Kako izboljšati hrapavost površine

Kako izboljšati površinsko hrapavost pri površinskem brušenju s prilagajanjem parametrov

Na področju sodobne strojne proizvodnje je površinsko brušenje visoko{0}}natančen obdelovalni postopek, ki se pogosto uporablja za končno obdelavo različnih komponent, kot so vodila obdelovalnih strojev, votline za kalupe in tesnilne površine. Površinska hrapavost, ključni indikator mikroskopske površinske topografije komponente, neposredno vpliva na značilnosti delovanja-vključno z odpornostjo proti obrabi, trdnostjo proti utrujenosti, odpornostjo proti koroziji, celovitostjo tesnjenja in estetsko kakovostjo. Doseganje manjše površinske hrapavosti ne le podaljša življenjsko dobo komponent in poveča zanesljivost izdelka, temveč izpolnjuje tudi stroge zahteve glede kakovosti površine v specializiranih industrijah. Vendar pa je v dejanski proizvodnji doseganje želene površinske hrapavosti zahtevno zaradi vpliva številnih dejavnikov. Ta članek raziskuje, kako učinkovito zmanjšati površinsko hrapavost in izboljšati kakovost izdelka med postopkom površinskega brušenja z optimizacijo obdelovalnih parametrov.

(I) Značilnosti brusa

Vrsta abraziva: Različne vrste abrazivov imajo različne stopnje trdote, žilavosti in sposobnosti samo{0}}ostrenja. Pogosti primeri vključujejo rjavo taljeno aluminijev oksid (A), belo taljeno aluminijev oksid (WA), s kromom-dopirano taljeno aluminijev oksid (PA) in zeleni silicijev karbid (GC). Rjavi taljeni aluminijev oksid je primeren za brušenje splošnih jekel in ponuja dobro razmerje med zmogljivostjo in ceno; beli taljeni aluminijev oksid ima večjo čistost in je idealen za brušenje trših materialov, kot je kaljeno jeklo, kar zagotavlja vrhunsko kakovost površine; s kromom-dopiran taljeni aluminijev oksid združuje žilavost z odpornostjo proti obrabi in se pogosto uporablja za materiale, kot je hitro-rezno jeklo; zeleni abrazivi iz silicijevega karbida so ostri in odporni na obremenitev (zamašitev), učinkovito zmanjšujejo hrapavost površine, čeprav so dražji.

Velikost zrn: Velikost zrn določa ostrino površine brusa in prostor za odrezke. Na splošno pomeni manjša velikost zrn manjše abrazivne delce na površini kolesa, kar povzroči manjšo hrapavost površine brušenega obdelovanca. Vendar pa lahko preveč drobna zrnatost povzroči, da je kolo nagnjeno k obremenitvi, kar lahko dejansko poslabša površinsko hrapavost. Na primer, grobo{3}}zrnate plošče (npr. F46) so primerne za grobo brušenje, da se odstranijo velike količine materiala, medtem ko končno brušenje zahteva fino-zrnate plošče (npr. F12 - F20).

Vrsta vezi: običajne vrste vezi vključujejo vitrificirane (keramične) vezi (V), smolne vezi (B) in gumijaste vezi (R). Vitrificirane brusilne plošče nudijo dobro kemično stabilnost in visoko toplotno odpornost, zaradi česar so primerne za široko paleto aplikacij brušenja. Rezinoidna vezivna kolesa imajo določeno stopnjo elastičnosti, ki blaži sile brušenja in zmanjšuje vibracije, kar pomaga doseči nižjo hrapavost površine; še posebej pogosto se uporabljajo pri natančnem brušenju. Gumirana kolesa imajo visoko poroznost in odlično čiščenje odrezkov, zaradi česar so primerna za postopke, kot sta rezanje in rezanje.

Izbira trdote: Trdota brusa se nanaša na odpornost brusa na izstopanje abrazivnih zrn. Če je trdota previsoka, se zrna ne premaknejo zlahka, kar povzroči hitro otopelost kolesa in povečano hrapavost površine. Nasprotno, če je trdota prenizka, se zrna prezgodaj premaknejo, kar povzroči hitro obrabo koluta in ogrozi natančnost površine obdelovanca. Pri izbiri trdote je treba upoštevati tako trdoto materiala, ki ga brusimo, kot način brušenja. Na primer, pri brušenju trdih materialov je treba uporabiti mehkejše kolo, da se olajša pravočasno obnavljanje abrazivnih zrn, medtem ko je trše kolo morda primerno za brušenje mehkih materialov.

(II) Parametri mletja

Hitrost brušenja: Hitrost brušenja se nanaša na linearno hitrost brusa. Znotraj določenega območja povečanje hitrosti brušenja poveča število abrazivnih zrn, ki sodelujejo v procesu brušenja na enoto časa in zmanjša debelino rezanja posameznih zrn, s čimer se zmanjša hrapavost površine. Če pa hitrost preseže kritični prag, lahko centrifugalna sila povzroči, da abrazivna zrna na obodu kolesa odletijo in povzročijo tresenje, kar dejansko poveča hrapavost površine. Poleg tega previsoke hitrosti brušenja povzročijo močan dvig temperature brušenja, kar negativno vpliva tako na kakovost površine obdelovanca kot na življenjsko dobo brusa. X
Podajalna hitrost: podajalna hitrost zajema vzdolžne in prečne podajalne hitrosti. Prevelik vzdolžni pomik poveča rezalno obremenitev posameznih abrazivnih zrn, poglobi sledi brušenja in poveča hrapavost površine. Prevelika prečna hitrost pomika lahko povzroči stiskalno trenje med brusilno ploščo in obdelovancem, kar vodi do opeklin in prask. Zato je treba ob ohranjanju proizvodne učinkovitosti hitrost podajanja čim bolj zmanjšati, da se izboljša kakovost površine.

Globina brušenja: Globina brušenja se nanaša na debelino materiala, odstranjenega med vsakim prehodom brušenja. Prevelika globina brušenja poveča brusilne sile in temperature, kar lahko zlahka povzroči obremenitev kolesa in deformacijo obdelovanca, kar vpliva na hrapavost površine. Na splošno mora biti globina brušenja med končnim brušenjem v majhnem območju, da se zagotovi kakovost površine.

(III) Togost obdelovalnega sistema

Togost obdelovalnega stroja: sama togost površinskega brusilnika bistveno vpliva na natančnost obdelave in kakovost površine. Če je togost stroja nezadostna, brusilne sile povzročijo elastične deformacije v komponentah stroja, spremenijo relativni položaj med brusilno ploščo in obdelovancem ter vplivajo na hrapavost površine. Na primer, strukturna zasnova in izbira materiala glavnih komponent-kot so postelja stroja, delovna miza in glava vretena-vplivajo na splošno togost stroja.

Togost vpenjal: vpenjala se uporabljajo za pritrditev obdelovanca, njihova togost pa neposredno vpliva na stabilnost obdelovanca med brušenjem. Nezadostna togost vpenjala lahko povzroči premik obdelovanca ali tresenje pod silami brušenja, kar povzroči neenakomerno hrapavost površine. Zato se pri izbiri vpenjala prepričajte, da nudi ustrezno togost in natančnost pozicioniranja.

Metoda vpenjanja obdelovanca: pravilna metoda vpenjanja lahko poveča togost obdelovalnega sistema. Tehnike, kot sta več-točkovna podpora in enakomerna porazdelitev vpenjalnih sil, pomagajo zmanjšati deformacijo obdelovanca med brušenjem in tako prispevajo k zmanjšani hrapavosti površine. (IV) Pogoji hlajenja in mazanja

Vrsta hladilne tekočine: Običajno uporabljena hladilna tekočina vključuje emulzije, sintetične tekočine in ionizirano vodo. Emulzije nudijo dobre hladilne, mazalne in čistilne lastnosti; učinkovito znižujejo temperature brušenja, zmanjšujejo obremenitev brusa in izboljšujejo kakovost površine. Sintetične tekočine zagotavljajo vrhunsko zaščito pred rjo in prijaznost do okolja, zaradi česar so primerne za aplikacije s strogimi zahtevami glede kakovosti vode. Ionizirana voda nudi odlično hladilno zmogljivost, vendar je zelo jedka za opremo, zato so med uporabo potrebni zaščitni ukrepi.

Hitrost pretoka in tlak hladilne tekočine: ustrezen pretok in ustrezen tlak zagotavljata pravočasno odvajanje toplote in ostružkov, ki nastanejo med brušenjem, ohranjajo ostrino brusa in zmanjšujejo hrapavost površine. Nezadosten pretok ali tlak preprečuje, da bi hladilno sredstvo učinkovito opravljalo svojo funkcijo hlajenja in mazanja, kar vodi do višjih temperatur brušenja in poslabšane kakovosti površine.

(I) Izbira in obdelava brusa

Pravilna izbira brusa: izberite ustrezno bruso tako, da celovito upoštevate dejavnike, kot so vrsta materiala in trdota obdelovanca, zahteve glede obdelave in obstoječe zmogljivosti strojnega orodja. Ključni dejavniki vključujejo vrsto abraziva, velikost zrna, vrsto spoja in trdoto koluta. Na primer pri končnem-brušenju-delov iz legiranega jekla z visoko trdoto lahko izberete kolut iz belega taljenega aluminijevega oksida s fino zrnatostjo (F12–F16), vitrificirano vezjo in srednjo trdoto (H–L).

Brusilno ploščo redno čistite: med uporabo se abrazivna zrna na brusni plošči postopoma obrabijo in postanejo topla, površina pa postane neravna, kar povzroči povečano hrapavost površine. Zato je treba brusno ploščo občasno popraviti, da se ji povrne ostrina in ravnost. Primarne metode obdelave vključujejo struženje, valjanje in brušenje. Med temi metoda struženja vključuje uporabo diamantnega rezalnika za rezanje vzdolž osi brusa, kar daje nizko hrapavost površine; metoda valjanja uporablja vrtljivi valj za stiskanje in obdelavo površine kolesa, zaradi česar je primerna za obdelavo velikih-površin; in metoda brušenja uporablja specializirano brusilno kolo za brušenje delovnega kolesa, s čimer se doseže visoka natančnost brušenja.

(II) Optimizirajte parametre mletja

Povečajte hitrost brušenja: Ustrezno povečajte hitrost brušenja v mejah, ki jih dovoljuje obdelovalni stroj. Na splošno je sprejet pristop postopnega povečevanja hitrosti: začnite z nižjo hitrostjo za grobo brušenje, da odstranite večji del surovine, nato postopoma povečajte hitrost za pol-končno in končno brušenje. Na primer, pri brušenju rezalnih robov orodij iz hitroreznega jekla na površinskem brusilniku je bila začetna hitrost grobega brušenja nastavljena na 30 m/s, povečana na 45 m/s za pol-končno brušenje in povišana na 60 m/s za končno brušenje; to je na koncu zmanjšalo površinsko hrapavost (Ra) z začetnih 3,2 μm na 0,8 μm.

Zmanjšajte pomik: Razumno zmanjšajte vzdolžne in prečne pomike na podlagi materiala obdelovanca in dodatka za obdelavo. Med fazo končnega brušenja je lahko hitrost pomika zelo nizka ali pa se lahko uporabi več prehodov brušenja brez iskre (brušenje brez dodatnega podajanja) za nadaljnje izboljšanje končne obdelave površine. Na primer, pri brušenju plošče iz aluminijeve zlitine je bila vzdolžna hitrost podajanja 0,05 mm/vrt med grobim brušenjem in je bila zmanjšana na 0,02 mm/vrt pri končnem brušenju, čemur sta sledila dva prehoda z iskro; to je znižalo površinsko hrapavost (Ra) z 1,6 μm na 0,4 μm.

Kontrolirajte globino brušenja: globina brušenja med končnim brušenjem ne sme biti pretirana; običajno je nastavljen med 0,01 in... ...v območju 0,03 mm. Pri obdelovancih z velikim dodatkom za obdelavo je mogoče najprej izvesti grobo brušenje-in pustiti določen rob za končno brušenje-, čemur sledi postopek končnega brušenja. Ta pristop pomaga preprečiti težave s kakovostjo površine, ki jih povzroča prevelika globina brušenja.

(III) Izboljšanje togosti obdelovalnega sistema

Vzdržujte opremo strojnega orodja: redno pregledujte in vzdržujte površinski brusilnik; nemudoma prepoznajte in popravite težave, kot je obraba komponent ali ohlapnost, da zagotovite, da stroj ohranja dobro togost. Primeri vključujejo preverjanje ravnosti in vzporednosti vodil postelje, prilagoditev razmikov za delovno mizo in glavo vretena ter zamenjavo močno obrabljenih krogličnih vijakov.

Izboljšajte zasnovo vpenjala: Načrtujte in izdelajte specializirana vpenjala z zadostno togostjo, da zagotovite stabilnost obdelovanca med brušenjem. Odvisno od oblike in velikosti obdelovanca se lahko uporabijo integralna ali modularna vpenjala za povečanje kontaktne površine med vpenjalom in obdelovancem, s čimer se porazdelijo vpenjalne sile. Na primer, pri mletju serije majhnih komponent gredi je bilo zasnovano specializirano vpenjalo z V-bloki in vpenjalnimi ploščami; to je učinkovito povečalo togost vpenjanja in zmanjšalo povprečno površinsko hrapavost (Ra) za 0,5 μm.

Optimizirajte strategije vpenjanja: uporabite ustrezna zaporedja in metode vpenjanja, da preprečite deformacijo obdelovanca zaradi nepravilnega vpenjanja. Za velike obdelovance s tankimi-stenami je mogoče uporabiti polnila ali pomožne nosilce za izboljšanje togosti. Na primer, pri brušenju spodnje površine velikega ohišja iz aluminijeve zlitine so bili v ohišje vstavljeni začasni podporni bloki, da se prepreči deformacija med postopkom, s čimer se zagotovi ravnost in površinska hrapavost spodnje površine.

(IV) Izboljšanje pogojev hlajenja in mazanja

Izberite primerno hladilno tekočino: izberite ustrezno hladilno tekočino na podlagi materiala, ki ga meljete, in posebnih zahtev glede obdelave. Za standardne dele iz ogljikovega jekla so hladilna sredstva-na osnovi emulzije stroškovno-učinkovita in zelo učinkovita; za-materiale,-ki jih je težko obdelovati, kot je nerjavno jeklo, je mogoče izbrati sintetične tekočine, ki vsebujejo-aditive za ekstremni{5}}tlak (EP), da izboljšajo učinkovitost hlajenja in mazanja.

Prilagoditev pretoka in tlaka hladilne tekočine: Prilagodite pretok in tlak hladilne tekočine glede na dejanske pogoje brušenja. Na splošno višji pretoki in pritiski zagotavljajo boljše učinke hlajenja in mazanja; vendar je treba paziti, da preprečite brizganje hladilne tekočine po upravljavcu. Za natančno usmerjanje hladilne tekočine proti območju brušenja je mogoče namestiti šobe in lopute. Na primer, med brušenjem dela iz titanove zlitine je povečanje pretoka hladilne tekočine z 8 L/min na 12 L/min in tlaka z 0,5 MPa na 0,8 MPa učinkovito znižalo temperaturo brušenja, kar je povzročilo zmanjšanje površinske hrapavosti (Ra) z 2,5 μm na 1,2 μm.

Obrat za strojno obdelavo je prevzel naročilo za izdelavo glav cilindrov motorjev, pri čemer so zahtevale, da imajo spojne površine visoko ravnost in nizko površinsko hrapavost (Ra manj kot ali enako 0,8 μm). Obrat je za postopek uporabil površinski brusilnik M7130. Začetno poskusno brušenje s standardnimi parametri ni izpolnilo zahtev glede površinske hrapavosti in je povzročilo vidne sledi šklepetanja. Po analizi in prilagoditvi so bili izvedeni naslednji ukrepi

Zamenjava brusa: prvotno kolo-iz rjavega staljenega aluminijevega oksida z zrnatostjo F46, vitrificirano vezjo in trdoto stopnje K--je bilo zamenjano s kolutom iz belega staljenega aluminijevega oksida z zrnatostjo F20, smolno vezjo in trdoto stopnje J-. Novo kolo ima finejša abrazivna zrna in vez z nekaj elastičnosti, ki pomaga zmanjšati hrapavost površine.

Prilagoditev parametrov brušenja: Hitrost brušenja je bila povečana s 25 m/s na 35 m/s, vzdolžna podajalna hitrost je bila zmanjšana z 0,08 mm/obr. na 0,03 mm/obr., globina brušenja pa je bila nadzorovana na 0,02 mm. Povečanje hitrosti brušenja in zmanjšanje pomika je zmanjšalo rezalno obremenitev posameznih abrazivnih zrn, kar je povzročilo bolj gladko površino.

Izboljšana togost obdelovalnega sistema: strojno orodje je bilo podvrženo celovitemu pregledu in vzdrževanju; nastavljene so bile zračnosti v delovni mizi in glavi vretena ter zamenjana obrabljena kroglična vretena. Poleg tega je bilo zasnovano posebno vpenjalo za povečanje togosti vpenjanja obdelovanca.

Optimizirani pogoji hlajenja in mazanja: standardna emulzija je bila nadomeščena s sintetično tekočino, ki vsebuje dodatke-za ekstremni tlak; pretok hladilne tekočine je bil povečan z 10 L/min na 15 L/min, tlak pa z 0,4 MPa na 0,6 MPa.