się do obróbki powierzchni przedmiotów bez występów, jak np. sworzni tłokowych, części nośnych, tłoków itp.
W tych przypadkach, kiedy przedmiot ma kołnierze lub występy uniemożliwiające przesuwanie przedmiotu między tarczami (np. zawory, popy-chacze itp.), stosuje się szlifowanie bezkłowe posuwem poprzecznym. Przedmiot obrobiony kładzie się na podtrzymce między obydwoma tarczami, a obróbka odbywa się w .wyniku dosuwania tarczy prowadzącej do ściernicy, której szerokość powinna być nieco większa od długości szlifowanej powierzchni. Posuw poprzeczny na 1 obrót przedmiotu przyjmuje się dla szlifowania zgrubnego od 0,004 do 0,04 mm, a dla szlifowania wykańczającego — od 0,003 do 0,01 mm.
Szlifowanie bezkłowe ma szereg zalet w porównaniu ze szlifowaniem w kłach: uniknięcie operacji nakiełkowania, wyeliminowanie błędu wykonania nakiełków, prostota całego urządzenia, sztywne podparcie przedmiotu, duża sztywność i łatwe automatyzowanie szlifierek bezkłowych, dwukrotnie mniejszy niż przy szlifowaniu w kłach wpływ zużycia ściernicy na dokładność obróbki (zużycie odbija się na średnicy przedmiotu a nie na jego promieniu) i wreszcie największa zaleta — wysoka wydajność, O' czym świadczy następujący przykład wzięty z praktyki. Wydajność szlifowania części nośnej żeliwnych tłoków silników samochodowych z naddatkiem 0,25 mm (na średnicy), dwoma przejściami zgrubnymi i jednym wykańczającym, zapewniającym dokładność z tolerancją 0,01 mm, wynosi 175 sztuk tłoków na godzinę. Wymienione zalety powodują szerokie zastosowanie szlifowania bezkłowego w wielkoseryjnym i masowym przemyśle motoryzacyj nym.
Przy projektowaniu obróbki szlifowaniem należy jednak uwzględnić wady szlifowania bezkłowego. Do najważniejszych z nich zaliczamy brak możności zapewnienia współosiowości powierzchni szlifowanej z innymi obrobionymi powierzchniami przedmiotu oraz ograniczenia co do kształtu i wymiarów obrabianych przedmiotów.