Содержание

1. Введение 3

2. Абразивная обработка 4

2.1. Основы абразивной  обработки 6

2.1.1. Гибкие инструменты 7

2.1.2. Жесткие инструменты 8

3. Полирование на  абразивную обработку 9

3.1. Сущность полирования 10

3.2. Требования к поверхности 11

3.3. Основные методы  механического полирования 12

4. Шлифование на  абразивный инструмент 13

5. Струйная, экструзионная  и турбоабразивная  обработки 16

5.1. Струйная очистка  поверхностей с  применением абразивов 16

5.1.1. Струйная очистка  стали 17

5.1.2. Профиль поверхности 18

5.2. Экструзионно-абразивная  обработка 20

5.3. Турбоабразивная  обработка. 21

6. Виброабразивная  обработка 24

7. Заключение 26

8. Список литературы 27 

1. Введение

  Тема  моей курсовой работы «Абразивная обработка  металлов».

  В настоящее время абразивный инструмент применяется в любой области, связанной с обработкой металла.

  С появлением точного литья, снижением  припусков на обработку, в общем  объеме механических операции непрерывно растет удельный вес абразивной обработки. Она применяется как на обдирочных операциях (для обработки литья), так и для получения высоких  классов чистоты поверхности.

  Возросшая потребность в абразивных инструментах повлекла за собой значительное расширение абразивной промышленности, строительство  новых и реконструкцию действующих  абразивных заводов, которые оснащались главным образом за счет использования  оборудования, применяемого в родственных  отраслях промышленности.

  Поворотным  пунктом в создании специализированного  оборудования для абразивной промышленности явились постановления правительства  в 1960 и 1961 гг., в результате которых  на абразивные заводы начало поступать  новое высокопроизводительное оборудование.

   Исходя из выше сказанного, целью моей работы является подробное описание процессов обработки металлов, связанных с абразивами. Основная задача – проследить за всеми процессами и выявить их перспективы развития и физические основы. 

2. Абразивная обработка

     Абразивная  и алмазная обработка завоевывает  все новые позиции в различных  отраслях промышленности и уже не является лишь способом получения необходимого класса чистоты поверхности деталей, а становится одним из наиболее производительных методов обработки разнообразных  металлов, успешно заменяя операции, выполняемые на металлорежущих станках. Это обусловливается все возрастающими  требованиями к чистоте, точности и  взаимозаменяемости деталей, а также  расширением области при-менения высокопрочных и трудно обрабатываемых металлов, спла-вов и материалов. Широкое применение новых методов формообразования (литья под давлением, литья в выплавляемые модели, штамповки, выдавливания, формообразования взрывом и др.) позволяет приблизить размеры заготовок к размерам готовых изделий. При этом заготовки, минуя операции точения, строгания или фрезерования, поступают непосредственно на абразивную обработку.

     Абразивная  обработка в ряде случаев применяется  как, единственно возможный метод  обработки, например тонкое шлифование и полирование листовой стали, в  том числе нержавеющей, шлифование, полирование и разрезка тонкостенных труб из нержавеющей стали, зачистка сварных швов, получение деталей  с шероховатостью поверхности до 0,020-0,008, абразивная пневмо и гидрообработка миниатюрных деталей свободным зерном, обработка неко-торых криволинейных поверхностей и т. п.

     Прогресс  технологии шлифования позволяет решать проблему создания автоматических линий, на которых вся обработка заготовок  до требуемой геометрической точности и шероховатости поверхности  производится абразивными и алмазными  инструментами. Громадное значение при обработке твердых сплавов  и разнообразных износостойких  материалов, а также дерева, пластмасс, стекла, камня и других материалов имеют алмазные инструменты в  сочетании с абразивными.

Применение  абразивных и алмазных инструментов позволяет механизировать процессы обработки, во много раз увеличить  производительность и облегчить  труд рабочих. Парк станков, оснащенных абразивными и алмазными инструментами, составляет в настоящее время  около 20 % общего станочного парка. В  подшипниковой и в ряде других отраслей промышленности удельный вес  станков для абразивной обработки  достигает 60% и более. 

2.1. Основы абразивной  обработки

     Абразивы  – это твердые мелкие частицы, используемые в свободном или  связанном виде для механической обработки изделий. Принцип их действия заключается в удалении материала  обрабатываемой поверхности острыми  выступами абразива. При этом от абразивных частиц, имеющих, как правило, кристаллическую структуру, откалываются микроскопические крупицы, образуя  новые рабочие кромки. Основные характеристики абразивных материалов – микротвердость, механическая прочность, хрупкость и размер зерна.

     Материалом  для изготовления абразивов могут  быть как продукты природного происхождения, так и искусственно созданные. Искусственные применяются шире, отчасти из-за химического состава и физико-механических свойств. Из большого списка искусственных абразивов широкое распространение получили синтетический алмаз, карбиды бора и кремния, кубический нитрид бора (торговая марка – эльбор), электрокорундовые материалы.

     Особое  значение имеют сверхтвердые абразивные материалы, к которым относятся  алмаз и кубический нитрид бора. Инструменты из алмаза эффективны при  обработке хрупких и высокотвердых  материалов, при чистовом шлифовании, заточке и доводке твердосплавных режущих инструментов, хонинговании. Однако для алмазного инструмента  есть ограничение: при обработке  сталей происходит диффузионный износ  шлифовального зерна, так как  углерод из алмаза отбирается сталью. Поэтому стали обрабатываются инертным для них эльбором. В свою очередь, эльбор вступает в химическую реакцию с твердыми сплавами, – здесь необходимы алмазные абразивы.

     Абразивные  инструменты принято делить на три  вида: гибкие, жесткие и инструменты  в виде свободных абразивов и  паст.

     Свободный (несвязанный) абразив и пасты  вызывают меньше всего вопросов. Если вы в походе вышли к водоему, чтобы  почистить песком закопченный котелок  – вы воспользовались свободным  абразивом. Пастами называются смеси  абразивных материалов с неабразивными  различной густоты, от твердых брикетов до абсолютно жидких. В качестве связки в пастах используются жиры и масла, главным образом, олеин, стеарин и вазелин. Характеристики паст следующие: используемый абразивный материал, зернистость, рецептура неабразивных материалов, концентрация, консистенция. И пасты, и свободный абразив используются для операций доводки.

2.1.1. Гибкие инструменты

     К ним относятся шлифовальные шкурки, ленты, лепестковые круги, сетчатые и фибровые диски, щетки из абразивонаполненных волокон.

     Шлифовальная  шкурка (или наждачная бумага), представляет собой измельченный абразивный материал, нанесенный на основу из бумаги, ткани  или синтетического материала. В  зависимости от клеящего элемента, они могут быть водостойкими или  нет. Из шкурки можно вырезать ленты  различной длины и ширины. При  склейке концов получается «бесконечная лента». Также из шкурки вырезаются лепестковые круги, хорошо обрабатывающие детали со сложным профилем.

     Сетчатые  диски получаются путем нанесения  абразивного материала на сетчатую основу и используются для полирования  и зачистки поверхностей. Жесткие  сетчатые диски, изготовленные на основе стекловолокна и лавсана, пригодны для разрезки небольших деталей  из дорогостоящих материалов. Если бы герои «Золотого теленка» использовали этот инструмент для распиливания «золотых»  гирь, они бы и устали поменьше, и  безобразной драки на берегу могло  бы не случиться.

     Если  нанести абразивный материал на фибровую основу (целлюлоза, пропитанная хлористым  цинком), то получится фибровый диск для зачистки и полирования. Для подготовки поверхности к нанесению грунта и краски, например, для кузовных работ, такой диск незаменим.

     И, наконец, существуют щетки различной  формы с металлической или  синтетической «щетиной». Щетки  применяются для удаления заусенцев, очистки поверхности от окалины, ржавчины, лака и краски, обработки  сварных швов, а также для отделки  поверхности: матирование, сатинирование, шлифование. Рабочий материал щеток  варьируется от стальной и латунной проволоки до пластмассы с карбидом кремния. По структуре проволока  может быть плетеной, не плетеной и  гофрированной.

2.1.2. Жесткие инструменты

     Инструменты фиксированной формы – это  круги всех типов, кольца, сегменты, шлифовальные головки, бруски. Помимо абразивного материала определенной зернистости в состав этого вида инструмента входят органическая или  керамическая связка и упрочняющие  элементы.

     Инструменты на основе органической связки имеют  тепловые ограничения, что требует  осторожного использования охлаждающих  жидкостей, и подвержены воздействию  щелочей. Но эластичность органики делает незаменимым такой инструмент для  операций по снятию больших припусков, например, при обдирке.

     Плюсы керамической связки – высокая огнеупорность, химическая и водостойкость. К их недостаткам относится хрупкость  и, как следствие, непригодность  для работ с высокой ударной  нагрузкой. При этом керамическая связка хорошо «держит» форму, что важно  при высокоточном шлифовании, имеет  высокую износостойкость и выдерживает  высокие температуры.

     К жестким абразивным инструментам относятся  также и многочисленные напильники, рашпили и надфили.

3. Полирование на абразивную обработку

     Полирование – это процесс обработки материалов до получения зеркального блеска поверхности. Полированная поверхность имеет глубину неровностей меньше длинны волны видимого света.

     Полирование является окончательным шагом при  изготовлении любого изделия из металла, камня, иногда из стекла. Сверкающие и  фантастически гладкие поверхности, получаются в результате контакта с  вращающимся мягким материалом, таким, как войлок, кожа, ткань или дерево, заправляемым полирующим составом. Вопрос, почему при таких условиях происходит полирование, до сих пор озадачивает  исследователей и не имеет удовлетворяющего ответа.

     В течение длительного времени  полагали, что механическое полирование  и шлифование ввиду внешнего сходства этих процессов не отличаются друг от друга. Особенностью полирования  считали лишь то, что оно осуществляется более тонкими абразивами, оставляющими более мелкие риски, не видимые глазом. Однако изучение механизма полирования  различных материалов показало, что  этот процесс имеет мало общего с  процессом шлифования.

     Противники  абразивной теории утверждают, что  при полировании тонкий наружный слой материала плавится и размазывается  по поверхности, как масло под  горячим ножом. Так это или  иначе, но поверхность полируется – чего отрицать нельзя, правда, только в том случае, если предварительно она была соответствующим образом подготовлена. Без достаточной подготовки поверхности все усилия, прилагаемые при полировании, окажутся почти напрасными.

     Различные объяснения механизма процесса полирования  можно свести к следующим трем направлениям:

     1) механическое полирование – когда механизм процесса объясняется съемом микронеровностей с поверхностного слоя, а ход процесса – такими механическими свойствами материала, как твердость и пластичность;

     2) физическое полирование – когда основными причинами, определяющими процесс полирования, считают температуру плавления и теплопроводность полируемого материала;

     3) химическое полирование – когда процесс полирования объясняется в основном съемом оксидных пленок, постоянно образующихся под действием окружающей среды. Основываясь на практических наблюдениях, можно заключить, что процесс полирования представляет собой комплекс механических, физических, электрических и химических явлений, которые тесно связаны и взаимосвязаны, и раздельно изменяются в большую или меньшую сторону в зависимости от рода полируемого материала, полировального инструмента, режимов обработки и внешней среды.

3.1. Сущность полирования

     Задачей процесса полирования является устранение следов предшествующей обработки и  различных поверхностных неровностей (штрихов, царапин, неглубоких раковин  и других дефектов) с целью получения  гладкой поверхности, обладающей высокой  способностью отражения света. Наиболее широко применяется полирование  при подготовке поверхностей под  гальванопокрытие, а также, для придания деталям блеска после гальванирования. Этого можно достичь и другими методами обработки, такими, как хонингование, доводка, суперфиниширование, но эти процессы требуют специального, достаточно сложного оборудования, правильно подобранных инструментов и режимов, и оправдывают себя тогда, когда кроме качества обработанной поверхности требуется обеспечить и заданную точность. Поэтому для улучшения внешнего вида обработанных поверхностей широкое распространение получило полирование, так как оно выполняется на очень простых станках, причем полировальный инструмент можно легко сделать в любых условиях из войлока, кожи, ткани и других материалов. Широко внедряется обработка деталей в виброконтейнерах. Съем металла при полировании как правило составляет 0,01 – 0,03 мм. При полировании, называемом глянцеванием, снимаемый с деталей слой измеряется в долях микрона. Инструментом для такой обработки служат фетровые или хлопчатобумажные круги, на которые нанесен слой тонкой пасты. Зеркальную поверхность можно получить при полировании деталей пастой из окиси хрома (тонкая полировальная паста ГОИ), крокуса или трепела. Полированием обрабатывают любые металлы и сплавы различной твердости – от алюминия до закаленной стали и чугуна и от нержавеющей стали до золота и платины.

     Различают два вида полирования: черновое (предварительное) и чистовое (окончательное). Черновое полирование используется для механического  удаления неровностей поверхности  с помощью свободных (незакрепленных) или закрепленных посредством клея абразивных зерен на рабочей поверхности  эластичных кругов и лент. Чистовое полирование осуществляется свободными мелкозернистыми абразивными порошками  или мягкими эластичными кругами  и лентами с нанесенными на них тонкими полировальными пастами, содержащими кроме мелких полировальных  порошков поверхностно активные вещества.

3.2. Требования к поверхности

     На  поверхности пред полированием не допускаются  никакие дефекты. Глубокие риски  и раковины, легко обнаруживаемые в начальной стадии полирования, необходимо устранить с помощью  мелкозернистых шлифовальных кругов или  абразивных лент и только после этого  продолжить цикл полирования. Полирование  обычно начинают на участках наиболее вероятного нахождения дефектов. Например, при полировании сварных труб обработку надо начинать с продольного  шва, так как в нем чаще всего встречаются раковины и трещины. Необходимое качество поверхности полируемой детали достигается в несколько переходов с последовательным уменьшением зернистости абразива полирующего инструмента. Для уменьшения расхода абразива и повышения производительности полирование осуществляют с наименьшим числом переходов. На количество переходов, а следовательно, и на время полирования оказывает значительное влияние исходная шероховатость поверхности. Чем лучше подготовлена поверхность под полирование, т. Е. чем выше класс исходной чистоты поверхности, тем меньше переходов потребуется при полировании и тем быстрее будет обработка.

3.3. Основные методы  механического полирования

     Механическое  полирование выполняется эластичными  кругами, абразивными лентами, струей абразивной жидкости (гидрополирование), во вращающихся барабанах и виброконтейнерах, а также специальными полировальниками. Наиболее распространенным является способ полирования деталей эластичными кругами. Он отличается простотой применения, универсальностью, но не обеспечивает высокой производительности, но для домашних условий это самый оптимальный способ. Самыми производительными методами полирования можно считать полирование во вращающихся барабанах и виброконтейнерах. Полирование в виброконтейнерах получило наиболее широкое распространение в промышленности, особенно в условиях массового и крупносерийного производства. 

4. Шлифование на абразивный инструмент

     Шлифование  – процесс резания металлов с  помощью абразивного инструмента, режущим элементом которого являются зерна. Зерна, обладающие высокой твердостью, теплоустойчивостью и острыми кромками, соединены специальными связующими веществами в шлифовальные круги, сегменты, головки, бруски и шкурки; применяют  зерна и в виде паст и порошков.

     Выступающие зерна (рисунок 1) абразивного материала, прочно закрепленные в шлифовальном круге связующим (цементирующим) веществом, при вращении круга с большой скоростью (до 80 м/с) срезают (царапают) слой металла с заготовки в виде очень мелкой стружки. Большое число стружек (до сотни миллионов в минуту) и их малая толщина (несколько микрон) обусловливаются малым размером самих режущих зерен-резцов и большим количеством зерен, одновременно участвующих в резании (царапании). Вследствие малого сечения среза и большой скорости резания шлифование обеспечивает высокую точность (2 – 1-й класс) и малую шероховатость обработанной поверхности (7 – 12-го класса), а поэтому этот процесс чаще является окончательной (отделочной) операцией. Однако шлифование успешно применяют и для снятия больших объемов металла, заменяя обработку заготовки резцом или фрезой.

Рисунок 1. Схема работы абразивных зерен  

      Процесс стружкообразования при шлифовании приближается к резанию, осуществляемому зубом фрезы. Несмотря на малые размеры срезаемого слоя, получаемая при шлифовании стружка имеет то же строение и вид, что и стружка, получаемая при фрезеровании. Здесь также имеют место упругое и пластическое деформирование, тепловыделение, упрочнение, износ и др. Но так как не все зерна одинаково участвуют в работе, то наряду с нормальной (мелкой) стружкой при шлифовании получается еще и металлическая пыль, которая при высокой температуре спекается. Высокая температура при шлифовании (до 1000 – 1500° С) возникает в результате наличия у зерен разнообразной, неправильной геометрии режущей части (отрицательного переднего угла) и большой скорости резания. С увеличением износа зерен температура при шлифовании повышается, что может вызвать деформацию детали, прижог, структурные изменения и трещины на обработанной поверхности. Для снижения температуры при шлифовании сталей применяют обильное (10 – 60 л/мин) охлаждение. Смазочно-охлаждающие жидкости способствуют также удалению абразивной и металлической пыли из воздуха и очищению пор круга от продуктов отхода, повышают производительность и уменьшают шероховатость обработанной поверхности; снижается и размягчение связки круга, которое получается' вследствие нагрева.

     При шлифовании заготовок из сталей наибольшее распространение имеют следующие смазочно-охлаждающие жидкости:

     1) 1%-ный раствор кальцинированной  соды и 0,15%-ный раствор нитрита  натрия;

     2) 2%-ный водный раствор мыльного  порошка; 

     3) 5 – 7%-ный водный раствор эмульсола;

     4) 3,5%-ный водный раствор нейтрального эмульсола на основе олеиновой кислоты. При шлифовании заготовок из алюминия применяют керосин или керосин с добавкой минеральных масел. Заготовки из чугуна и меди часто шлифуют без охлаждения, но при этом желательно наличие пылеотсосов.

     Наряду  с общими явлениями, присущими и  другим видам обработки металлов резанием, процесс шлифования имеет  особенности:

     1) режущая кромка шлифовального  круга не сплошная, а прерывистая,  так как зерна отстоят друг  от друга на некотором расстоянии;

     2) зерна шлифовального круга неправильной, округленной в вершинах геометрической  формы, произвольно расположены  в круге, что является причиной  отрицательного и непостоянного  значения переднего угла;

      3) вследствие пирамидальной и  округленной формы режущей части  зерна возникает сложная зависимость  между глубиной и шириной впадины,  образуемой на обработанной поверхности  каждым зерном-резцом;

     4) в процессе работы шлифовальный  круг может самозатачиваться, т.  е. под действием повышенной  нагрузки на затупленное зерно  последнее может расколоться  или чаще всего выкрошиться  из связки, обнажив новые острые  зерна, которые и будут продолжать  резание; 

     5) вследствие округления вершины  зерна и нулевой толщины среза  в момент, предшествующий царапанию  – срезанию (т. е. при врезании), зерна подвергаются большому  трению о поверхность резания,  образованную впереди идущими  зернами-резцами) 

     6) процесс снятия стружки зерном  происходит за короткий промежуток  времени (0,0001 – 0,00005 с). Эти особенности  делают процесс резания при  шлифовании более сложным, чем  при других видах обработки,  и создают большие трудности как при теоретическом, так и экспериментальном его исследовании.

5. Струйная, экструзионная и турбоабразивная обработки

5.1. Струйная очистка  поверхностей с  применением абразивов

     Широко  известный недостаток железа и стали, заключается в том, что эти  материалы ржавеют, то есть поддаются  одной из форм коррозии. Для того, чтобы продлить срок службы дорогого оборудования и создать условия для оптимальной отдачи от капиталовложений, железные и стальные части конструкций обычно подвергаются антикоррозийной обработке с помощью нанесения на них одного или нескольких защитных слоев краски и других материалов. Перед нанесением защитного слоя необходимо провести тщательную обработку поверхности с целью получения наилучшего сцепления краски с поверхностью. Одним из наиболее эффективных методов подготовки поверхностей является струйная очистка с применением абразивов. Другими методами предварительной обработки поверхностей являются, например, очистка ручная и механическая, термическая очистка и очистка с применением химических препаратов. (травление). Последние вышеупомянутые методы имеют различные недостатки, варьирующиеся от получения недостаточной степени чистоты поверхности до нанесения ущерба здоровью человека и окружающей среде.

     Тщательная  предварительная обработка поверхности  очень важна. Даже самые лучшие методы нанесения защитных покрытий по своему действию никогда не превосходят  значение качества предварительной  обработки поверхности. В большинстве  случаев причиной преждевременного выхода из строя защитных покрытий является недостаточная или не соответствующая  требованиям предварительная подготовка поверхностей.

     Кроме железа и стали, различным формам коррозии подвергаются также и другие материалы. Поэтому струйная очистка  и окраска проводятся не только на металлических, но и на бетонных и  каменных поверхностях (памятники, фасады домов и т. д.), поверхностях из синтетических  и других материалов. В некоторых случаях струйная обработка проводится в декоративных целях, например на поверхностях из стекла, хрусталя, нержавеющей стали и т. д.

5.1.1. Струйная очистка  стали

     Во  время струйной очистки абразив (обычно твердый, гранулированный материал) с большой силой выдувается (обработка  под прямой струей) или выбрасывается (дробемётая обработка) на обрабатываемую поверхность. Цель подобной обработки подготовить поверхность таким образом, чтобы обеспечить оптимальное сцепление наносимого затем защитного покрытия с поверхностью. На эффективность защитных покрытий влияют следующие известные принципиальные факторы: