Материаловед

Развитие современного производства ставит задачи повышения производительности труда и качества изделий в различных отраслях промышленности. К внешнему виду ювелирных и художественных изделий предъявляются высокие требования. Их поверхность не должна иметь раковин, трещин, вмятин, заусенцев, шероховатостей, острых кромок, следов работы инструмента, облоя и царапин. Поэтому технологические процессы обработки таких изделий включают операции отделочной обработки (шлифовка, полировка).

Финишная обработка для них применяется как окончательный этап изготовления изделия перед нанесением покрытий и после нанесения покрытий. Финишная обработка позволяет обеспечить требуемое качество изделий [21, 116].

По виду режущего инструмента известные методы абразивной обработки можно разделить на обработку закрепленным абразивом (шлифование, хонингование и т.д.) и свободными абразивами (вибрационная обработка (ВиО), центробежно-ротационная обработка (ЦРО), струйно-абразивная обработка (САО), турбоабразивная обработка (ТАО), обработка свободным абразивом, уплотненным инерционными силами (ОСАУИС), магнитно-абразивное полирование (МАП) и т.п.).

Наиболее распространены методы обработки закрепленным абразивом, обеспечивающие высокую производительность и геометрическую точность деталей, низкую шероховатость поверхности и возможность обработки высокотвердых материалов. Однако эти методы обработки имеют ряд недостатков. Обработке подвергаются в основном плоские поверхности, либо поверхности тел вращения, в некоторых случаях линейчатые.

Динамический характер воздействия зерна приводит к появлению всплесков температур, что усугубляется трением связки о деталь и приводит к снижению физико-механических свойств, нежелательным структурным превращениям (прижогам) и т.п. При этом примерно около 80% всей механической работы, затрачиваемой на процесс шлифования, переходит в тепло. Недостаток свободного места для сбора и удаления стружки из зоны резания вызывает засаливание абразивного инструмента, снижение эффективности шлифования и является дополнительным источником повышения температуры. Необходимость периодической правки шлифовального круга приводит к повышенному расходу абразивных материалов.

Процессы обработки закрепленными абразивами исследованы достаточно подробно. Разработаны теоретические основы шлифования, хонингования и т.п., методика выбора технологических режимов [47, 48, 67, 118, 121]. Опубликованы сведения о свойствах и оптимальных методах использования абразивов применительно к чистовым операциям по обработке металлических, твердосплавных и других деталей, конструкции кругов и брусков, систематизированы материалы, опубликованные в стандартах, отраслевых нормах и технической литературе. Изданы соответствующие справочники и нормативы режимов резания. Ряд исследований посвящены оптимизации технологических режимов обработки закрепленным абразивом и используются в современных САПР ТП [105].

Стремление удешевить окончательную обработку, а также отделить режущий инструмент от державки, шпинделя и станка (для обработки поверхностей сложной формы) привело к созданию новых методов обработки – свободными абразивами, в которых инструмент не имеет механической связи со станком.

При обработке свободными абразивами зерна более полно используют свои режущие способности, так как происходит равномерное распределение их режущих кромок относительно обрабатываемых поверхностей, а также переориентация и перемещение в процессе обработки. Такие методы позволяют, при сравнительно простых кинематических схемах оборудования, осуществлять обработку деталей сложной конфигурации из различных материалов. Значительно снижается и температурный режим процесса, так как скорости резания меньше, чем при обычном шлифовании, а зоны микрорезания обильно омываются технологической жидкостью (ТЖ). Это позволяет получать высокое качество обработанной поверхности без прижогов, микротрещин и нежелательных структурных изменений. Обработке могут подвергаться детали, размеры которых меняются в широких пределах, от нескольких миллиметров до нескольких метров.

Методы обработки свободными абразивами позволяют осуществлять операции шлифования, полирования, удаления заусенцев и облоя, скругления острых кромок, упрочнения, нанесения покрытия, а также производить комбинированную обработку с использованием различных видов дополнительной энергии (химической, электрической, магнитной, тепловой и т.п.).

Единый подход к природе процессов взаимодействия абразивных частиц с обрабатываемой поверхностью позволяет методы обработки свободным абразивом объединить в одну группу и классифицировать ее. Технологические возможности и большое количество технологических параметров позволяют классифицировать рассматриваемые методы по ряду признаков: по типу абразивной среды, по необходимости закрепления детали, по главному движению, по количеству одновременно обрабатываемых деталей, по характеру воздействия инструмента, по направлению следов обработки. Тамаркиным М.А. [105] в основу классификации был положен характер воздействия абразивных частиц на поверхность обрабатываемой детали (скольжение, соударение, направленный поток). Классификация представлена на рис. 1.1.

Классификация методов обработки свободными абразивами

Рис. 1.1. Классификация методов обработки свободными абразивами по характеру воздействия абразивной частицы

Методы обработки свободными абразивами разработаны сравнительно недавно и изучены менее, чем методы обработки закрепленным абразивом. Теоретические основы разработаны не для всех методов, а нормативы выбора режимов обработки практически отсутствуют. Отделочные справочные материалы не сведены в единое целое, сделаны лишь первые попытки создать обобщенную теорию обработки свободными абразивами. Это не позволяет перейти к оптимизации технологических параметров и автоматизации технологических процессов.