Шлифование и полирование труб из нержавеющей стали

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Шлифование и полирование труб из нержавеющей стали

Введение

Финишной стадией производства профильного металлопроката из нержавеющей стали выступает шлифование и полирование изделий. Существует несколько методов обработки поверхности труб из нержавейки:

· абразивные методы

· электрохимические методы

Подготовительным этапом для полировки труб из нержавеющей стали выступает шлифование, при помощи которого удаляются грубые дефекты поверхности проката из нержавеющей стали. Слой металла, который снимается при шлифовании, составляет порядка 0.01-0.03 мм.

Абразивный метод

Формирование гладкой, зеркальной поверхности трубы при помощи абразивных методов, заключается в обработке внутренней или наружной плоскости абразивными веществами с различной фракцией зерна. Грубое шлифование выполняется крупнозернистыми материалами, после чего, постепенно уменьшая диаметр зерна, переходят к самому тонкому шлифованию - при помощи войлочных валков, через которые, в конечном итоге, пропускают прокат из нержавеющей стали.

Данный метод называется круглым шлифованием и, как правило, применяется для обработки цилиндрических и конических поверхностей. Круглое шлифование применяется для обработки как наружных поверхностей трубы из нержавеющей стали, так и для ее внутренних плоскостей. Иногда используется ленточное шлифование металлопроката из нержавейки, при котором поверхность трубы подвергается воздействию эластичных лент. Вспомогательным средством, применяемым при шлифовании, выступают абразивные суспензии из оксидов металлов с диаметром зерна 0.2-5 мкм.

Электрохимический метод

Электрохимические методы обработки поверхности труб из нержавейки применяются при выполнении окончательной обработки ее поверхности. Для этого, прокат помещается в ванны с электролитом, где труба из нержавейки выступает либо анодом, либо катодом. Противоположные заряды, приложенные к электролиту и обрабатываемой детали, способствуют удалению неровностей с поверхности трубы.

Степень полировки трубы из нержавеющей стали может быть в виде:

· блестящей промышленной полировки - для серийного производства;

· зеркальной полировки с высокой степенью глянца - для единичного производства под заказ.

1. Понятие о резании металлов

· Технология изготовления деталей машин заключается в последовательной обработке заготовки различными способами, при этом заготовка приобретает требуемые форму, размеры, качество поверхности и другие свойства. Одним из способов воздействия является резание, чаще всего выполняемое на металлорежущих станках (если заготовка выполнена из металла). Для обработки резанием применяют режущие инструменты, перемещаемые механизмами станка относительно заготовки.

· Обработка резанием состоит в проникновении режущего элемента инструмента - лезвия / с режущей кромкой 2 в материал заготовки 3 с последующим отделением определенного слоя материала в виде стружки 4 (рис. 1.1). На рабочей части инст

· румента может быть заданное число лезвий определенной формы или случайное число лезвий разнообразной формы.

Режущий инструмент с заданным числом лезвий определенной формы называется лезвийным, а обработка таким инструментом - лезвийной обработкой. Основными видами лезвийной обработки являются точение, строгание, сверление, фрезерование, протягивание и др. В зависимости от вида обработки используются различные лезвийные инструменты: резцы, сверла, фрезы, протяжки и пр.

Существуют также инструменты, которыми можно выполнять одновременно два вида обработки резанием, они называются комбинированными, например сверло-развертка.

Самым простым режущим инструментом является резец (рис. 1.2). Его режущее лезвие имеет переднюю поверхность, по которой сходит стружка, и заднюю поверхность, обращенную к обрабатываемой заготовке. Пересечение передней и задней поверхности образует режущую кромку. Режущие свойства резца зависят от материала, из которого он изготовлен, и от его геометрии, т.е. формы поверхности лезвия и углов, под которыми они заточены. Главные из них: углы задний и передний, угол заострения и угол резания. Их обозначают строчными буквами греческого алфавита. Задний угол а (альфа) между задней поверхностью резца и плоскостью резания А_у служит для уменьшения сил трения между указанными поверхностями. Передний угол у (гамма) между передней поверхностью резца и основной плоскостью А_а непосредственно влияет на отделение стружки - процесс стружкообразования. Угол между передней и задней поверхностями лезвия резца называют углом заострения в (бета), а сумму углов заострения и заднего-углом резания б (дельта).

Срезаемая стружка 4 (см. рис. 1.1) имеет различный вид и форму, зависящие от химического состава, структурного состояния и механических свойств обрабатываемых металлов, толщины срезаемого слоя, величины переднего угла инструмента и других факторов. Стружка является побочным продуктом обработки резанием.

Масса металла на заготовке, специально оставляемая для дальнейшей обработки, называется припуском. Характерная особенность процесса резания состоит в том, что припуск срезается постепенно, слоями малой толщины. В результате деформирования и разрушения материала срезаемого слоя образуются две новые поверхности. Образованная на заготовке в результате обработки поверхность называется обработанной, а поверхность заготовки, частично или полностью удаляемая при обработке, - обрабатываемой.

Образование формы обработанной поверхности происходит в процессе относительного движения лезвия (или нескольких лезвий) инструмента и заготовки. Эти движения выполняются, как правило, механизмами станка. Различают главное движение резания D_r и движение подачи D_s (см. рис. 1.1). Главное движение резания D_r происходит с наибольшей скоростью, сообщается лезвию или заготовке и может быть прямолинейным поступательным, вращательным, криволинейным, плоским или пространственным формообразующим движением. Скорость v этого движения в рассматриваемой точке режущего лезвия называют скоростью главного движения резания или скоростью резания.

Перемещения лезвия или заготовки, обеспечивающие отделение стружки по всей обрабатываемой поверхности, называют движениями подачи и обозначают D_s. В зависимости от направления различают продольное, поперечное и другие движения подачи, по форме траектории-прямолинейное, вращательное или криволинейное, по характеру движения - непрерывное или прерывистое. Скоростью движения подачи называют скорость рассматриваемой точки режущей кромки в движении подачи и обозначают v_s. Расстояние, пройденное этой точкой лезвия вдоль траектории движения подачи D_s за определенный цикл движения, называют подачей и обозначают буквой S с соответствующим индексом: подачу на оборот - S_о, на ход - S_x, на двойной ход - S_2x (под ходом понимают перемещение при возвратно-поступательном движении в одну сторону). При обработке многолезвийным инструментом подачу, соответствующую повороту инструмента или заготовки на один угловой шаг зубьев, называют подачей на зуб S_z.

При выполнении отдельных операций удобно задавать подачу в миллиметрах в минуту (мм/мин) как величину перемещения инструмента или заготовки в направлении движения подачи, совершаемого за одну минуту - S_MиH.

шлифование металлопрокат резание абразивный

2. Особенности и виды абразивной обработки

Обработка резанием, осуществляемая множеством абразивных зерен, называется абразивной. Причем режущие элементы - абразивные зерна - могут иметь разнообразную форму и размеры. Важнейшим признаком, по которому абразивную обработку относят к обработке резанием, является образование стружки. Каждое абразивное зерно срезает небольшой слой металла, в результате чего на поверхности заготовки остается царапина ограниченной длины и весьма малой площади поперечного сечения. Обработанная поверхность образуется совокупностью множества царапин - следов всех абразивных зерен режущей поверхности инструмента.

Основными видами абразивной обработки являются: шлифование, доводка, полирование, струйно-абразивная, виброабразивная. Шлифованием называется абразивная обработка, при которой инструмент совершает главное движение резания, преимущественно вращательное, а заготовка при этом может совершать любое движение.

Абразивная обработка, при которой инструмент и заготовка одновременно совершают различные движения со скоростями одного порядка или при неподвижности одного из них другой совершает сложное движение, называется доводкой. К доводке относят процессы хонингования, суперфиниширования и притирки.

Хонингованием называют доводку, осуществляемую при одновременно выполняемых вращательном и возвратно-поступательном движениях абразивного инструмента. Доводка при одновременно выполняемых колебательном движении абразивного инструмента и вращении заготовки называется суперфинишированием.

Кроме обработки абразивными инструментами существует еще обработка абразивными зернами, не закрепленными в абразивных инструментах, получившая название обработки свободным абразивом: струйно-абразивная обработка зернами, введенными в струю жидкости или газа; виброабразивная обработка, осуществляемая при относительном движении заготовки и абразивных зерен в вибрирующей емкости и др.

Соответственно видам абразивной обработки существует несколько видов абразивных инструментов. Шлифовальный круг-абразивный инструмент в виде твердого тела вращения, предназначенный для шлифования. К разновидностям шлифовальных кругов относятся шлифовальные головки и шлифовальные сегменты. Первые являются шлифовальными кругами с глухими отверстиями для крепления их на оправке или шпинделе станка.

Вторые - это составные части сборных или составных шлифовальных кругов.

Шлифовальный лист, длина которого превышает ширину более чем в 2,5 раза называется шлифовальной лентой, а производимая ею обработка - ленточным шлифованием.

Абразивный брусок - это абразивный инструмент, выполненный в виде твердого тела и предназначенный для обработки без вращения вокруг своей оси. В процессе обработки абразивный брусок не вращается, им выполняют хонингование и суперфиниширование. Притиром называют абразивный инструмент в виде жесткого тела, на поверхности которого абразивные зерна находятся в закрепленном или свободном состоянии, им выполняют доводку.

Шлифование - процесс массового тонкого скоростного резания-царапания металла абразивными зернами. Если рассматривать схему работы одного абразивного зерна, то она аналогична схеме снятия стружки зубом лезвийного инструмента. Однако процесс шлифования имеет свои особенности, отличающие его от резания металла лезвийным инструментом. Особенности заключаются в следующем:

1. Отсутствие у шлифовального круга сплошной режущей кромки по образующей.

2. Наличие зависимости между толщиной и шириной слоя, снимаемого одним абразивным зерном.

3. Наличие неправильной геометрической формы отдельных абразивных зерен и округленных вершин у них, создающих, как правило, отрицательные углы резания-царапания.

4. Беспорядочное расположение абразивных зерен на рабочей поверхности круга.

5. Высокие скорости резания и почти мгновенное снятие огромного количества мелких стружек.

6. Высокая твердость, термоустойчивость, хрупкость режущих элементов.

7. Динамическое воздействие каждого абразивного зерна на шлифуемую поверхность, способствующее повышению мгновенной температуры резания-царапания.

8. Наличие интенсивного скольжения абразивных зерен о металл в момент, предшествующий их врезанию.

Высокие мгновенные температуры, развивающиеся в процессе шлифования, резко повышают пластичность деформируемого металла и создают возможность снятия стружек округленными абразивными зернами круга. Поэтому высокая скорость резания, в результате которой возникает большая температура, - необходимый фактор процесса шлифования. При низких скоростях абразивный круг как режущий инструмент работать не может. Следовательно, особенности процесса шлифования обусловлены специфичностью режущего инструмента и необходимых условий для снятия металла этим инструментом.

3. Абразивные материалы

Абразивным может быть назван любой материал природного или искусственного происхождения, зерна или порошки которого способны обрабатывать резанием поверхность твердых тел.

В настоящее время применение природных материалов ограничилось из-за дефицита и нестабильности физико-механических характеристик. Широко распространены искусственные материалы, которые в зависимости от химического состава имеют различную форму зерна и физико-механические свойства.

Электрокорунд- искусственный абразивный материал, состоящий в основном из корунда а = = А1₂0з (оксида алюминия) и изготовляемый плавкой в электропечах. В зависимости от содержания оксида алюминия и различных примесей выпускают нормальный электрокорунд марок 13А, 14А и 15A. Цвет зерен - от розового и светло-коричневого до темно-коричневого. Белый электрокорунд содержит от 98 до 99% оксида алюминия, получают его плавкой глинозема в электропечах. Он имеет маркировку 23А, 24А и 25А. Цвет зерен-бело-розовый или белый. Хромистый (технический рубин), титанистый (технический сапфир) и циркониевый электрокорунды соответствен но марок ЗЗА и 34А; 37А; 38А также получают в электропечах из глинозема с добавками 0,4-1,2% Сг₂0₃; диоксида титана; циркониевой руды и диоксида циркония. Электрокорунд в виде монокристаллов - монокорунд- изготовляют из глиноземсодержащего и серосодержащего сырья разложением оксисульфидного шлака. Имеет марки 43А, 44А и 45А.

Карбид кремния, содержащий около 97 - 99% SiC и незначительное количество других минералов, получают в электропечах сопротивления. Промышленность выпускает две разновидности карбида кремния - зеленый (марок 63С, 64С) и черный (марок 53С, 54С).

Карбид бора, получаемый в дуговых электропечах, представляет собой искусственный материал состава В₄С и содержит до 29% В₄С и 1,5% свободного углерода. В 1957 г. было получено новое вещество - кубический нитрид бора, из которого в СССР выпускают абразивный материал под названием эль-бор (условное обозначение Л).

Природный алмаз, состоящий из углерода с незначительным количеством примесей, является минералом, добываемым из коренных или россыпных месторождений. Алмаз хрупок, но способен царапать любые минералы и вещества, встречающиеся в природе. Добыча алмазов сопряжена с большими трудностями, так как даже в богатых месторождениях в одной тонне породы содержится всего от 0,02 до 0,1 г алмазов. Поэтому для абразивных инструментов в основном используют синтетические алмазы. Природный алмаз имеет условное обозначение А, синтетический АС, синтетические поликристаллические материалы-АР (АРВ1, АРК4, АРСЗ), с добавлением условного обозначения типа алмазного поликристалла.

Материалы, из которых изготовляют абразивные зерна инструментов, обладают различной режущей способностью - способностью при взаимодействии с обрабатываемым материалом разрушать его. Режущая способность характеризуется отношением массы снятого материала к массе израсходованного абразивного материала в заданных условиях их взаимодействия. Режущая способность природных и синтетических алмазов принята за единицу. Остальные абразивные материалы обладают меньшей режущей способностью.

Высокая твердость абразивных материалов необходимое условие их способности производить резание. Сравнивая данные по режущей способности и микротвердости различных абразивных материалов, можно отметить, что чем тверже материал, тем выше его режущая способность, и наоборот.

Установки гидроабразивной резки

Гидроабразивная резка - вид обработки материалов резанием, где в качестве режущего инструмента вместо резца используется струя воды или смеси воды и абразивного материала, испускаемая с высокой скоростью и под высоким давлением. В природе подобный процесс, протекающий естественным образом, называется водной эрозией.

В основе технологии гидроабразивной резки лежит принцип эрозионного воздействия смеси высокоскоростной водяной струи и твёрдых абразивных частиц на обрабатываемый материал. Физическая суть механизма гидроабразивной резки состоит в отрыве и уносе из полости реза частиц материала скоростным потоком твердофазных частиц. Устойчивость истечения и эффективность воздействия двухфазной струи (вода и абразив) обеспечиваются оптимальным выбором целого ряда параметров резки, включая давление и расход воды, а также расход и размер частиц абразивного материала.

Преимущества метода гидроабразивной резки

· Гидроабразивная резка оставляет после себя экологически чистые отходы из пены, воды и режущих частиц.

· Отсутствие нагрева при гидроабразивной резке металла делает этот метод пригодным для декоративной разделки цветных сплавов. Струя отлично справляется именно с тонкими и мягкими изделиями. Ширина реза при этом гораздо меньше, чем при любом другом методе раскроя, а скорость обработки достаточно высокая.

· Оборудование для гидроабразивной резки создает конусность кромки при раскрое толстых листов. Как эта проблема и решается: в управляющую программу вводятся специальные поправки, которые наклоняют сопло, создавая угол, компенсирующий уход шва от нормали.

· Чем выше скорость гидроабразивной резки, тем более грубым получается раскрой. Особенно это заметно на толстых деталях, покрывающихся своеобразными дугами по кромкам. Данный дефект можно устранить, снизив немного скорость движения сопла, но это вызовет пропорциональное увеличение расхода абразивного вещества, воды и энергии. Поэтому решение о дополнительной обработке швов иными методами принимается сообразно обстоятельствам и нуждам производства.

· Что действительно замечательно в данном способе, так это возможность раскроя любого материала на одном и том же оборудовании. От керамической плитки до нержавеющей стали.

Недостатки данной технологии

· Недостаточно высокая скорость реза тонколистовой стали;

· Ограниченный ресурс отдельных комплектующих и режущей головки.

· Высокая стоимость абразива (расходный материал)

· Коррозия металла

При помощи гидроабразивной струи резать можно практически любые материалы:

· черные металлы и сплавы;

· труднообрабатываемые легированные стали и сплавы (в том числе: жаропрочные и нержавеющие);

· цветные металлы и сплавы (медь, никель, алюминий, магний, титан и их сплавы);

· композиционные материалы;

· керамические материалы (керамогранит, плитка);

· природные и искусственные камни (гранит, мрамор и т.д.);

· стекло и композиционное стекло (триплекс, бронестекло, армированное стекло, стеклотекстолит и т.п.);

· пористые и прозрачные материалы;

· сотовые и сэндвич-конструкции;

· бетон и железобетон.

Резка мягких материалов, таких как полиуретан, поролон и другие пеноматериалы, пластмассы, кожаные изделия, картон, ткани и т.п. осуществляется только струей воды без добавления абразива. Применяется также и в пищевой сфере, для порезки и порционирования пищевых продуктов.

Принцип работы

· Вода, сжатая одним из основных компонентов системы - насосом высокого давления до давления 4000 бар или более, проходит через водяное сопло, образующее струю диаметром 0,2-0,35 мм, которая попадает в смесительную камеру.

· В смесительной камере происходит смешивание воды с абразивом (гранатовым песком) и далее она проходит через второе, твердосплавное сопло с внутренним диаметром 0,6-1,2 мм.

· Из этого сопла струя воды с абразивом выходит со скоростью 1000 м/сек и попадает на поверхность разрезаемого материала.

· Гидроабразив является станком для обработки «холодным резанием», которая не производит нагрева обрабатываемой поверхности и окаливания краев.

Размещено на Allbest.ru