Jak zlepšit drsnost povrchu

Jak zlepšit drsnost povrchu při broušení povrchu pomocí úpravy parametrů

V oblasti moderní strojírenské výroby je povrchové broušení vysoce přesným{0}}procesem obrábění, který se široce používá pro konečnou úpravu různých součástí, jako jsou vedení obráběcích strojů, dutiny forem a těsnicí povrchy. Drsnost povrchu, klíčový ukazatel mikroskopické topografie povrchu součásti, přímo ovlivňuje výkonnostní charakteristiky-včetně odolnosti proti opotřebení, únavové pevnosti, odolnosti proti korozi, integrity těsnění a estetické kvality. Dosažení nižší drsnosti povrchu nejen prodlužuje životnost součástí a zvyšuje spolehlivost produktu, ale také splňuje přísné požadavky na kvalitu povrchu ve specializovaných průmyslových odvětvích. Ve skutečné výrobě je však dosažení požadované drsnosti povrchu náročné kvůli vlivu mnoha faktorů. Tento článek zkoumá, jak efektivně snížit drsnost povrchu a zlepšit kvalitu produktu během procesu broušení povrchu optimalizací parametrů obrábění.

(I) Charakteristika brusného kotouče

Typ brusiva: Různé typy brusiva mají různý stupeň tvrdosti, houževnatosti a schopnosti samoostří{0}}. Mezi běžné příklady patří hnědý tavený oxid hlinitý (A), bílý tavený oxid hlinitý (WA), tavený oxid hlinitý dopovaný-chromem (PA) a zelený karbid křemíku (GC). Hnědý tavený oxid hlinitý je vhodný pro broušení obecných ocelí a nabízí dobrou rovnováhu mezi výkonem a cenou; bílý tavený oxid hlinitý má vyšší čistotu a je ideální pro broušení tvrdších materiálů, jako je tvrzená ocel, poskytuje vynikající kvalitu povrchu; tavený oxid hlinitý dopovaný chrómem- kombinuje houževnatost s odolností proti opotřebení a často se používá pro materiály, jako je rychlořezná ocel; brusiva ze zeleného karbidu křemíku jsou ostrá a odolná vůči zatížení (ucpání), účinně snižují drsnost povrchu, i když jsou dražší.

Velikost zrna: Velikost zrna určuje ostrost povrchu brusného kotouče a prostor pro odvod třísek. Obecně platí, že jemnější velikost zrna znamená menší abrazivní částice na povrchu kotouče, což má za následek nižší drsnost povrchu broušeného obrobku. Příliš jemná zrnitost však může způsobit náchylnost kotouče k zatížení, což může ve skutečnosti zhoršit drsnost povrchu. Například hrubozrnné kotouče (např. F46) jsou vhodné pro hrubé broušení k odstranění velkého množství materiálu, zatímco dokončovací broušení vyžaduje jemnozrnné kotouče (např. F12 - F20).

Typ pojiva: Mezi běžné typy pojiv patří glazovaná (keramická) pojiva (V), pryskyřicová pojiva (B) a pryžová pojiva (R). Brusné kotouče s keramickým pojivem nabízejí dobrou chemickou stabilitu a vysokou tepelnou odolnost, díky čemuž jsou vhodné pro širokou škálu brusných aplikací. Kotouče z pryskyřice mají určitý stupeň pružnosti, který tlumí brusné síly a snižuje vibrace, čímž pomáhá dosáhnout nižší drsnosti povrchu; jsou zvláště široce používány při přesném broušení. Gumová pojiva se vyznačují vysokou porézností a vynikajícím odvodem třísek, díky čemuž jsou vhodná pro operace, jako je řezání-a drážkování.

Volba tvrdosti: Tvrdost brusného kotouče se vztahuje k odolnosti kotouče vůči uvolňování brusných zrn. Pokud je tvrdost příliš vysoká, zrna se snadno neuvolňují, což způsobuje rychlé otupení kotouče a zvyšuje drsnost povrchu. Naopak, pokud je tvrdost příliš nízká, zrna se předčasně uvolňují, což vede k rychlému opotřebení kotouče a snižuje přesnost povrchu obrobku. Při volbě tvrdosti je třeba zvážit jak tvrdost broušeného materiálu, tak způsob broušení. Například při broušení tvrdých materiálů by měl být použit měkčí kotouč, aby se usnadnila včasná obnova brusných zrn, zatímco tvrdší kotouč může být vhodný pro broušení měkkých materiálů.

(II) Parametry broušení

Rychlost broušení: Rychlost broušení se vztahuje k lineární rychlosti brusného kotouče. Zvýšení rychlosti broušení v určitém rozsahu zvyšuje počet brusných zrn účastnících se procesu broušení za jednotku času a snižuje řeznou tloušťku jednotlivých zrn, čímž se snižuje drsnost povrchu. Pokud však rychlost překročí kritický práh, odstředivá síla může způsobit odlétání brusných zrn na obvodu kotouče a vyvolání vibrací, které ve skutečnosti zvyšují drsnost povrchu. Navíc příliš vysoké rychlosti broušení způsobují prudký nárůst teploty broušení, což nepříznivě ovlivňuje jak kvalitu povrchu obrobku, tak životnost brusného kotouče. X
Rychlost posuvu: Rychlost posuvu zahrnuje podélné i příčné rychlosti posuvu. Nadměrný podélný posuv zvyšuje řezné zatížení jednotlivých brusných zrn, prohlubuje stopy po broušení a zvyšuje drsnost povrchu. Nadměrná rychlost příčného posuvu má tendenci způsobovat stlačovací tření mezi brusným kotoučem a obrobkem, což vede ke stopám po popálení a škrábancům. Proto by při zachování efektivity výroby měla být rychlost posuvu minimalizována, aby se zlepšila kvalita povrchu.

Hloubka broušení: Hloubka broušení se týká tloušťky materiálu odebraného během každého brusného průchodu. Nadměrná hloubka broušení zvyšuje brusné síly a teploty, což může snadno vést k zatížení kotouče a deformaci obrobku, a tím ovlivnit drsnost povrchu. Obecně by hloubka broušení během dokončovacího broušení měla být udržována v malém rozsahu, aby byla zajištěna kvalita povrchu.

(III) Tuhost obráběcího systému

Tuhost obráběcího stroje: Tuhost samotné rovinné brusky výrazně ovlivňuje přesnost obrábění a kvalitu povrchu. Pokud je tuhost stroje nedostatečná, brusné síly způsobují pružnou deformaci součástí stroje, mění relativní polohu mezi brusným kotoučem a obrobkem a ovlivňují drsnost povrchu. Například konstrukční návrh a výběr materiálu hlavních součástí-jako je lože stroje, pracovní stůl a hlava vřetena-ovlivňují celkovou tuhost stroje.

Tuhost upínače: Upínadla se používají k zajištění obrobku a jejich tuhost přímo ovlivňuje stabilitu obrobku při broušení. Nedostatečná tuhost upínače může vést k posunutí obrobku nebo vibracím při brusných silách, což má za následek nerovnoměrnou drsnost povrchu. Proto se při výběru přípravku ujistěte, že nabízí dostatečnou tuhost a přesnost polohování.

Metoda upínání obrobku: Správná metoda upínání může zvýšit tuhost obráběcího systému. Techniky, jako je vícebodová podpora a rovnoměrné rozložení upínacích sil, pomáhají minimalizovat deformaci obrobku během broušení, čímž přispívají ke snížení drsnosti povrchu. (IV) Podmínky chlazení a mazání

Typ chladicí kapaliny: Mezi běžně používané chladicí kapaliny patří emulze, syntetické kapaliny a ionizovaná voda. Emulze nabízejí dobré chladicí, mazací a čisticí vlastnosti; účinně snižují teplotu broušení, snižují zatížení brusného kotouče a zlepšují kvalitu povrchu. Syntetické kapaliny poskytují vynikající ochranu proti korozi a jsou šetrné k životnímu prostředí, díky čemuž jsou vhodné pro aplikace s přísnými požadavky na kvalitu vody. Ionizovaná voda nabízí vynikající chladicí výkon, ale je vysoce korozivní pro zařízení, což vyžaduje ochranná opatření během používání.

Průtok a tlak chladicí kapaliny: Přiměřený průtok a vhodný tlak zajišťují včasné odstranění tepla a třísek vznikajících při broušení, udržují ostrost brusného kotouče a snižují drsnost povrchu. Nedostatečný průtok nebo tlak brání chladicí kapalině účinně vykonávat své funkce chlazení a mazání, což vede k vyšším teplotám broušení a zhoršené kvalitě povrchu.

(I) Výběr a orovnávání brusného kotouče

Správný výběr brusného kotouče: Vyberte vhodný brusný kotouč komplexním zvážením faktorů, jako je typ materiálu a tvrdost obrobku, požadavky na zpracování a stávající možnosti obráběcího stroje. Mezi klíčové faktory patří typ brusiva, velikost zrna, typ pojiva a tvrdost kotouče. Například při dokončování-broušení dílů z legované oceli s vysokou{3}}tvrdostí lze zvolit kotouč vyrobený z bílého taveného oxidu hlinitého s jemným zrnem (F12–F16), vitrifikovaným pojivem a střední tvrdostí (H–L).

Brusný kotouč pravidelně obrušujte: Během používání se brusná zrna na brusném kotouči postupně opotřebovávají a otupují a povrch se stává nerovným, což vede ke zvýšené drsnosti povrchu. Proto brusný kotouč vyžaduje pravidelné orovnávání, aby se obnovila jeho ostrost a rovinnost. Primární metody orovnávání zahrnují soustružení, válcování a broušení. Mezi nimi metoda soustružení zahrnuje použití diamantového orovnávače pro řezání podél osy brusného kotouče, čímž se dosáhne nízké drsnosti povrchu; metoda válcování využívá rotující válec ke stlačování a orovnávání povrchu kola, takže je vhodná pro orovnávání velkých-oprav; a metoda broušení využívá specializovaný orovnávací kotouč k broušení pracovního kotouče, čímž se dosahuje vysoké přesnosti orovnávání.

(II) Optimalizujte parametry broušení

Zvyšte rychlost broušení: Přiměřeně zvyšte rychlost broušení v mezích povolených obráběcím strojem. Obecně se používá přístup postupného zvyšování rychlosti: začněte s nižší rychlostí pro hrubé broušení, abyste odstranili většinu materiálu, pak postupně zvyšujte rychlost pro polodokončovací a dokončovací broušení. Například při broušení břitů nástrojů z rychlořezné oceli na povrchové brusce byla počáteční rychlost broušení nahrubo nastavena na 30 m/s, zvýšena na 45 m/s pro broušení na poloč{6}}a zvýšena na 60 m/s pro dokončovací broušení; to nakonec snížilo drsnost povrchu (Ra) z počátečních 3,2 μm na 0,8 μm.

Snížení rychlosti posuvu: Přiměřeně snižte podélné a příčné posuvy na základě materiálu obrobku a přídavku na obrábění. Během fáze dokončovacího broušení může být rychlost posuvu udržována na velmi nízké úrovni, nebo lze použít vícenásobné průchody jiskrového broušení (broušení bez dalšího přísuvu) pro další zjemnění povrchu. Například při broušení desky z hliníkové slitiny byla rychlost podélného posuvu 0,05 mm/ot při hrubém broušení a byla snížena na 0,02 mm/ot pro dokončovací broušení, po čemž následovaly dva průchody-jiskrou; tím se drsnost povrchu (Ra) snížila z 1,6 μm na 0,4 μm.

Kontrolujte hloubku broušení: Hloubka broušení během dokončovacího broušení by neměla být nadměrná; obecně se nastavuje mezi 0,01 a{1}}v rozsahu 0,03 mm. U obrobků s velkým přídavkem na obrábění lze nejprve provést broušení nahrubo-a ponechat určitou rezervu pro dokončovací broušení-, po kterém následuje proces dokončovacího broušení. Tento přístup pomáhá vyhnout se problémům s kvalitou povrchu způsobenými nadměrnou hloubkou broušení.

(III) Zvýšení tuhosti obráběcího systému

Údržba vybavení obráběcího stroje: Pravidelně kontrolujte a udržujte povrchovou brusku; okamžitě identifikujte a opravte problémy, jako je opotřebení nebo uvolnění součástí, abyste zajistili, že si stroj zachová dobrou tuhost. Mezi příklady patří kontrola přímosti a rovnoběžnosti vedení lože, seřízení vůlí pro pracovní stůl a vřeteník vřetena a výměna silně opotřebených kuličkových šroubů.

Vylepšete konstrukci upínačů: Navrhněte a vyrobte specializované upínací přípravky s dostatečnou tuhostí, aby byla zajištěna stabilita obrobku během broušení. V závislosti na tvaru a velikosti obrobku lze použít integrální nebo modulární přípravky ke zvětšení kontaktní plochy mezi přípravkem a obrobkem, čímž se rozloží upínací síly. Například při broušení série malých součástí hřídele byl navržen specializovaný přípravek obsahující V-bloky a upínací desky; to účinně zvýšilo tuhost upnutí a snížilo průměrnou drsnost povrchu (Ra) o 0,5 μm.

Optimalizujte upínací strategie: Použijte vhodné upínací sekvence a metody, abyste zabránili deformaci obrobku způsobené nesprávným upnutím. U velkých, tenkostěnných-obrobků lze ke zvýšení tuhosti použít výplně nebo pomocné podpěry. Například při broušení spodního povrchu velkého pouzdra z hliníkové slitiny byly do pouzdra vloženy dočasné opěrné bloky, aby se zabránilo deformaci během procesu, čímž byla zajištěna rovinnost a drsnost povrchu spodního povrchu.

(IV) Zlepšení podmínek chlazení a mazání

Vyberte vhodnou chladicí kapalinu: Vyberte vhodnou chladicí kapalinu na základě broušeného materiálu a specifických požadavků na zpracování. U standardních dílů z uhlíkové oceli jsou chladicí kapaliny na bázi emulze-cenově-efektivní a vysoce účinné; pro obtížně{3}}obrobitelné-materiály, jako je nerezová ocel, lze zvolit syntetické kapaliny obsahující aditiva pro extrémní-tlak (EP), aby se zlepšil výkon chlazení a mazání.

Nastavení průtoku a tlaku chladicí kapaliny: Nastavte průtok a tlak chladicí kapaliny na základě skutečných podmínek broušení. Obecně platí, že vyšší průtoky a tlaky poskytují lepší chladicí a mazací účinky; je však třeba dbát na to, aby se chladicí kapalina nedostala na obsluhu. Pro přesné nasměrování chladicí kapaliny směrem k zóně broušení lze nainstalovat trysky a usměrňovače. Například při broušení součásti z titanové slitiny zvýšení průtoku chladicí kapaliny z 8 l/min na 12 l/min a tlaku z 0,5 MPa na 0,8 MPa účinně snížilo teplotu broušení, což vedlo ke snížení drsnosti povrchu (Ra) z 2,5 μm na 1,2 μm.

Obrobna přijala zakázku na výrobu hlav válců motorů, které vyžadovaly vysokou rovinnost a nízkou drsnost povrchu (Ra menší nebo rovné 0,8 μm). Závod používal pro tento proces povrchovou brusku M7130. Počáteční zkušební broušení se standardními parametry nesplnilo požadavky na drsnost povrchu a vedlo k viditelným stopám chvění. Po analýze a úpravě byla provedena následující opatření

Výměna brusného kotouče: Původní kotouč-vyrobený z hnědého taveného oxidu hlinitého se zrnitostí F46, vitrifikovaným pojivem a tvrdostí K-třídy K{3}}byl nahrazen kotoučem z bílého taveného oxidu hlinitého se zrnitostí F20, pryskyřičným pojivem a tvrdostí J{5}}. Nový kotouč se vyznačuje jemnějšími brusnými zrny a pojivem s určitou pružností, což pomáhá snižovat drsnost povrchu.

Nastavení parametrů broušení: Rychlost broušení byla zvýšena z 25 m/s na 35 m/s, rychlost podélného posuvu byla snížena z 0,08 mm/ot na 0,03 mm/ot a hloubka broušení byla regulována s přesností na 0,02 mm. Zvýšení rychlosti broušení a snížení rychlosti posuvu snížilo řezné zatížení jednotlivých brusných zrn, což vedlo k hladšímu povrchu.

Zvýšená tuhost obráběcího systému: Obráběcí stroj prošel komplexní kontrolou a údržbou; byly upraveny vůle v pracovním stole a hlavě vřetena a vyměněny opotřebované kuličkové šrouby. Kromě toho byl navržen speciální přípravek pro zvýšení tuhosti upnutí obrobku.

Optimalizované podmínky chlazení a mazání: Standardní emulze byla nahrazena syntetickou kapalinou obsahující aditiva pro extrémní-tlaky; průtok chladicí kapaliny se zvýšil z 10 l/min na 15 l/min a tlak se zvýšil z 0,4 MPa na 0,6 MPa.