Как выбрать между твердосплавным и обычным цилиндрическим шлифованием?

У вас есть деталь из закаленной стали, которой требуется идеальная отделка. Вы стоите перед выбором между токарным и шлифовальным станком. Неправильный выбор отнимает время и снижает прибыль.

Выбирайте твердое точение для сложных форм, небольших партий и экологически чистого сухого резания, когда допустимы допуски IT5-IT6. Цилиндрическое шлифование выбирайте для длинных, тонких валов, больших партий, а также если вам нужна субмикронная точность или чистота обработки лучше Ra 0,2 мкм. Твердое точение обеспечивает более быструю настройку, в то время как шлифование гарантирует максимальную стабильность.

В компании J&M Machine Tools мы продаем как токарные станки с ЧПУ, так и круглошлифовальные станки. У нас нет предубеждений. Мы просто хотим, чтобы вы использовали правильный станок для работы. За последние 12 лет мы помогли магазинам в 26 странах принять это решение. Вот как мы разбиваем выбор, основываясь на реальных производственных потребностях.

В чем разница в механизме съема материала при токарной обработке и шлифовании?

Вы можете подумать, что они делают одно и то же. Но они воздействуют на металл совершенно по-разному, и это меняет способ управления нагревом и напряжением.

При токарной обработке используется одноточечный инструмент, который скалывает металл в стружку, сохраняя в ней тепло. При шлифовании используется абразивный круг для резки, вспахивания и истирания поверхности. Токарная обработка основана на механической силе и пластической деформации, а шлифование - на трении и микроабразивном износе, при этом для отвода тепла требуется охлаждающая жидкость.

Чтобы понять разницу, нужно обратиться к физике. Твердое точение функционирует как традиционное точение, но материал намного тверже, обычно более 45 HRC. Мы используем одноточечный режущий инструмент, обычно Поликристаллический кубический нитрид бора (PCBN)¹ или керамики. Инструмент имеет острую кромку. Он проникает в сталь и удаляет материал путем срезания. При этом образуется очаг пластической деформации. Стружка чисто отламывается. Прелесть этого способа заключается в управлении теплом. Около 80% - 90% тепла уходит в стружку, оставляя деталь относительно холодной. Это позволяет сохранить микроструктуру заготовки.

Шлифование - это совсем другое. При ней используется высокоскоростной вращающийся круг, состоящий из тысяч мельчайших абразивных зерен. Эти зерна не просто режут. Они выполняют три действия: режут, вспахивают и трут. Одни зерна режут металл, а другие просто давят на него или трутся о него. В результате трения выделяется огромное количество тепла. В отличие от токарной обработки, это тепло любит впитываться в заготовку. Для предотвращения теплового повреждения почти всегда требуется охлаждающая жидкость. Итак, жесткое вращение² это быстрый и холодный процесс "срезания". Шлифование - это медленный, горячий и точный процесс "истирания".

Почему твердое точение часто оказывается более экономичным для мелкосерийного производства?

Небольшие работы не приносят прибыли, если их настройка занимает слишком много времени. Вам нужен процесс, который сразу же начнет делать стружку, не тратя часы на калибровку станка или правку круга.

Твердое точение дешевле для небольших партий, поскольку выполняется на стандартных токарных станках с ЧПУ с коротким временем наладки. Она позволяет отказаться от дорогостоящих шлифовальных кругов и специальных приспособлений. За один зажим можно обработать несколько деталей, что сокращает время обработки, а сухую стружку легче утилизировать, чем шлифовальный шлам.

Деньги имеют значение в любой мастерской. Если мы рассматриваем малые и средние партии, то твердое точение почти всегда обходится дешевле. Сначала посмотрите на инвестиции в станок. Токарный станок с ЧПУ обычно стоит от 1/3 до 1/2 цены круглошлифовального станка. Вы сразу же экономите капитал.
Во-вторых, обратите внимание на настройку. Шлифование требует сложной калибровки. Необходимо придать кругу идеальную форму и сбалансировать его. Для каждой детали часто требуются специальные приспособления. При токарной обработке используются стандартные держатели. Вы меняете инструмент, загружаете программу и приступаете к работе. Переналадка занимает минуты, а не часы.

В-третьих, процесс упрощается. Твердое точение позволяет "точить вместо шлифовки". За один зажим можно обработать наружный и внутренний диаметры, торцы и канавки. Вам не нужно перемещать деталь на другой станок. Это сокращает трудозатраты и ошибки при обработке.
Наконец, подумайте об окружающей среде. Твердое точение часто является сухим процессом. Вам не нужны дорогостоящие системы охлаждения или утилизация шлама. Сухая стружка чистая и легко перерабатывается. Это делает всю работу чище и значительно снижает ваши счета за коммунальные услуги по сравнению с энергоемким процессом шлифования.

Характеристика	Тяжелый поворот	Цилиндрическое шлифование
Время установки	Короткие (минуты)	Долго (часы)
Стоимость машины	Низкий (1/3 кофемолки)	Высокий
Необходимость в охлаждающей жидкости	Нет (сухая резка)	Essential (охлаждающая жидкость для заливки)
Тип отходов	Чистые, перерабатываемые чипсы	Токсичный измельченный шлам

Как сравниваются возможности обработки поверхности и допуски при твердосплавной обработке и шлифовании?

Вам нужно попасть в определенное число на чертеже. Если вы не уложитесь в допуск, деталь пойдет в отходы. Вы должны знать абсолютные пределы каждого типа станков.

Шлифование выигрывает по предельной точности, достигая допусков IT4 и шероховатости менее Ra 0,1 мкм. Твердое точение достигает IT5-IT6 и Ra 0,2-0,8 мкм, что достаточно для большинства деталей трансмиссии. Шлифование - выбор для зеркальной отделки, а твердое точение подходит для стандартных высокоточных задач.

Это обычно является решающим фактором для наших высококлассных клиентов. Внешнее цилиндрическое шлифование³ по-прежнему остается королем точности. Если в вашей печати требуются допуски размеров на субмикронном уровне (≤1 мкм) или класс IT4, вы должны шлифовать. Если вам нужна "зеркальная" отделка с шероховатостью (Ra) стабильно ниже 0,1 мкм, вы должны шлифовать. Абразивная природа круга создает случайную, перекрестную текстуру, которая является невероятно гладкой. Этот процесс чрезвычайно стабилен и обеспечивает высокие значения Cpk при длительных производственных циклах.

Твердое точение значительно улучшилось. При использовании жесткого станка и качественных инструментов PCBN мы можем достичь допусков IT5 или IT6. Мы можем достичь шероховатости поверхности Ra 0,2-0,8 мкм. Для 80% деталей, таких как шестерни, приводные валы или посадочные места подшипников, этого вполне достаточно. Однако токарная обработка оставляет на детали микроскопическую спиральную линию подачи. Хотя цифры выглядят хорошо, текстура отличается.
Кроме того, твердое точение может вызвать сжимающие остаточные напряжения на поверхности. Это фактически повышает усталостную прочность детали, что является скрытым бонусом. Но для обеспечения абсолютной круглости (в пределах 0,5 микрона) и истинной зеркальной чистоты шлифование остается единственным надежным вариантом.

Как определить, какая геометрия заготовки предпочтительнее - токарная или шлифовальная?

Форма детали часто решает все за вас. Некоторые формы невозможно эффективно отшлифовать, а другие невозможно повернуть, не вызывая вибрации.

Для сложных геометрических форм со ступенями, контурами и коническими поверхностями, требующих обработки за один установ, выбирайте твердое точение. Шлифование выбирайте для длинных, тонких валов (с высоким отношением длины к диаметру) или тонкостенных деталей, которые легко деформируются. Токарная обработка лучше всего справляется с профилями, а шлифование - с прямыми, устойчивыми цилиндрами.

Посмотрите на чертеж вашей детали. Геометрия подскажет вам, какой станок купить. Если деталь сложная, используйте твердое точение. Есть ли в ней ступеньки, конусы, канавки, резьба или сферические контуры? Токарный станок может создавать все эти элементы с помощью одной непрерывной траектории движения инструмента. Вы можете запрограммировать любой контур. Шлифовальный круг широкий и плоский. Он не может легко проникать в узкие углы или вырезать сложные кривые без специального дорогостоящего круга. Токарная обработка позволяет обрабатывать сложные профили и некруглые формы, например кулачки, за один проход.

Однако если деталь конструктивно слабая, используйте шлифование. Вспомните длинный тонкий вал или тонкостенную втулку. Мы называем это высокое отношение длины к диаметру⁴. Если надавить на него токарным резцом, сила резания согнет деталь. Из-за прогиба середина вала окажется толще, чем концы. При шлифовании давление резания очень мало. Оно не выталкивает деталь. Каждый раз шлифование позволяет получить прямой, правильный цилиндр без деформации тонких стенок. Если вы не можете легко вращать деталь или имеете сильно пересекающиеся поверхности, шлифование может быть единственным физическим вариантом.

Заключение

Выбирайте твердое точение для скорости, экологической экономии и изготовления сложных форм малыми партиями. Для длинных валов, деликатных тонких стенок и в тех случаях, когда требуется абсолютная зеркальная точность, выбирайте шлифование.

---