Шлифовка может быть как финальной (чистовой), так и предварительной (черновой) стадией обработки. Для работы используется абразивный материал, нанесённый на шлифовальный круг. Необходимый эффект достигается с помощью состава абразива, размеров его частиц, скоростью вращения шлифовального диска и прилагаемым усилием.
Черновое шлифование выполняют для снятия излишнего слоя металла, применяя для этого крупнозернистые абразивы. Чистовое шлифование позволяет придать изделию гладкость, удалять дефекты поверхности, незначительно скруглять острые углы и грани изделия. Так как шлифование позволяет изменять размер детали на сотые доли миллиметра, это используется для вывода точных размеров технологических отверстий.
Качество обрабатываемой поверхности определяется комплексом физико-химических процессов, протекающих в зоне резания. При шлифовании время отделения микростружки от детали составляет первые десятки микросекунд, давление в контакте инструмента и заготовки доходит до 70 ГПа, а температура – до 13000С.
Таким образом, энергетические характеристики при шлифовании примерно на порядок больше, чем возникающие при обычном взрыве, что ставит вопрос о защите обрабатываемой поверхности и снижении возникающих деформаций на деталь. Качество шлифования обеспечивается за счёт подбора оптимального режима обработки и абразива, выбора смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) и способа охлаждения. Одной из проблем является температурное воздействие (особенно ощутимо при плоском шлифовании), когда деталь нагревается неравномерно по глубине, что меняет микроструктуру внешнего слоя и приводит к деформации поверхности.
Шлифование можно рассматривать как пластическое деформирование металла, с внутризёренным сдвиговым неравномерным перемещением частичек металла по плоскостям. При этом твёрдость поверхностного слоя оказывается неравномерной по глубине, а сам процесс сопровождается разрушением зёрен металла, их перемещением и поворотом друг относительно друга.
Состояние поверхностного слоя характеризуется появлением деформационного упрочнения вдоль линий сдвига, с возникновением разноранговых деформационных напряжений. Неравномерности захватывают как небольшие и более значительные объёмы металла, создавая на поверхности обрабатываемой детали остаточные напряжения.
От деформации поверхности детали при шлифовании нельзя избавиться полностью, и при обработке используются следующие методы её снижения:
Эффективность мероприятий по снижению деформации зависит и от структуры металла. В частности, в легированных и углеродистых сталях сохраняется остаточный аустенит. Это структура, которая при воздействии внешних факторов – нагреваний/охлаждений, ударов, давления и т.п. – переходит в мартенсит, что вызывает изменение объёма и приводит к деформации на местном уровне.
Моделирование технологического процесса шлифования позволяет создавать более качественные объёмные детали, при этом результатом является выработка методики обработки. Программное обеспечение базируется на «предсказательном» алгоритме моделирования механических свойств материала – включая твёрдые и специальные.
В настоящее время именно моделирование позволяет предсказать результат шлифования самым недорогим способом. Для выработки методики обработки в модель вносятся условия обработки и режим шлифовки, задаются параметры абразива и материала. Данные параметры представляют собой описание структуры двух поверхностей (например – алмазного зерна и быстрорежущей стали), данные которых являются табличными. Далее определяются размеры зёрен абразива, которые задаются с некоторым разбросом для оценки их взаимодействия, представляемого в виде напряжений. Для получения результата так же важно определить метод закрепления детали, выбрать несколько скоростей вращения абразива и величины проникновения зерна в обрабатываемую поверхность.
Результат моделирования позволяет выбрать наиболее рациональный режим обработки. В условиях производства вопросы экономного расходования абразивного материала и качества стоят на первом месте. Если есть возможность предсказать эти величины и определить параметры шлифования – давление, взаимное положение модели и инструмента и т.п. – то это является важным дополнением на производстве.
Внедрение роботизированных методов шлифования, разработка новых технологий и инструментов расширяет возможности обработки. Методика шлифования быстро развивается и внедряется в производство, новые методы особенно актуальны при изготовлении высокоточного оборудования.
Автоматизация обработки, моделирование и прогнозирование обработки шлифованием повышают качество обработки, позволяя добиться высокой точности, долговечности и красивого внешнего вида изделия. Развитие технологий обработки металлов является важным фактором для повышения конкурентоспособности. Будущее шлифования и полировки обещает ещё больше инноваций и прогресса. Представляется важным внедрение искусственного интеллекта в процесс моделирования и предсказания результата при обработке новых сплавов и инновационных абразивных материалов.
