2.2. Механическая подготовка поверхности деталей

Основными способами механической подготовки поверхности де­талей перед нанесением гальванопокрытий являются шлифование, по­лирование, крацевание, абразивная сухая и гидроабразивная обработка.

Главной целью механической подготовки является уменьшение шероховатости поверхности. Чем меньше шероховатость поверхности, тем выше износостойкость деталей и меньше пористость гальваниче­ских осадков, тем лучше гальванопокрытие защищает основу (ме­талл деталей) от коррозии. Требуемую шероховатость принимают с учетом назначения и вида гальванического покрытия.

Шлифование — операция, при которой режущими гранями шли­фовального материала снимается тонкий слой металла, преимущест­венно на участках микровыступов поверхности, сглаживается по­верхность. Съем металла при этом составляет 0,01—0,03 мм, а при использовании крупнозернистого абразивного материала—0,1—0,2 мм.

Шлифование производится с помощью твердых и эластичных шлифовальных кругов. Твердые круги применяются для грубой обра­ботки с целью удаления толстого слоя термической окалины или про­дуктов коррозии. Эластичные круги, на поверхность которых нано­сится шлифовальный порошок различной зернистости, используются для выведения мелких рисок, раковин, микрошероховатостей. Шлифовальным материалом при обработке чугуна и стали является корунд, электрокорунд, наждак, при обработке хрупких материалов — карбо­рунд.

Шлифование кругами осуществляют на одноншпиндельных или двухшпиндельных станках, оборудованных местной вытяжной вентиляцией. Круги закрепляются на шпинделе с помощью спе­циального наконечника или фланцев с гайками. Универсальными кругами являются эластичные круги из сукна, фетра, войлока, кожи, хлопчатобумажных материалов, на рабочую поверхность которых нанесен абразивный материал.

Войлочные круги изготавливаются промышленностью трех типов: грубошерстные, полугрубошерстные и тонкошерстные. Грубошерстные круги используются для предварительной чистовой обработки, полугру­бошерстные и тонкошерстные — для окончательной отделки поверхно­сти, а также значительного уменьшения шероховатости при сохране­нии точности размеров деталей.

Матерчатые круги из хлопчатобумажной ткани набирают из от­дельных дисков и прошивают спиральными, радиальными концен­трическими или параллельными швами. Твердость круга увеличива­ется с уменьшением расстояния между швами (для твердых кругов —5—10 мм, для мягких—15—20 мм).

Эластичные круги перед нанесением на них абразивного слоя под­вергают профилированию, обточке и балансировке. После этого круги сушат, смазывают рабочую поверхность клеем и наносят на нее шли­фовальный порошок накатыванием. Клеевой слой состоит из сто­лярного клея, казеина или жидкого стекла. Столярный клей зали­вают водой из расчета две части воды на одну часть клея и вы­держивают до набухания в течение 10—12 ч. Соотношение количе­ства клея, воды и шлифовального порошка зависит от зернистости аб­разивного материала. Чем больше величина зерна, тем большее ко­личество клея требуется для получения прочного абразивного слоя на круге: так, для абразивного материала зернистостью 16—12 клеевую массу приготавливают из 35—33 % (по массе) клея и 65— 67 % воды, для абразивного материала зернистостью 5—4 из 25—23 % клея и 75—77 % воды. Набухший клей во избежание перегрева нагревают на водяной бане в клееварке при 65—70 °С до получения однородной массы.

Горячий клей наносят последовательно несколько раз на рабочую поверхность круга с промежуточной сушкой каждого слоя. Перед накатыванием на круг шлифовальных зерен порошок нагревают до 40—50 °С, а круг — до 30—40 °С. Направление накатки зерен на круг должно совпадать с направлением ворса круга, и в этом на­правлении должен вращаться круг при шлифовании. Для увеличе­ния срока службы круги можно накатывать 2—3 раза с обязатель­ной сушкой каждого слоя, с повышением давления на круг при на­катывании на него шлифовального порошка, что способствует более глубокому проникновению зерен в клеевой слой. Сушка-аакатанных кругов при 25—30 °С и относительной влажности 50 % произво­дится при однослойной накатке 20—24 ч, при двухслойной на­катке — до 48 ч, при 35— 40 °С — соответственно до 10—12 и 24 ч.

Получение шлифовального слоя можно осуществить за одну операцию, если наносить на круг предварительно приго­товленную смесь клея и шлифовального порошка (на 3—4 части шлифовального порошка берут 6-7 частей клея).

Кроме столярного клея в качестве связующего компонента при нанесении на круг шлифовального порошка можно исполь­зовать жидкое стекло (плотность 1,40—1,45) и казеиновый клей. Клеевая связка на жидком стекле наиболее применима при на­катке на круг крупнозернистых абразивных материалов.

В тех случаях, когда детали обработаны с высокой точ­ностью, их шлифование осуществляется на кругах без клеевого абразивного слоя, а с помощью абразивной пасты, нанесенной на войлочный или матерчатый круг. Для шлифования стальных деталей используется паста состава (масс, доли, %): пылевидного кварца — 60, парафина — 30, олеиновой кислоты—10. Тонкое шлифование производят пастой состава (масс, доли, %): шлифо­вального порошка —75, стеарина—15, смазки УН — 8, керосина — 2. Для тонкого шлифования деталей из меди, алюминия, цин­ка и их сплавов применяют пасту, содержащую 40 % шлифо­вального порошка и 60 % стеарина.

При использовании шлифовальных кругов, бывших в упот­реблении, необходимо предварительно счистить старый слой клея и абразивного материала с помощью ножа, резца или шли­фовального камня и лишь затем нанести новый абразивный слой.

Для шлифования можно использовать вулканитовые круги, изготовленные прессованием резиновой композиции с абразив­ным наполнителем. Такие круги допускают применение при экс­плуатации охлаждающих жидкостей, что позволяет интен­сифицировать процесс обработки деталей, а также обладают большей прочностью, теплостойкостью и долговечностью.

Режим шлифования определяется материалом обрабатывае­мых деталей, частотой вращения круга и его давлением на по­верхность металла. Наибольшая частота вращения требуется при шлифовании деталей простой формы, изготовленных из твердых металлов и сплавов. При шлифовании грубообработанных дета­лей, когда необходимо снять довольно большой слой металла, увеличивают силу прижима деталей к вращающемуся кругу. Ок­ружная скорость (м/с) кругов при шлифовании деталей из раз­личных материалов следующая.

Чугун, сталь, никель, хром 14-28

Медь и ее сплавы 12-24

Алюминий и его сплавы, олово, цинк 10-19

Шлифование становится более эффективным при исполь­зовании эластичных лент или барабанных установок. Эластич­ные тенты позволяют обрабатывать одновременно достаточно большие поверхности, детали сложной конфигурации, применять интенсифицированные режимы обработки благодаря облегчению теплоотвода.

Шлифование эластичными лентами осуществляют на спе­циальных станках. Ленту растягивают на роликах, один из ко­торых является ведущим и обеспечивает вращение ленты с за­данной скоростью. Второй ролик, используемый в качестве опо­ры при обработке плоских поверхностей, покрывают сукном или войлоком. Профилированные детали обрабатывают на сво­бодном участке ленты между роликами.

Шлифование лентами производят в два приема: для пер­вого применяют крупнозернистый абразивный материал, для второго — мелкозернистый. Скорость движения ленты находит­ся в зависимости от конфигурации и материала деталей. Ско­рость движения ленты при шлифовании плоских поверхностей деталей из чугуна, бронзы и стали —15—20 м/с, а цилиндриче­ских поверхностей — 25—30 м/с. Скорость движения ленты при обработке легких металлов составляет — 30—40 м/с, твердых сплавов— 15—18 м/с, титана— 15—18 м/с.

С увеличением натяжения ленты уменьшается шерохова­тость поверхности. Производительность процесса и чистота об­работки повышаются с увеличением скорости движения ленты и давления на нее обрабатываемой детали. Повышение производи­тельности шлифования и полирования осуществляется примене­нием не только эластичных шлифовальных лент, но и барабан­ных установок. В барабанных установках одновременно обраба­тывают большое количество мелких деталей. При вращении ба­рабана и трении деталей друг о друга происходит очистка и не­которое сглаживание поверхности.

Процесс можно ускорить, если вместе с деталями в бара­бан загрузить абразивный или полирующий материал и вести об­работку в жидкой среде. Кислая среда разрыхляет и отделяет от металла пленки окислов, а в щелочной среде облегчается режу­щее действие абразивного материала.

Еще более эффективным для шлифования является ис­пользование вибрационных установок, где обрабатываются дета­ли различной конфигурации, а также детали с внутренними от­верстиями. Для грубого шлифования (снятие грата, окалины, облоя) применяются герметичные барабанные установки, где не происходит потерь абразивного материала и можно использовать материал любой зернистости. При работе с жидкой средой ее не­обходимо часто менять, вследствие накопления продуктов изно­са деталей и абразивного материала. При использовании перфо­рированных барабанов, погруженных в ванну с жидкой средой, обеспечивается непрерывное удаление продуктов абразивного износа и обновление раствора. Перфорированные барабаны при­меняются для чистового шлифования и полирования,

Качество обработки поверхности деталей зависит от коли­чества и зернистости абразивных материалов и их давления на детали. Следовательно, при одинаковой загрузке, чем больше диаметр барабана и меньше его длина, тем выше масса абразив­ного материала, воздействующая на детали, и тем интенсивнее идет обработка. Для барабанов длиной 400— 1000 мм их диа­метр принимают вдвое меньше, а для барабанов длиной 900— 1500 мм — в 1,5 раза меньше длины. Если требуется значитель­ный съем металла, обработку без жидкой среды можно вести в барабане, диаметр которого почти равен его длине (или несколь­ко меньше).

В качестве абразивного материала в барабанах использу­ют бой шлифовальных кругов, мелкие камни, куски гранита, фарфора, шлифовальные порошки. Бой шлифовальных кругов предварительно обкатывают в течение 8—10 ч в барабане для округления острых граней. Для более эффективного уменьшения степени шероховатости и интенсификации процесса шлифования рекомендуется одновременно загружать в барабан различные аб­разивные материалы (как по твердости, так и по размеру). Для шлифования черных металлов рекомендуется применять бой электрокорундовых кругов, крупный кварцевый песок, шлифо­вальные порошки. Для обработки цветных металлов можно использовать куски гранита, мрамора, фарфора, мелкозернистые шлифовальные порошки.

При барабанном шлифовании в жидкой среде используют растворы следующих составов (масс, доли, %): для стали — 0,8 тринатрийфосфата и 0,2 азотистокислого натрия; кальци­нированной соды — 1 и канифоли — 0,5; гидрокснда натрия _ 1—3; хозяйственного мыла — 0,1—0,2; для меди и ее сплавов — 0,5—1 кальцинированной соды; тринатрийфосфата — 0,5—1; для алюминия и его сплавов —0,6—0,8 тринатрийфосфата.

Барабан загружают на 50—80 % его объема, причем соот­ношение объемов, занимаемых деталями и абразивным материа­лом, составляет соответственно 1:4 — 1:8. Относительное уве­личение количества абразивного материала интенсифицирует съем металла.

Вибрационное шлифование можно проводить сухим спо­собом или с применением жидкой среды с еще большей эффек­тивностью. В отличие от шлифования полирование, проводимое с применением специальных паст, сопровождается незначитель­ным съемом металла. Сглаживание микрошероховатостей про­исходит не за счет срезания выступающих участков микро­рельефа шлифовальными зернами, а за счет перераспределения металла по поверхности, вдавливания и растекания его по мик­ровпадинам. При этом большое воздействие на металлическую обрабатываемую поверхность оказывают химические и термиче­ские процессы, происходящие под действием полировочных паст. Поверхность металла под влиянием содержащихся в пастах активных компонентов покрывается тонкими солевыми или окисными пленками. Под воздействием полирующего инстру­мента эти пленки разрушаются, но на обнажившихся участках металла они возникают вновь.

Полирование металлических поверхностей проводят на том же оборудовании, что и шлифование, используя эластичные круги с нанесенными на них полировочными пастами. В состав паст входят тонкие шлифовальные порошки, связующие веще­ства и поверхностно-активные добавки, например олеиновая кислота и сера, оказывающие активирующее действие на поверх­ностный слой металла. Состав паст подбирается с учетом свойств металла обрабатываемых деталей, материала круга и достаточно легкого удаления пасты с поверхности деталей при последующем обезжиривании. Паста должна быть вязкой, эла­стичной, легко смазывать поверхность круга и удерживаться на ней, не засаливать поверхность металла и давать хорошее каче­ство отделки. Обычно пасты содержат 60—70 % абразивного ма­териала и 30—40 % связки.

Абразивным материалом являются окись хрома, окись же­леза (крокус), окись алюминия (глинозем), венская известь (окись кальция с небольшой примесью магния), окись кремния. Связующими веществами являются парафин, стеарин, церезин, техническое сало, активирующими добавками — сера, олеиновая кислота. Вязкость пасты уменьшается при введении в нее скипи­дара или керосина.

Для предварительного полирования используют крупно­зернистые фракции абразивного материала — от МбЗ до М40, а для последующей обработки — от М28 до МЗ.

Для приготовления полировочной пасты сначала расплавляют в металлической посуде связующие жировые вещества на закры­том огне, затем вводят специальные добавки, а потом, при не­прерывном помешивании, всыпают абразив. После получения однородной массы ее отливают в металлические или бумажные формы и охлаждают. Хорошими полирующими свойствами об­ладают пасты ГОИ на основе окиси хрома.

Разработаны воднорастворимая шлифовально-полировочная и полировочная пасты для тонкого шли­фования и полирования деталей из черных и цветных металлов и сплавов, содержащие, наряду с абразивным материалом, зна­чительное количество мыла и глицерина (табл.3). Паста может быть удалена с поверхности металла без применения органи­ческих растворителей, промывкой в горячем 5%-ном растворе кальцинированной соды, что позволяет уменьшить применение огнеопасных и токсичных растворителей на производстве. С це­лью улучшения водорастворимости и полирующих свойств со­став (% по массе) водорастворимой полировочной пасты был изменен на Рижском радиозаводе им. А. С. Попова:

Шлифовальный микропорошок 58

Хозяйственное мыло 17.5

Карбамид 1

Глицерин 5

Сульфанол 0,5

СинтанолДС-10 0,5

Вода 17.5

Для удаления остатков полировочной пасты с поверхности дета­лей их обрабатывают в течение 20—30 с в нагретом до 70-80 °С растворе, содержащем (г/л): гидроксид натрия — 20; метасиликат натрия — 50; кальцинированная сода — 20; тринатрийфосфат — 20.

Таблица 3