Ako zlepšiť drsnosť povrchu pri brúsení povrchu pomocou úpravy parametrov
V oblasti modernej strojárskej výroby je povrchové brúsenie vysoko presným{0}}procesom obrábania, ktorý sa široko používa na konečnú úpravu rôznych komponentov, ako sú vodiace dráhy obrábacích strojov, dutiny foriem a tesniace povrchy. Drsnosť povrchu, kľúčový indikátor mikroskopickej topografie povrchu komponentu, priamo ovplyvňuje výkonnostné charakteristiky-vrátane odolnosti proti opotrebovaniu, únavovej pevnosti, odolnosti proti korózii, celistvosti tesnenia a estetickej kvality. Dosiahnutie nižšej drsnosti povrchu nielenže predlžuje životnosť komponentov a zvyšuje spoľahlivosť produktu, ale spĺňa aj prísne požiadavky na kvalitu povrchu v špecializovaných odvetviach. V skutočnej výrobe je však dosiahnutie požadovanej drsnosti povrchu náročné kvôli vplyvu mnohých faktorov. Tento článok skúma, ako efektívne znížiť drsnosť povrchu a zlepšiť kvalitu produktu počas procesu povrchového brúsenia optimalizáciou parametrov obrábania.
Hlavné faktory ovplyvňujúce drsnosť povrchu pri brúsení povrchu
(I) Charakteristika brúsneho kotúča
Typ brusiva: Rôzne typy brusiva majú rôzny stupeň tvrdosti, húževnatosti a schopnosti samobrúsenia. Medzi bežné príklady patrí hnedý tavený oxid hlinitý (A), biely tavený oxid hlinitý (WA), tavený oxid hlinitý s prímesou chrómu (PA) a zelený karbid kremíka (GC). Hnedý tavený oxid hlinitý je vhodný na brúsenie všeobecných ocelí a ponúka dobrú rovnováhu medzi výkonom a nákladmi; biely tavený oxid hlinitý má vyššiu čistotu a je ideálny na brúsenie tvrdších materiálov, ako je tvrdená oceľ, pričom poskytuje vynikajúcu kvalitu povrchu; chróm-dopovaný tavený oxid hlinitý spája húževnatosť s odolnosťou proti opotrebeniu a často sa používa na materiály, ako je napríklad-rýchlorezná oceľ; brúsivá zo zeleného karbidu kremíka sú ostré a odolné voči zaťaženiu (upchávaniu), účinne znižujú drsnosť povrchu, aj keď majú vyššiu cenu.
Veľkosť zrna: Veľkosť zrna určuje ostrosť povrchu brúsneho kotúča a priestor na čistenie triesok. Vo všeobecnosti jemnejšia veľkosť zrna znamená menšie brúsne častice na povrchu kotúča, čo má za následok nižšiu drsnosť povrchu brúseného obrobku. Príliš jemná zrnitosť však môže spôsobiť, že kotúč bude náchylný na zaťaženie, čo môže v skutočnosti zhoršiť drsnosť povrchu. Napríklad hrubozrnné kotúče (napr. F46) sú vhodné na hrubé brúsenie na odstránenie veľkého množstva materiálu, zatiaľ čo dokončovacie brúsenie vyžaduje jemnozrnné kotúče - (napr. F12 - F20).
Typ spoja: Bežné typy spojov zahŕňajú vitrifikované (keramické) spoje (V), živicové spoje (B) a gumové spoje (R). Brúsne kotúče s keramickým spojivom ponúkajú dobrú chemickú stabilitu a vysokú tepelnú odolnosť, vďaka čomu sú vhodné pre širokú škálu brúsnych aplikácií. Kotúče so živicovým spojivom majú určitý stupeň pružnosti, ktorý tlmí brúsne sily a znižuje vibrácie, čím pomáha dosiahnuť nižšiu drsnosť povrchu; sú obzvlášť široko používané pri presnom brúsení. Gumové spojovacie kotúče sa vyznačujú vysokou pórovitosťou a vynikajúcim odstraňovaním triesok, vďaka čomu sú vhodné na operácie, ako je odrezávanie-a drážkovanie.
Výber tvrdosti: Tvrdosť brúsneho kotúča sa vzťahuje na odolnosť kotúča voči uvoľňovaniu brúsnych zŕn. Ak je tvrdosť príliš vysoká, zrná sa ľahko neuvoľňujú, čo spôsobuje rýchle otupenie kotúča a zvyšuje drsnosť povrchu. Naopak, ak je tvrdosť príliš nízka, zrná sa predčasne uvoľnia, čo vedie k rýchlemu opotrebovaniu kotúča a ohrozeniu presnosti povrchu obrobku. Pri výbere tvrdosti je potrebné zvážiť tvrdosť brúseného materiálu a spôsob brúsenia. Napríklad pri brúsení tvrdých materiálov by sa mal použiť mäkší kotúč na uľahčenie včasnej obnovy brúsnych zŕn, zatiaľ čo tvrdší kotúč môže byť vhodný na brúsenie mäkkých materiálov.
(II) Parametre mletia
Rýchlosť brúsenia: Rýchlosť brúsenia sa vzťahuje na lineárnu rýchlosť brúsneho kotúča. V určitom rozsahu zvýšenie rýchlosti brúsenia zvyšuje počet brúsnych zŕn zúčastňujúcich sa na procese brúsenia za jednotku času a znižuje hrúbku rezu jednotlivých zŕn, čím sa znižuje drsnosť povrchu. Ak však rýchlosť prekročí kritickú hranicu, odstredivá sila môže spôsobiť odlet brúsnych zŕn na obvode kotúča a vyvolať vibrácie, ktoré v skutočnosti zvyšujú drsnosť povrchu. Okrem toho príliš vysoké rýchlosti brúsenia spôsobujú prudký nárast teploty brúsenia, čo nepriaznivo ovplyvňuje kvalitu povrchu obrobku a životnosť brúsneho kotúča. X
Rýchlosť posuvu: Rýchlosť posuvu zahŕňa pozdĺžne aj priečne rýchlosti posuvu. Nadmerný pozdĺžny posuv zvyšuje rezné zaťaženie jednotlivých brúsnych zŕn, prehlbuje stopy po brúsení a zvyšuje drsnosť povrchu. Nadmerná rýchlosť priečneho posuvu má tendenciu spôsobovať stláčacie trenie medzi brúsnym kotúčom a obrobkom, čo vedie k popáleniu a škrabancom. Preto pri zachovaní efektívnosti výroby by sa mala rýchlosť posuvu minimalizovať, aby sa zlepšila kvalita povrchu.
Hĺbka brúsenia: Hĺbka brúsenia sa vzťahuje na hrúbku materiálu odoberaného počas každého brúsenia. Nadmerná hĺbka brúsenia zvyšuje brúsne sily a teploty, čo môže ľahko viesť k zaťaženiu kotúča a deformácii obrobku, čím sa ovplyvní drsnosť povrchu. Vo všeobecnosti by sa hĺbka brúsenia počas dokončovacieho brúsenia mala udržiavať v malom rozsahu, aby sa zabezpečila kvalita povrchu.
(III) Tuhosť obrábacieho systému
Tuhosť obrábacieho stroja: Tuhosť samotnej povrchovej brúsky výrazne ovplyvňuje presnosť obrábania a kvalitu povrchu. Ak je tuhosť stroja nedostatočná, brúsne sily spôsobujú pružnú deformáciu komponentov stroja, menia relatívnu polohu medzi brúsnym kotúčom a obrobkom a ovplyvňujú drsnosť povrchu. Napríklad konštrukčný návrh a výber materiálu hlavných komponentov-ako je lôžko stroja, pracovný stôl a hlava vretena-vplývajú na celkovú tuhosť stroja.
Tuhosť upínača: Upínacie prostriedky sa používajú na zaistenie obrobku a ich tuhosť priamo ovplyvňuje stabilitu obrobku pri brúsení. Nedostatočná tuhosť upínadla môže viesť k posunutiu obrobku alebo vibráciám pri brúsnych silách, čo vedie k nerovnomernej drsnosti povrchu. Preto sa pri výbere upínadla uistite, že ponúka primeranú tuhosť a presnosť polohovania.
Spôsob upínania obrobku: Správna metóda upínania môže zvýšiť tuhosť obrábacieho systému. Techniky, ako je viacbodová podpora{1}} a rovnomerné rozloženie upínacích síl, pomáhajú minimalizovať deformáciu obrobku počas brúsenia, čím prispievajú k zníženiu drsnosti povrchu. (IV) Podmienky chladenia a mazania
Typ chladiacej kvapaliny: Bežne používané chladiace kvapaliny zahŕňajú emulzie, syntetické kvapaliny a ionizovanú vodu. Emulzie ponúkajú dobré chladiace, mazacie a čistiace vlastnosti; účinne znižujú teplotu brúsenia, znižujú zaťaženie brúsneho kotúča a zlepšujú kvalitu povrchu. Syntetické kvapaliny poskytujú vynikajúcu ochranu proti hrdzi a sú šetrné k životnému prostrediu, vďaka čomu sú vhodné pre aplikácie s prísnymi požiadavkami na kvalitu vody. Ionizovaná voda ponúka vynikajúci chladiaci výkon, ale je vysoko korozívna pre zariadenia a vyžaduje ochranné opatrenia počas používania.
Prietok a tlak chladiacej kvapaliny: Primeraný prietok a vhodný tlak zaisťujú včasné odvádzanie tepla a triesok vznikajúcich pri brúsení, udržiavajú ostrosť brúsneho kotúča a znižujú drsnosť povrchu. Nedostatočný prietok alebo tlak bráni chladiacej kvapaline účinne vykonávať svoje chladiace a mazacie funkcie, čo vedie k vyšším teplotám brúsenia a zhoršenej kvalite povrchu.
Metódy na zlepšenie drsnosti povrchu prostredníctvom nastavenia parametrov
(I) Výber a orovnávanie brúsneho kotúča
Správny výber brúsneho kotúča: Vyberte si vhodný brúsny kotúč komplexným zvážením faktorov, ako je typ materiálu a tvrdosť obrobku, požiadavky na spracovanie a existujúce možnosti obrábacieho stroja. Medzi kľúčové faktory patrí typ brusiva, veľkosť zrna, typ spojiva a tvrdosť kotúča. Napríklad pri dokončovacom-brúsení dielov z legovanej ocele s vysokou{3}}tvrdosťou si môžete vybrať kotúč vyrobený z bieleho taveného oxidu hlinitého s jemnou zrnitosťou (F12–F16), skleným spojivom a strednou tvrdosťou (H–L).
Pravidelne upravujte brúsny kotúč: Počas používania sa brúsne zrná na brúsnom kotúči postupne opotrebovávajú a otupujú a povrch sa stáva nerovným, čo vedie k zvýšenej drsnosti povrchu. Brúsny kotúč preto vyžaduje pravidelné orovnávanie, aby sa obnovila jeho ostrosť a rovinnosť. Primárne metódy úpravy zahŕňajú sústruženie, valcovanie a brúsenie. Spomedzi nich metóda sústruženia zahŕňa použitie diamantového orovnávača na rezanie pozdĺž osi brúsneho kotúča, čím sa dosiahne nízka drsnosť povrchu; metóda valcovania využíva rotačný valec na stláčanie a orovnávanie povrchu kolesa, vďaka čomu je vhodná na orovnávanie-veľkých plôch; a metóda brúsenia využíva špeciálne orovnávacie kotúče na brúsenie pracovného kotúča, čím sa dosahuje vysoká presnosť orovnávania.
(II) Optimalizujte parametre brúsenia
Zvýšte rýchlosť brúsenia: Primerane zvýšte rýchlosť brúsenia v rámci limitov povolených obrábacím strojom. Vo všeobecnosti sa používa prístup postupného zvyšovania rýchlosti: začnite s nižšou rýchlosťou pri hrubom brúsení, aby ste odstránili väčšinu materiálu, a potom postupne zvyšujte rýchlosť pri polo-dokončovaní a dokončovaní. Napríklad pri brúsení rezných hrán vysokorýchlostných oceľových nástrojov na povrchovej brúske bola počiatočná rýchlosť hrubého brúsenia nastavená na 30 m/s, zvýšená na 45 m/s pre polo{6}}brúsenie a zvýšená na 60 m/s pre dokončovacie brúsenie; to nakoniec znížilo drsnosť povrchu (Ra) z počiatočných 3,2 μm na 0,8 μm.
Znížte rýchlosť posuvu: Rozumne znížte pozdĺžne a priečne rýchlosti posuvu na základe materiálu obrobku a prídavku na obrábanie. Počas fázy dokončovacieho brúsenia možno rýchlosť posuvu udržiavať na veľmi nízkej úrovni, alebo je možné na ďalšie zjemnenie povrchu použiť viacero prechodov-iskrového brúsenia (brúsenie bez dodatočného posuvu). Napríklad pri brúsení dosky z hliníkovej zliatiny bola rýchlosť pozdĺžneho posuvu 0,05 mm/ot. počas hrubého brúsenia a bola znížená na 0,02 mm/ot. to znížilo drsnosť povrchu (Ra) z 1,6 μm na 0,4 μm.
Kontrola hĺbky brúsenia: Hĺbka brúsenia počas dokončovacieho brúsenia by nemala byť nadmerná; zvyčajne sa nastavuje medzi 0,01 a{1}}v rozsahu 0,03 mm. Pre obrobky s veľkým prídavkom na obrábanie je možné najskôr vykonať hrubé brúsenie-s ponechaním špecifickej rezervy pre dokončovacie brúsenie-, po ktorom nasleduje dokončovacie brúsenie. Tento prístup pomáha predchádzať problémom s kvalitou povrchu spôsobených nadmernou hĺbkou brúsenia.
(III) Zvýšenie tuhosti systému obrábania
Údržba zariadenia obrábacieho stroja: Pravidelne kontrolujte a udržiavajte povrchovú brúsku; okamžite identifikujte a opravte problémy, ako je opotrebovanie alebo uvoľnenie komponentov, aby ste zabezpečili, že si stroj zachová dobrú tuhosť. Príklady zahŕňajú kontrolu priamosti a rovnobežnosti vodiacich dráh lôžka, nastavenie vôle pre pracovný stôl a vreteník vretena a výmenu silne opotrebovaných guľôčkových skrutiek.
Zlepšite dizajn upínača: Navrhnite a vyrobte špecializované upínače s dostatočnou tuhosťou na zaistenie stability obrobku počas brúsenia. V závislosti od tvaru a veľkosti obrobku je možné použiť integrálne alebo modulárne prípravky na zväčšenie kontaktnej plochy medzi prípravkom a obrobkom, čím sa rozložia upínacie sily. Napríklad pri brúsení série malých komponentov hriadeľa bol navrhnutý špecializovaný prípravok s V-blokmi a upínacími doskami; toto účinne zvýšilo tuhosť upnutia a znížilo priemernú drsnosť povrchu (Ra) o 0,5 μm.
Optimalizujte stratégie upínania: Použite vhodné postupnosti a metódy upínania, aby ste zabránili deformácii obrobku spôsobenej nesprávnym upnutím. Pre veľké, tenkostenné-obrobky možno na zvýšenie pevnosti použiť výplne alebo pomocné podpery. Napríklad pri brúsení spodného povrchu veľkého krytu z hliníkovej zliatiny boli do krytu vložené dočasné podporné bloky, aby sa zabránilo deformácii počas procesu, čím sa zabezpečila rovinnosť a drsnosť povrchu spodnej plochy.
(IV) Zlepšenie podmienok chladenia a mazania
Výber vhodnej chladiacej kvapaliny: Vyberte si vhodnú chladiacu kvapalinu na základe brúseného materiálu a špecifických požiadaviek na spracovanie. V prípade štandardných dielov z uhlíkovej ocele sú chladivá na báze emulzie-cenovo{2}}efektívne a zároveň vysoko efektívne; pre ťažko{3}}obrobiteľné-materiály, ako je nehrdzavejúca oceľ, je možné zvoliť syntetické kvapaliny obsahujúce aditíva pre extrémne vysoké tlaky (EP), aby sa zlepšil výkon chladenia a mazania.
Úprava prietoku a tlaku chladiacej kvapaliny: Nastavte prietok a tlak chladiacej kvapaliny na základe skutočných podmienok brúsenia. Vo všeobecnosti vyššie prietoky a tlaky poskytujú lepšie chladiace a mazacie účinky; treba však dávať pozor, aby chladiaca kvapalina nestriekala na obsluhu. Na presné nasmerovanie chladiacej kvapaliny smerom k zóne brúsenia je možné nainštalovať trysky a usmerňovače. Napríklad počas brúsenia dielu zo zliatiny titánu zvýšenie prietoku chladiacej kvapaliny z 8 l/min na 12 l/min a tlaku z 0,5 MPa na 0,8 MPa účinne znížilo teplotu brúsenia, čo viedlo k zníženiu drsnosti povrchu (Ra) z 2,5 μm na 1,2 μm.
Prípadová štúdia
Obrábacie zariadenie prijalo objednávku na výrobu hláv valcov motorov, ktoré si vyžadovali vysokú rovinnosť a nízku drsnosť povrchu (Ra menšie alebo rovné 0,8 μm). Závod na tento proces používal povrchovú brúsku M7130. Počiatočné skúšobné brúsenie s použitím štandardných parametrov nesplnilo požiadavky na drsnosť povrchu a viedlo k viditeľným chveniam. Po analýze a úprave boli zavedené nasledujúce opatrenia
Výmena brúsneho kotúča: Pôvodný kotúč-vyrobený z hnedého taveného oxidu hlinitého so zrnitosťou F46, vitrifikovaným spojivom a tvrdosťou K-triedy K{3}}bol nahradený kotúčom vyrobeným z bieleho taveného oxidu hlinitého so zrnitosťou F20, živicovým spojivom a tvrdosťou J{5}}. Nový kotúč má jemnejšie brúsne zrná a spojivo s určitou elasticitou, čo pomáha znižovať drsnosť povrchu.
Nastavenie parametrov brúsenia: Rýchlosť brúsenia sa zvýšila z 25 m/s na 35 m/s, rýchlosť pozdĺžneho posuvu sa znížila z 0,08 mm/ot na 0,03 mm/ot a hĺbka brúsenia sa regulovala s presnosťou 0,02 mm. Zvýšením rýchlosti brúsenia a znížením rýchlosti posuvu sa znížilo rezné zaťaženie jednotlivých brúsnych zŕn, čo viedlo k hladšiemu povrchu.
Zvýšená tuhosť obrábacieho systému: Obrábací stroj prešiel komplexnou kontrolou a údržbou; upravili sa vôle v pracovnom stole a hlave vretena a vymenili sa opotrebované guľôčkové skrutky. Okrem toho bol navrhnutý špeciálny prípravok na zvýšenie tuhosti upnutia obrobku.
Optimalizované podmienky chladenia a mazania: Štandardná emulzia bola nahradená syntetickou kvapalinou obsahujúcou extrémne-tlakové prísady; prietok chladiva sa zvýšil z 10 l/min na 15 l/min a tlak sa zvýšil z 0,4 MPa na 0,6 MPa.
