Абразивный инструмент для чернового и чистового шлифования крупногабаритных деталей

СТАТЬЯ ИЗ РУБРИКИ: «ИНСТРУМЕНТ»

The article recounts the results of tests conducted to choose the most suitable abrasive wheels for grinding large components with wear-resistant inserts. According to this results, the best choice are the CSN Т471 (500 × 63 × 203) black silicon carbide abrasive wheels — C48 and brown aluminum oxide ones — A96, resinoid bonded and reinforced for 50 mps machining, with 14 grain and N hardness (FEPA).

Абразивный инструмент для чернового и чистового шлифования

С.В. Рябченко,
Институт сверхтвердых материалов
им. В. Н. Бакуля НАН Украины
Г.В. Середа, В.Ю. Валуйский,
ДП «Бест-Бизнес»

Шлифование крупногабаритных деталей с износостойкими твердыми наплавками выполнять кругами из электрокорунда или карбида кремния — считается нецелесообразным, т. к. в зоне обработки развивается температура, как правило, превышающая температуру структурных и фазовых превращений обрабатываемого материала. Выходом из ситуации является глубинное шлифование алмазными кругами, что и доказали внедрения на ведущем отечественном предприятии ПАО «АрселорМиттал Кривой Рог». В то же время на Мариупольском заводе тяжелого машиностроения для шлифования износостойких наплавок ученые смогли подобрать абразивные круги из карбида кремния черного и нормального электрокорунда

1. Особенности и области применения

Шлифование является наиболее распространенным методом обработки износостойких покрытий, особенно высокой твердости и при необходимости получения качественного поверхностного слоя. Покрытия на основе карбидов вольфрама и керамики могут быть эффективно обработаны только шлифованием, которое применяют для снятия значительных припусков. Проектирование технологического процесса шлифования покрытий осуществляют исходя из тех же принципов, на которые опираются при обработке деталей из компактных материалов. Особое внимание следует уделять выбору абразивных инструментов и технологических режимов. Обычно используются серийные шлифовальные станки, однако в некоторых случаях создается специализированное оборудование, например, копировально-шлифовальные станки для обработки восстановленных кулачков распределительных валов.

2. Абразивный инструмент для шлифования покрытий

Производительность шлифования, себестоимость операции и качество обработки покрытий в значительной степени зависят от характеристик абразивного инструмента. При шлифовании деталей, восстановленных методами наплавки, применяют шлифовальные круги из электрокорунда с керамической связкой. Это обусловлено способностью электрокорунда к самозатачиванию.

Круги из нормального электрокорунда 14А используют для шлифования незакаленных сталей, а круги из белого электрокорунда 25А — для шлифования закаленных углеродистых и легированных сталей. Для шлифования чугуна и цветных сплавов применяют круги из черного карбида кремния 54С.

Одним из основных недостатков шлифования кругами из электрокорунда или карбида кремния является то, что в зоне обработки развиваются температуры, как правило, превышающие температуры структурных и фазовых превращений обрабатываемого материала. В результате этого на поверхности детали появляются прижоги, происходит разупрочнение поверхностного слоя, формируются растягивающие остаточные напряжения, приводящие к образованию микротрещин. Эти недостатки отсутствуют при использовании алмазных кругов. В настоящее время промышленность не выпускает крупногабаритных алмазных кругов.

3. Обработка наплавленных покрытий

Шлифование алмазными кругами наплавленных контактных поверхностей больших и малых конусов, чаш и воронок засыпных аппаратов доменных печей позволило:

  • повысить производительность обработки в 3–5 раз;
  • значительно улучшить состояние поверхностного слоя и точность изготовления контактных поверхностей;
  • увеличить стойкость засыпных аппаратов;
  • улучшить условия труда шлифовщиков.

Шлифование включает две технологические операции: предварительную (черновую) обработку контактных поверхностей больших и малых конусов, чаш и воронок засыпных аппаратов доменных печей с применением инструмента формы 1 А1 из высокопрочных алмазов марок АС15 или АС20 зернистостью 250/200; окончательную (чистовую) обработку с применением инструмента из алмазов марки АС6 зернистостью 125/100. Черновая обработка заключается в шлифовании на глубине t = 0,2–0,3 мм, чистовая — многопроходное шлифование (t = 0,05–0,1 мм). Рекомендуемые характеристики алмазных кругов и параметры режима шлифования приведены в табл. 1.

Толщина наплавленных слоев может достигать 10 мм и более. В этих случаях эффективно применять обдирочное шлифование на специальных станках с регулируемой силой прижима круга к обрабатываемой детали. Основным требованием к процессу обдирочного шлифования является достижение наибольшей скорости съема металла при минимальном износе круга. Для этого применяют крупнозернистые круги из нормального или циркониевого электрокорунда на бакелитовой связке зернистостью 63–250 и твердостью С2‑ЧТ. Прочность кругов на бакелитовой связке позволяет обрабатывать с силой прижима круга к детали до 10 кН. В Институте сверхтвердых материалов НАН Украины исследован процесс обработки наплавочного материала типа релит-мельхиор кругами из синтетических алмазов. Наилучшие результаты дали круги из алмазов АС6 М и АС15 М на металлической связке М04. При обработке кругом из алмазов АС6 на связках М1 и МК, а также из алмазов АС15 и АС32 на связках М016-2 и МЖ имеет место интенсивное налипание отходов на режущую поверхность круга. При работе кругами на керамической связке К1 из-за ее малой прочности наблюдается повышенный расход алмазов. Сравнение работоспособности кругов из алмазов и кубонита на связке М04 при одинаковой производительности показало, что относительный расход кубонита в 6 раз выше, а удельные затраты на инструмент из него в 34 раза больше, чем на инструмент из синтетических алмазов.

На ПАО «АрселорМиттал Кривой Рог» внедрено глубинное алмазное шлифование периферией круга формы 1 А1 на металлической связке МО 4–2 наплавленных контактных поверхностей больших и малых конусов, чаш и воронок засыпных аппаратов доменных печей с производительностью 2000÷25000 мм3/мин. Контактные поверхности конуса диаметром 6200 мм массой 40 т и чаши к нему массой 25 т наплавляются порошковой лентой марки ПЛ-АН111 с образованием сплава типа 550Х44 Н34 ГСР на высоту контактного пояса конуса до 400 и чаши до 200 мм. Зазор между контактными поверхностями допускается не более 0,02 мм, шероховатость обработанных поверхностей Rа 0,63–1,25. Шлифование производится на модернизированном токарно-карусельном станке мод. КУ‑101, оснащенном специальной шлифовальной головкой. Для автоматической правки круга в процессе обработки в зону резания вводится дополнительная энергия в виде постоянного тока напряжением 3–6 В. Внедрение процесса повысило производительность в 3,4–5,4 раза, снизило шероховатость обработанных поверхностей до Rа 0,4–0,5 мкм и значительно улучшило условия труда шлифовщиков.

4. Отработка технологии шлифования износостойких наплавленных покрытий

В результате отработки технологии шлифования крупногабаритных деталей с износостойкими твердыми наплавками подобраны абразивные круги:

  • тип — CSN Т47;
  • габариты — 500 × 63 × 203;
  • материал — карбид кремния черного и нормального электрокорунда на бакелитовой связке.

Размеры и форма абразивных кругов учитывали привязку к существующей оснастке, применяемой при шлифовании и правке кругов.

Были изготовлены и поставлены два опытных абразивных круга из карбида кремния черного 500 × 63 × 203 C48 14 P‑Q B C50 и 500 × 63 × 203 C48 14 N B C50, а также один круг из нормального электрокорунда A96 14 P‑Q‑B C50 на бакелитовой связке, армированные для шлифовки со скоростью до 50 м/с.

Испытание кругов выполнялось в производственных условиях Мариупольского завода тяжелого машиностроения при шлифовании износостойких наплавок «ПЛ-АН111» и «ПЛ-АН101». Были отработаны режимы шлифования, которые соответствовали глубине резания на черновых проходах до t = 0,2 мм, число оборотов n = 6 об./мин и подача 15 мм/мин. После обработки удалось обеспечить необходимые требования производства: зазор по контактной поверхности между сопрягаемыми узлами 0,04 мм не более 10–15 мм.

Испытания показали хорошую производительность при шлифовании износостойких наплавок и отсутствие засаливания круга. Шероховатость шлифованной поверхности изделий соответствовала проектной документации.

На основании проведенных испытаний были даны рекомендации заказчику использовать на операциях шлифования крупногабаритных деталей с износостойкими твердыми наплавками «ПЛ-АН111» и «ПЛ-АН101» абразивные круги типа CSN Т471 размерами 500 × 63 × 203 из карбида кремния черного — C48 и нормального электрокорунда — A96 на бакелитовой связке, армированные для шлифовки со скоростью до 50 м/с, с зерном 14 по FEPA (125 по ГОСТ) и твердостью N по FEPA (СТ1 по ГОСТ).

Рекламодатели

Партнёры

Новостная рассылка

Будьте в курсе наших последних новостей. Оформите бесплатно персональную новостную рассылку.