О преимуществах гибких абразивов убедительно

После почти 30 лет развития шлифование абразивной лентой стало относительно самодостаточной новой технологией обработки. Благодаря высокой эффективности обработки, широкому диапазону применения, высокой адаптивности, низкой стоимости использования, безопасной и удобной эксплуатации, технология шлифования абразивной лентой достигла большого прогресса, а объекты обработки и области применения становятся все более обширными. Как технология обработки, абразивная лента имеет ряд преимуществ перед другими режущими инструментами и твёрдыми абразивами.

Сравнивая ресурс ленты и круга было бы некорректно руководствоваться сроком службы инструмента, потому что у гибких и твердых абразивов разная производительность, т.е. количество съёма материала за единицу времени.

Производительность съёма материала (Q_w) или эффективность абразива или эффективность шлифования – это объём материала в мм³, удалённого за единицу времени в секунду на 1 мм ширины шлифовального контакта (т.е. при ширине шлифовального контакта 1 мм). Единица измерения — мм³/мм×с.

Эффективность абразивной ленты можно и нужно рассматривать шире, чем ресурс самого инструмента, а именно:

• высокая скорость удаления материала: Абразивные зерна шлифовальной ленты обладают более сильной режущей способностью, чем абразивные зерна шлифовального круга, поэтому эффективность шлифования лентой очень высока. В настоящее время скорость съема стали при шлифовании абразивной лентой достигла 700 мм³/мм×с (см. примечание), что даже превышает скорость точения или фрезерования. Производительность съёма стружки у абразивного круга гораздо скромнее: при поверхностном шлифовании (съём материала небольшими слоями в результате многократного прохождения круга с маленькой подачей) составляет 1,5-10 мм³/мм×с, а при глубинном шлифовании (съём большого слоя материала за несколько проходов) 10-50 мм³/мм×с.

Высокая производительность съёма материала способствует значительной экономии времени для обработки детали. Проще говоря, с помощью абразивной ленты за одно и то же время можно обработать больше деталей, чем кругом.

При этом при глубинном шлифовании должны использоваться круги мягкие с пористой структурой для того, чтобы круги меньше перегревались и медленнее забивались стружкой. Такие круги имеют ограничения по скорости и легче теряют зерно, а значит имеют низкий коэффициент шлифования и небольшой срок службы).

• высокий коэффициент шлифования (отношение веса удаленного материала заготовки к весу абразивного износа): Коэффициент шлифования ленты значительно превышает коэффициент шлифовального круга, достигая 300:1, или даже 400:1, в то время как шлифовальный круг имеет коэффициент только 30:1.
• энергоэффективность (отношение полезной мощности к потребляемой/номинальной мощности) ленточно-шлифовальных станков в начале развития технологии ленточного шлифования был 80%, что уже тогда опережало станки других типов, а сейчас он достигает 96%. В отличие от ленточно-шлифовальных станков, у шлифовальных станков с абразивным кругом он составляет всего 52%, у фрезерных станков — 57%, а у токарных станков — 65%, поэтому ленточное шлифование по-прежнему является лучшей энергосберегающей технологией обработки.
• при обработке лентой в большинстве случаев не требуется использования СОЖ, так как высокая скорость съёма материала в сочетании с открытой топографией ленты производят эффект «холодного» шлифования. В ходе экспериментов, проведённых в Станочной лаборатории Аахенского университета (Werkzeugmaschinenlabor der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule, Aachen), выяснилось, что при обработке сталей со съёмом металла Q’_w=100 мм³/(мм×с) и чугуна при Q’_w=200 мм³/(мм×с) не происходит термозависимых изменений в зоне обработки на материале. Это свойство абразивной ленты даёт очевидные преимущества: а) качество поверхности шлифуемого материала не ухудшается и не возникает прижогов; б) при холодном шлифовании абразивное зерно инструмента дольше не разрушается, не повреждается и сохраняет режущую кромку; в) технология шлифования лентой в большинстве случаев позволяет использовать оборудование без системы СОЖ, что удешевляет технологию.
• по сравнению с лентой круг отличается большой хаотичностью геометрии шлифовального зерна, и при обработке кругом большая часть энергии превращается в тепло от непродуктивного трения и усилий сжатия. В результате мы имеем дело со сравнительно высокой термической и механической нагрузкой даже при малых объёмах снятого металла. При увеличении производительности съёма металла повышается сила резания и эффективность шлифования, но и продолжается дальнейшее усиление негативных последствий как для инструмента, так и для детали. Результатом является повышенный износ инструмента, проявляющийся в виде механического износа шлифовального круга и/или затупления (зерна). Эти последствия повышения производительности съёма металла усиливаются при затуплении зерна, ведущем к повышению температуры шлифования, что приводит к изменениям структуры поверхности детали. Также нужно принять во внимание, что при более интенсивном съёме металла кругом объём стружки тоже увеличивается, стружка забивает поры и дополнительно перегружает инструмент. А это ещё более увеличивает тепломеханические нагрузки на шлифовальный инструмент и на деталь.
• система шлифования абразивной лентой имеет низкую вибрацию, благодаря тому, что лента имеет небольшой вес, при износе не меняет свой размер и вес, как абразивный круг, а значит имеет стабильную скорость шлифования. Кроме того, упругий шлифовальный эффект абразивной ленты может значительно уменьшить или поглотить вибрацию и удар, возникающие во время шлифования, за счёт эластичной шины контактного ролика.
• при износе круга во время работы снижается его линейная скорость — при одних и тех же об/мин шпинделя уменьшается длина окружности. У ленты скорость постоянная.
• лента эффективна не только в обработке мягких материалов или при финишном шлифовании; лента эффективна для высокопроизводительного съёма труднообрабатываемых материалов. Для такого чернового высокопроизводительного шлифования используют ремни на тканевой основе для более сильных режимов.
• использование ленты более экологично для окружающей среды на производстве: лента производит меньше шума и выбросов по сравнению с кругом, т.к. круг теряет зерно во время работы и, имея более жёсткий контакт с деталью, производит больше шума.
• станки, работающие с абразивной лентой, проще и легче. По сравнению со станком с шлифовальным кругом ленточно-шлифовальный станок имеет простую структуру с короткой цепью передачи. Основные причины: вес абразивной ленты мал, сила шлифования небольшая, вибрация при шлифовании минимальная, и требования к жёсткости и прочности станка намного ниже, чем у станка со шлифовальным кругом. По тем же причинам мобильные ленточно-шлифовальные станки легче и более манёвренны, более эргономичны и требуют меньше усилий от оператора, чем станки с кругом. Замена и настройка ленты организована просто и не требует много времени и усилий. Кроме того, лента не требует балансировки и правки, как круг.
• по сравнению с кругом при обработке лентой её прижим к обрабатываемой поверхности не требует больших усилий (от оператора), т.к. режущая способность абразива ленты выше, чем у круга. Регулируя прижим ленты к обрабатываемой поверхности, можно найти оптимальный баланс производительности шлифования и срока службы ленты.
• площадь прилегания (пятно контакта) у ленты больше, чем у круга
• технология шлифования абразивной ленты имеет высокую адаптивную способность. Абразивная лента может использоваться для плоскостного шлифования, внутреннего шлифования, цилиндрического шлифования и шлифования сложных криволинейных поверхностей. Абразивная лента может обрабатывать трудно шлифуемые детали, например, прецизионный процесс для сверхдлинных и сверхбольших валов и плоских деталей.
• шлифовальная абразивная лента может шлифовать практически все промышленные материалы. В дополнение к материалам, которые могут быть обработаны шлифовальным кругом, она также может обрабатывать цветные металлы, такие как медь и алюминий, и неметаллические мягкие материалы, такие как дерево, кожа и пластик. Особенно эффект «холодного» шлифования лентой делает её более универсальным инструментом при обработке жаропрочных и трудно шлифуемых материалов. Существует множество видов абразивных лент с различными основами, абразивами, типами связки. Существуют также различные спецификации для размера зерна, длины и ширины абразивной ленты, а также различные формы, такие как рулон и кольцо.
• лента даёт лучшее качество обрабатываемой поверхности. Высокое качество поверхности деталей, подвергнутых шлифованию абразивной лентой, в основном проявляется в малом значении шероховатости поверхности, хорошем состоянии остаточного напряжения, отсутствии микротрещин и металлографических изменений на поверхности. С точки зрения шероховатости поверхности, шлифование абразивной лентой в настоящее время может достигать Ra0,01 мм, достигая эффекта зеркального шлифования. Остаточное напряжение на поверхности заготовки при шлифовании абразивной лентой в основном находится в состоянии сжимающего напряжения, и его значение обычно составляет -60~-5 кг/мм², в то время как при шлифовании абразивным кругом из-за теплообразования в месте обработки остаточное напряжение в основном растягивающее, поэтому шлифование абразивной лентой положительно влияет на укрепление поверхности заготовки и улучшение усталостной прочности заготовки.
• безопасность работы – это ещё один аргумент в пользу ленты. Даже при обрыве лента не нанесёт травму оператору, в то время как круг очень опасен в случае его разрушения во время использования. Кроме того, большинство современных станков имеют защитную функцию отключения станка при обрыве ленты.
• Возвращаясь ещё раз к высокой производительности ленты (Q_w), хотелось бы привести убедительные примеры того, что применение ленты давно вышло за рамки полирования и финишного шлифования.

СРАВНЕНИЕ С ТОКАРНЫМ ИНСТРУМЕНТОМ

Задача: черновая обработка дисков сцепления (Ø 180 мм, ширина 32 мм) из серого чугуна GG 25 – уменьшение припуска на 2 мм. Используемые инструменты: токарный резец с керамической пластиной с 8-мью режущими кромками против высокопроизводительной абразивной ленты с крупным цирконий-алюминиевым зерном (36) на тканевой основе (полиэстер).

При сравнении времени обработки детали двумя способами – абразивной лентой и токарным инструментом – особенно видно, что при шлифовании лентой производительность съёма металла достигает огромных величин. Высокоэффективное шлифование лентой даёт 40% экономии времени при съёме металла Q’_w=200 мм/(мм×с).

Несмотря на такую высокую производительность съёма металла, одной лентой удалось обработать 1600 дисков сцепления; при этом, естественно, лента тем дольше живёт, чем она длиннее. В выбранном для эксперимента режиме обработки удалось достичь 12% экономии на стоимости инструмента при обработке лентой по сравнению с токарным инструментом.

Рис.5: Сравнение токарной обработки и высокопроизводительной шлифовальной обработки

СРАВНЕНИЕ С ФРЕЗЕРНЫМ ИНСТРУМЕНТОМ

Задача: грубая обработка плит мелкозернистой конструкционной стали (St50) под сварку (рис.6). С края плит нужно было снять фаску, как показано на рисунке, с припуском 11 мм. Используемые инструменты: концевая фреза с 8 карбидными пластинами против высокопроизводительной абразивной ленты с крупным цирконий-алюминиевым зерном (36) на тканевой основе (полиэстер).

Режимы резания: подача на зуб фрезы – 0,315 мм/зуб, подача фрезы – 0,9 мм. Фрезой обработан 1 метр края плиты за 200 секунд.

Лента дала 34% экономии времени по сравнению с фрезой и производительность съёма 80 мм/(мм×с). При обработке шлифовальной лентой уменьшение времени обработки сопровождалось снижением удельных затрат на инструмент на 1 метр края плиты. Затраты на инструмент уменьшились на 20%, с учётом влияния длины ленты (100×2800 мм) на её долговечность и стоимость.

Рис.6: Сравнение высокопроизводительной шлифовальной обработки и фрезерования

Приведённые выше примеры показывают, что использование шлифовальной ленты даёт увеличение скорости обработки даже в сравнении с инструментом с геометрически постоянной режущей кромкой.

На наших предприятиях лента и гибкие абразивы широко применяются в финишной обработке и полировке, но они практически не применяются в черновом шлифовании/обдирке. Современные абразивные ленты способны на бОльшее, и мы хотели именно об этом рассказать вам в нашей статье.

Кроме станков с абразивным кругом:

подвесной обдирочно-шлифовальный станок с абразивным кругом  ЕР 500 (Бразилия);

подвесной обдирочно-шлифовальный станок с абразивным кругом О-400-15 (собственной разработки)

ООО СтанкоФорвард предлагает мобильные станки с абразивной лентой для черновой (не в размер) зачистки поверхностей от дефектов, остатков ЛПС, выступов, припусков и т.п.

— ленточно-шлифовальный станок на подвесной раме ЕР30  (Бразилия)

 — обдирочно-шлифовальный подвесной станок с абразивной лентой Л-25-5,5 (собственной разработки)

— портативный пневматический ленточно-шлифовальный станок В-х36-2

Полагаем, что при обработке крупного литья, которое содержит как большие площади для зачистки, так и более мелкие элементы, эффективно применять разнообразный инструмент и оборудование: круги и ленты, портативные машины и более производительное оборудование, как подвесные станки.

Подвесной станок позволит быстро зачистить большие площади (места обработки), свободные от мелких элементов. Последующую зачистку мелких и недоступных для подвесных станков мест целесообразно провести портативным инструментом. Таким образом, можно заместить подвесными станками значительную часть менее производительного, но более портативного оборудования для его применения только там, где оно наиболее уместно – в узких и небольших по площади зачистки местах.