Круглая шлифовка металла:
наружное и внутреннее шлифование

Что такое круглая шлифовка

Круглая шлифовка - это способ финишной механической обработки, при котором абразивный круг снимает тонкий слой металла с поверхности вращения: с наружного диаметра вала, с внутренней стенки отверстия во втулке, с торца буртика. Деталь при этом либо сама вращается вокруг своей оси, либо совершает вращательное движение относительно неподвижной оси круга. Название «круглая» указывает именно на форму обрабатываемой поверхности, а не на форму станка: это семейство операций для тел вращения, в отличие от плоской шлифовки, где обрабатывают плоскости и торцы деталей произвольной геометрии.

От точения круглая шлифовка отличается принципом съёма металла и достижимой точностью. Резец снимает стружку целиком, шлифовальный круг состоит из множества мелких абразивных зёрен, каждое из которых снимает микроскопическую стружку. Это медленнее по объёму снятого металла, зато даёт кратно более высокую точность размера, форму без огранки и низкую шероховатость. Поэтому на практике круглую шлифовку почти всегда ставят финишной операцией после токарной обработки, а не заменяют ею точение целиком.

Круглое шлифование делится на наружное и внутреннее по тому, какая поверхность обрабатывается, а внутри наружного отдельно стоит бесцентровое шлифование как способ базирования детали. Разберём каждый вариант отдельно, потому что оснастка, ограничения по геометрии и типичные задачи у них разные.

Внутреннее круглое шлифование

Внутреннее круглое шлифование обрабатывает отверстия: посадочные места под подшипники и валы во втулках, корпусах и зубчатых колёсах, отверстия в закалённых деталях, где развернуть или расточить металл после термообработки уже нельзя. Шлифовальный круг меньшего диаметра заходит внутрь отверстия и вращается на значительно более высокой скорости, чем при наружном шлифовании, потому что линейная скорость резания зависит от диаметра круга, а диаметр здесь ограничен размером отверстия.

Специфика внутреннего шлифования в том, что круг закреплён на длинной тонкой оправке, склонной к вибрации и прогибу на глубоких отверстиях. Из-за этого внутреннее шлифование строже ограничено по соотношению длины и диаметра отверстия и требует более тщательного охлаждения, чем наружное. Отверстия малого диаметра и большой глубины шлифуются медленнее и дороже, это заранее закладывается в срок и цену.

Режимы по диаметру и материалу

Точных универсальных режимов для круглой шлифовки не существует: скорость круга, скорость вращения детали, продольная подача и глубина прохода подбираются под материал, диаметр, длину детали и требуемую шероховатость. Ниже практический ориентир, который помогает понять порядок величин, а не готовая программа для станка.

На закалённых сталях глубина прохода меньше, чем на сырых: твёрдый металл сильнее греет зону резания и круг быстрее засаливается. На вязких нержавеющих и жаропрочных сплавах режимы также снижают и берут более острый круг, иначе поверхность прижигается. Точные режимы для детали отрабатываются на первом образце партии.

Допуски, квалитеты и шероховатость

Круглая шлифовка - основной способ выйти на точные квалитеты для тел вращения. Ориентировочное соответствие между операцией и достижимой точностью помогает на этапе проектирования детали понять, нужна ли шлифовка вообще или хватит чистового точения.

Параметры шероховатости Ra и Rz и соответствующие им классы заданы ГОСТ 2789-73, числовые значения по конкретному классу сверяем с действующей редакцией документа. На чертеже важно указывать диаметр и допуск, а также требуемую шероховатость и, если она есть, точность формы: овальность, конусность, отклонение от цилиндричности. Без этих данных шлифовщик ориентируется на общий класс точности, а не на реальную задачу узла.

Металлы и твёрдость после закалки

Круглой шлифовке подвергаются практически все конструкционные металлы, но выбор круга и режима сильно зависит от твёрдости и теплопроводности.

• Углеродистые и легированные стали (сталь 45, 40Х, 20Х и другие). Основной объём работы: валы, оси, пальцы, как в сыром, так и в закалённом состоянии.
• Стали после закалки и цементации. Шлифовка - единственный способ точной обработки твёрдого поверхностного слоя, резцом такой металл не берётся.
• Нержавеющие стали. Вязкие, склонны к прижогам и к засаливанию круга, требуют более острого абразива и обильного охлаждения.
• Чугун. Хорошо шлифуется, стружка ломкая, круг работает стабильно.
• Цветные металлы и сплавы. Алюминий и бронза шлифуются мягкими кругами на пониженных режимах, чтобы избежать засаливания пор металлической стружкой.
• Твёрдые сплавы и наплавленные поверхности. Шлифуются кругами на основе карбида кремния или алмаза, это отдельная, более медленная операция.

Возможности по цветным металлам и нержавейке подробнее на странице детали из нержавейки, алюминия и титана, по деталям с термообработкой - на странице детали с термообработкой.

Что учесть при заказе

Чтобы посчитать круглую шлифовку по конкретной детали, до расчёта уточняем несколько вещей.

1. Чертёж с допусками и шероховатостью. Диаметр, допуск, требуемая Ra, точность формы, если она задана отдельно.
2. Материал и состояние заготовки. Сырая сталь, закалённая, цементированная - это разные режимы и разный съём.
3. Какие поверхности шлифуются. Наружные, внутренние или и то и другое, есть ли торцы, которые нужно выдержать перпендикулярно оси.
4. Геометрия детали. Ступени, буртики, резьба рядом со шлифуемым участком определяют, подходит ли бесцентровой способ.
5. Базовые поверхности. Есть ли готовые центровые отверстия или посадочные шейки под люнет.
6. Количество деталей. Единичная деталь и партия обрабатываются по-разному и по разной цене за штуку.