Абразивная обработка металлических поверхностей¶

Абразивная обработка металлических поверхностей — технологический процесс механического воздействия на поверхность металлической заготовки с использованием абразивных материалов (зернистых веществ повышенной твёрдости), целью которого является изменение геометрии, шероховатости или физико-механических свойств поверхностного слоя. Данный вид обработки относится к финишным операциям в машиностроении и металлообработке, обеспечивая точность размеров и качество поверхности, недостижимые при резании лезвийным инструментом.

¶Сущность и физические основы процесса

Абразивная обработка основана на микрорезании: твёрдые частицы абразива, закреплённые на инструменте или находящиеся в свободном состоянии, внедряются в обрабатываемый материал и снимают с него тонкую стружку. При этом происходят упругопластические деформации, нагрев локальных участков и образование новых поверхностей. Эффективность процесса определяется твёрдостью абразива, которая должна превышать твёрдость обрабатываемого металла, а также геометрией зёрен, их размером и прочностью связки.

¶Виды абразивных материалов

Применяемые абразивы подразделяются на природные и синтетические. К природным относятся кварцевый песок, корунд, алмаз, гранат. Среди синтетических материалов наиболее распространены:

• Электрокорунд (нормальный, белый, легированный) — применяется для обработки сталей и чугунов;
• Карбид кремния (чёрный и зелёный) — используется для твёрдых сплавов, цветных металлов и неметаллических материалов;
• Кубический нитрид бора (эльбор, боразон) — эффективен для закалённых сталей и жаропрочных сплавов;
• Синтетический алмаз — применяется для доводки твёрдосплавного инструмента и керамики.

Зернистость абразива регламентируется стандартами и варьируется от крупных зёрен (для обдирочных работ) до микропорошков (для финишной доводки).

¶Основные методы абразивной обработки

¶Шлифование

Шлифование выполняется абразивными кругами на станках шлифовальной группы. Различают круглое наружное и внутреннее шлифование, плоское шлифование, бесцентровое шлифование. Процесс обеспечивает точность до 5–6 квалитета и шероховатость поверхности Ra 0,32–1,25 мкм. Шлифование применяют для обработки закалённых деталей, валов, отверстий, плоскостей.

¶Хонингование

Хонингование — отделочная обработка цилиндрических поверхностей (преимущественно отверстий) брусками, закреплёнными в хонинговальной головке. Процесс сочетает вращательное и возвратно-поступательное движение инструмента, что позволяет исправить отклонения формы и получить шероховатость Ra 0,04–0,32 мкм. Широко используется при изготовлении гильз цилиндров двигателей внутреннего сгорания.

¶Полирование

Полирование — процесс снижения шероховатости поверхности до зеркального блеска (Ra до 0,01 мкм) без существенного съёма металла. Выполняется мягкими кругами с нанесёнными абразивными пастами или суспензиями. Применяется в инструментальном производстве, ювелирной промышленности, при изготовлении декоративных изделий.

¶Суперфиниширование

Суперфиниширование — финишная операция, при которой абразивные бруски совершают колебательные движения малой амплитуды при незначительном давлении. Обеспечивает шероховатость Ra 0,02–0,08 мкм и удаляет дефектный слой, оставшийся после предыдущих операций.

¶Дробеструйная и пескоструйная обработка

Данные методы относятся к обработке свободным абразивом, когда частицы (дробь, песок, купершлак) направляются на поверхность потоком сжатого воздуха или центробежной силой. Применяются для очистки от окалины, ржавчины, подготовки поверхности под окраску, а также для упрочнения поверхностного слоя (дробеструйный наклёп).

¶Абразивно-струйная резка

Гидроабразивная резка — современный метод разделения металла струёй воды с добавлением абразивных частиц, подаваемой под высоким давлением (до 400 МПа). Позволяет резать металлы толщиной до 300 мм без термического воздействия на кромки.

¶Инструмент и оборудование

Основным инструментом являются абразивные круги (плоские, чашечные, конические), сегменты, бруски, головки, шлифовальные ленты и шкурки. Связка абразивных зёрен может быть керамической, бакелитовой, вулканитовой или металлической. Оборудование включает универсальные и специализированные шлифовальные станки, хонинговальные и полировальные станки, а также установки для пневматической и гидроабразивной обработки.

¶Области применения

Абразивная обработка используется практически во всех отраслях промышленности: машиностроении (изготовление валов, зубчатых колёс, подшипников), металлургии (зачистка проката), приборостроении, авиастроении, судостроении. Она незаменима при изготовлении режущего инструмента, штампов, пресс-форм, а также в ремонтном производстве для восстановления изношенных деталей.

¶Преимущества и ограничения

К преимуществам метода относятся высокая точность и низкая шероховатость поверхности, возможность обработки закалённых и сверхтвёрдых материалов, отсутствие прижогов при правильно подобранных режимах. Ограничения связаны с относительно низкой производительностью съёма металла, высокой энергоёмкостью, необходимостью применения смазочно-охлаждающих жидкостей для отвода тепла и удаления стружки, а также с образованием абразивной пыли, требующей эффективной вентиляции.

¶Технологические параметры

Ключевыми параметрами режимов абразивной обработки являются скорость резания (для шлифования — 25–60 м/с), глубина резания (0,005–0,05 мм), продольная подача и поперечная подача. Выбор режимов зависит от материала заготовки, требуемой точности и производительности. Контроль качества выполняется с помощью профилометров, оптических приборов и контрольных образцов шероховатости.

¶Источники

• Справочник технолога-машиностроителя. Под ред. А. Г. Косиловой и Р. К. Мещерякова. М.: Машиностроение, 1985.
• Справочник по абразивной обработке. Под ред. В. А. Кременя. М.: Машиностроение, 2001.
• Евсеев Д. Г. Физические основы процесса шлифования. Саратов: СГТУ, 2004.
• ГОСТ 3647-80 «Материалы шлифовальные. Классификация. Зернистость».