Абразивный инструмент для чернового и чистового шлифования крупногабаритных деталей с износостойкими твердыми наплавками.

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

1. Особенности шлифования покрытий

Абразивный инструмент для шлифования покрытийШлифование является наиболее распространенным методом обработки износостойких покрытий, особенно покрытий высокой твердости и при необходимости получения высокого качества поверхностного слоя. Выбор режимов шлифования и характеристик абразивного инструмента зависят от множества факторов и в каждом конкретном случае определяются индивидуально. Вместе с тем опыт обработки износостойких покрытий позволяет сделать ряд общих рекомендаций по выбору абразивного материала для их эффективного шлифования. Так, в фирме «ТИРОЛИТ» считают, что круги из электрокорунда эффективно использовать при шлифовании материалов с незначительной износостойкостью и твердостью до 40 HRC, в то время как круги из карбида кремния пригодны для обработки покрытий средней и высокой износостойкости, однако в большинстве случаев эта обработка нерентабельна для покрытий твердостью 40–60 HRC. При шлифовании покрытий указанной твердости наилучшие результаты обеспечивают алмазные круги. Покрытия с самой высокой износостойкостью, твердостью 60 HRC и выше, необходимо обрабатывать только алмазными кругами.

Одна из особенностей обработки покрытий заключается в том, что в начальный период осуществляется съем неравномерного припуска обрабатываемого материала. Наиболее значительна исходная высота неровностей покрытий, нанесенных методом наплавки — плазменной и, особенно, электродуговой. Высота неровностей может составлять 2–3 мм и более. При шлифовании такой поверхности происходит более интенсивный износ инструмента, чем при шлифовании сплошных поверхностей.

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 13А, 14А, 15А используют, главным образом, для шлифования незакаленных сталей, а круги из белого электрокорунда 22А, 23А, 24А — для шлифования закаленных углеродистых и легированных сталей. Для шлифования чугуна и цветных сплавов применяют круги из черного карбида кремния 53С и 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.

3. Обработка наплавленных покрытий алмазным инструментом

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 и 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 1А1 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=0,2–0,3мм, чистовая — многопроходное шлифование (t=0,05–0,1мм). Рекомендуемые характеристики алмазных кругов и параметры режима шлифования приведены в табл. 1.

Таблица 1

Рекомендуемые характеристики алмазных кругов и параметры режима шлифования наплавленных контактных поверхностей чаш и воронок засыпных аппаратов доменных печей

 Характеристика алмазного круга

 Наплавленный материал

 300Х25М3Н3Г2

(ПЛ-АН 101)

  550Х44Н34ГСР

(ПЛ-АН 111)

  450Х20Б7М7В2Ф

(ПЛ-АН 179)

 Релит-

мельхиор

  1А1400х40 АС15 250/200 М М1-10-4

  1А1400х40 АС6 125/100 М М1-10-4

  Параметр

шлифования

  vк, м/с

  25-30

  28–30

  28–30

  25–30

 vд, м/мин

 2,0–3,0

 2,0–2,5

 1,5–2,0

 1,5–2,0

 2,0–3,0

 2,0–2,5

 Sп, мм/мин

 (0,6–0,7)Н

 (0,4–0,6)Н

 (0,6–0,7)Н

 (0,2–0,6)Н

 (0,25–0,45)Н

 (0,5–0,7)Н

 (0,4–0,6)Н

  t, мм

 0,10–0,15

 0,05–0,07

 0,20–0,25

 0,05–0,15

 0,07–0,1

 0,20–0,25

 0,05–0,10

  Ra, мкм

 0,70–0,80

 0,51–0,62

 0,76–0,85

 0,53–0,60

 0,40–0,50

 0,80–1,00

 0,53–0,60

Примечание: в числителе — черновая обработка, в знаменателе — чистовая.

На ПАО «АрселорМиттал Кривой Рог» внедрено глубинное алмазное шлифование кругами формы 1А1 на металлической связке МО 4–2 наплавленных контактных поверхностей больших и малых конусов, а так же чаш и воронок засыпных аппаратов доменных печей. Контактные поверхности конуса (диаметр 6,2 м и массой 40т) и чаши к нему (массой 25т) наплавляются порошковой лентой марки ПЛ-АН111 на высоту контактного пояса конуса до 400 мм. 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 со 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.

Для обработки хромоникелевого сплава 550Х44Н34ГСР, наплавленного лентой ПЛ-АН111, использовали алмазные круги на различных металлических связках. Круги на всех связках после снятия 20 г сплава засаливались, а мощность шлифования превышала мощность, допустимую для станка. Несколько выше производительность алмазно-электролитического шлифования.

При алмазном шлифовании к связкам круга предъявляются несколько противоречивые требования: с одной стороны, они должны прочно удерживать абразивные зерна, с другой — должны обеспечивать самозатачивание. Противоречивость требований, предъявляемых к алмазным кругам для работы в режиме самозатачивания, приводит к тому, что большая часть алмазных зерен выпадает из связки, практически не совершив полезной работы.

4. Отработка технологии шлифования износостойких наплавленных
покрытий абразивным инструментом

Нами были проведены испытания абразивных и алмазных кругов диаметрами 300 и 250 мм при шлифовании износостойких твердых наплавок.

Для проведения производственных испытаний были изготовлены абразивные круги из зеленого карбида кремния прямого профиля 300х50х127 С49 60 с различной твердостью, а так же алмазный круг формы 1А1 250х25х127 АС32 125/100 М1-09 100%. Испытания кругов производили на шлифовальном станке модели 3515Ф3 при шлифовании износостойких твердых наплавок «ПЛ-АН111» и «Релит-мельхиор».

Испытания показали хорошую производительность обработки. Шероховатость поверхности изделий соответствовала Ra = 1,2 мкм, что превышала требуемую чертежу Ra = 1,6 мкм. Однако стойкость абразивных кругов была недостаточной, а алмазные круги быстро «засаливались». Повышение твердости абразивных кругов на 2 единицы позволило обеспечить обработку данных наплавок.

На основании проведенных испытаний нами были даны рекомендации, использовать на операции шлифования наплавок «ПЛ-АН111» и «Релит-мельхиор» абразивные круги прямого профиля диаметром 300 мм с радиусом на одной стороне R=11 мм, зернистостью 60 (по FEPA), твердостью L (по FEPA).

Испытание абразивных кругов для шлифования крупногабаритных деталей (до 5 м) с износостойкими твердыми наплавками позволило подобрать характеристику шлифовальных кругов. Нами были разработаны и изготовлены абразивные круги прямого профиля размерами 500х63х203 на бакелитовой связке. Размеры и форма абразивных кругов учитывали привязку к существующей оснастки, применяемой при шлифовании и правки кругов.

Были изготовлены опытные абразивные круги из карбида кремния черного 500х63х203 C48 14 P-Q B C50 и 500х63х203 C48 14 N B C50, а так же круги из нормального электрокорунда A96 14 P-Q-B C50 на бакелитовой связке, армированные для шлифования со скоростью до 50 м/с.

Испытание кругов выполнялось в производственных условиях Мариупольского завода «Азовмаш» 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 на более 10–15 мм.

Испытания показали хорошую производительность обработки при шлифовании износостойких наплавок и отсутствие засаливания круга. Шероховатость шлифованной поверхности изделий соответствовала требуемой чертежу.

На основании проведенных испытаний были даны рекомендации, использовать на операциях шлифования крупногабаритных деталей с износостойкими наплавками абразивные круги прямого профиля диаметром 500 мм из карбида кремния черного на бакелитовой связке, зернистостью 14 (по FEPA) и твердостью N (по FEPA).

Номер и год выпуска: .
Ссылка на статью на сайте журнала «Оборудование и инструмент для профессионалов».