Tehnička škola Zenica Godina : 2012/2013

Maturski rad iz Konstrukcije Alata

Tema: Obrada na brusilicama

Učenik : Profesor :

Sarajlić Ferhat Jahić Jasminka dipl.ing.maš

Uvod :

1.1. Brušenje- Brušenje je najčešći postupak završne obrade rezanjem a koristi se i kao postupak grube obrade.Kao završna obrada javlja se u svim slučajevima kada je potrebno poboljšati kvalitet obrađene površine posle grube obrade ako su dijelovi termički obrađeni. Kao gruba obrada, brušenje se koristi kod čišćenja otkivaka i otkovaka (skidanje oksidnog sloja). Danas se brušenje često izvodi kao jedina obrada (grubo završna) pri obradi odlivaka i otkovaka, kao i pri obradi mašinskih dijelova iz punog materijala bez prethodne obrade struganjem ili glodanjem (tzv. duboko brušenje). ), ravne i profitne (složene) površine, a koristi se i za oštrenje alata pri njihovoj izradi i eksploataciji. Brušenje se izvodi alatima koja se zovu tocila. Tocila se sastoje od velikog broja abrazivnih zrna koja su međusobno povezana vezivnim materijalom u jednu cjelinu određenog oblika i dimenzija. Abrazivna zrna imaju po svom obimu veći broj oštrih ivica (sječiva) koja u kontaktu sa materijalom skidaju strugotinu sa obratka. Pri tome u rezanju istovremeno učestvuje veći broj abrazivnih zrna, te se pomoću njih odvaja mnoštvo sitnih strugotina.Na slici 1. prikazana je šema zone rezanja pri brušenju, sa koje se uo-čava da veći broj zrna abraziva zahvata materijal obratka i skida strugotinu (slično kao zubi glodala). Pri tome točilo (1) izvodi glavno obrtno kretanje (obimnom brzinom vt koja predstavlja brzinu rezanja), dok se obradak (2) po- V- mera aksijalno (izvodi pomoćno kretanje brzinom v0 sa korakom s po obrtaju točila).Glačanje je najfiniji postupak završne obrade koji se izvodi pomoću abraziva. Pri tome se obrada izvodi pomoću vrlo sitnih zrnaca abraziva (praha), koja mogu biti povezana vezivnim materijalom u jednu celinu (letvice ili bele- gije za glačanje), ili u vidu suspenzije abraziva i određene tečnosti (pasta za glačanje). Postupak obrade pastom za glačanje naziva se lepovanje, a obrada pomoću belegija (»vezanog« abraziva) naziva se honovanje. Na slici 2. da- ta je

2

principijelna šema postupka obrade glačanjem gde je: (1) obradak (koji se pritiskuje određenom silom), (2) abrazivno zrno, (3) tečna faza i (4) alat za glačanje (obično ploča od sivog liva pri obradi ravnih površina).

Sl.1.1. Šema procesa obrade brušenjem ( 1 Tocilo,2 Obradak)

3

Sl 1.2. Šema procesa obrade glačanjem pomoću abrazivne paste

1.2.Alati za brušenje-

- Alati za brušenje i glačanje (tocila, belegije) se sastoje od abrazivnog materijala (sredstva za brušenje) i vezivnog materijala (veziva) koji povezuje abrazivna zrna u jednu celinu. Ove dve komponente se međusobno mješaju (u određenom odnosu), presuju u kalupe određenog oblika a zatim se dobijeni otpresci peku na visokoj temperaturi da bi dobili neophodnu čvrstoću. Tako dobijena struktura alata za brušenje je dosta porozna, a procenat pora zavisi od sadržaja abraziva i veziva (tako na primer, postoje tocila sa 50% zapremine abraziva, 10% zapremine veziva i 40% zapremine pora).

1.2.1. Vrste i karakteristike abrazivnog materijala i veziva

- Abrazivni materijal (sredstvo za brušenje) je u obliku zrnaca različitog oblika i dimenzija, a prema načinu dobijanja može biti prirodnog i vještačkog porijekla. Od prirodnih abrazivnih materijala (nalaze se u prirodi) najpoznatiji su korund, kvarc i dijamant. Za izradu tocila i alata za glačanje češće se koriste vještački abrazivni materijali, koji se dobijaju određenim tehnološkim postupcima od odgovarajući h polaznih sirovina. To su elektrokorund (na bazi A1203), silicijumkarbid (SiC), borkarbid, sintetički dijamant i kubni nitrid bo-ra.Najčešće se za izradu alata za brušenje i glačanje (tocila, belegije) koriste elektrokorund i silicijum karbid, dok se za obradu teško obradivih materijala danas takođe široko primenjuju i tocila sa dijamantom (dijamantska tocila) odnosno kubnim nitrid bora.

Korund ima u svom sastavu veliki procenat aluminijum-oksida, a nalazi se u prirodi u vidu blokova. Pored velike tvrdoće ima i dobru lomnu sposobnost (obrazovanje oštrih ivica). Koristi se za poliranje stakla.Prirodni dijamant predstavlja najtvrđi mineral koji se nalazi u prirodi, a koristi se za obradu vrlo tvrdih i krtih materijala (tvrdi metali, keramika, mermer, staklo i dr.).

4

Elektrokorund se dobija u elektropećima iz boksita, a u zavisnosti od procenta sadržaja A1203 razlikuju se: normalni (oznaka A), beli ili plemeniti (oznaka B), monokorund i legirani elektrokorund.Normalni elektrokorund sadrži 92—95% A1203 a najviše se koristi za izradu tocila za brušenje legiranih konstrukcijskih čelika, za grubo brušenje (čišćenje odlivaka i otkovaka) kod tocila sa bakelitnim vezivom. Plemeniti elektrokorund (bijele i ružičaste boje) sadrži između 97—98% A1203, ima već čvrstoću od normalnog elektrokorunda te se koristi kod tocila za brušenje legiranih i alatnih čelika, za oštrenje reznih alata, brušenje navoja.Monokorund je sa sadržajem A1203 u granicama 97—98%, ima dobru čvrstoću i veliku reznu sposobnost. Koristi se za obradu visokolegiranih čelika i specijalnih legura.Legirani elektrokorund sadrži hrom oksid, oksid titana ili oksid cirkoni- juma. Tocila od legiranog elektrokorunda se koriste za brušenje pri intenzivnijem režimu obrade.Tvrdoća elektrokorunda je u granicama od 1800 — 2800 daN/mm2, a toplotna izdržljivost od 1700 do 1800°C.Silicijum-karbid se dobija topljenjem kvarenog peska i koksa u specijalnim pećima. U zavisnosti od sadržaja razlikuje se crni (sa 96—98% SiC) i zeleni (sa 97-98,5% SiC).Silicijum-karbid ima veću tvrdoću od elektrokorunda, ima veću krtost i sposobnost obrazovanja oštrih ivica, te se koristi za brušenje i glačanje različitih materijala (osim čelika): sivog liva, obojenih metala, stakla, tvrdih metala, kamena, plastičnih masa. Ima toplotnu otpornost od 1300—1400°C. Oznaka silicijum-karbida je CZ (zeleni) i CC (crni).Bor-karbid (B4C) ima tvrdoću između 4000—5000 daN/mm2 i toplotnu izdržljivost od 700 do 800°C. Primjenjuje se najčešće za izradu pasti za glačanje materijala velike tvrdoće.

Sintetički dijamant i kubni nitrid bora dobijaju se procesom sinteze od grafita, odnosno nitrida bora pri veoma visokom pritisku (do 100.000 bari) i temperaturi oko 2000° C. Sintetički dijamant danas ima vrlo široku primjenu za brušenje vrlo tvrdih i krtih materijala (tvrdi metali, staklo, keramika), a kubni nitrid bora za obradu teško obradivih čelika i specijalnih legura (visoko- legirani konstrukcijski i alatni čelici). Osim vrste, značajni su veličina i oblik zrnaca abraziva. Pri tome se

5

veličina zrnaca (krupnoća) još uvjek najčešće označava brojevima koji se odnose na broj petljica sita (pomoću kojih se sortiraju zrna po veličini) po dužnom colu. Postoje sledeće krupnoće zrna abraziva: vrlo gruba (8,. 10, 12, 16), gruba (20, 24,30, J6), srednja (46, 54, 60, 70), fina (80, 90, 100, 120), vrlo fina (150, 180, 220, 240) i osobito fina (280, 320, 400, 600).Oblik; zrnaca zavisi od vrste abraziva (najčešće su to oblici oktaedra, tetraedra, kvadra). Pri tome se zrna pojedinih vrsta abraziva razlikuju: po stepenu razudenosti površine (broj oštrih vrhova), odnosu dužine i širine, poluprečniku zaobljenja i uglu vrhova.Vezivni materijal (vezivo) tocila može biti neorganskog i organskog porekla.Neorganska veziva su na bazi gline (keramičko), stakla, metala, a organska veziva su najčešće na bazi prirodnih i vještačkih smola. Organska veziva posjeduju veču čvrstoću i žilavost, zbog čega se koriste kod tocila za brušenje pri većim brzinama rezanja kao i pri završnom brušenju. Od organskih veziva najčešće je u primjeni tzv. bakelitno vezivo koje se označava sa B.Keramičko vezivo (oznaka V) koristi se najčešće kao vezivni materijal tocila. Ima dobru toplotnu otpornost i obezbjeđuje dobro održavanje profila tocila. Koristi se kod tocila koja rade pri brzini rezanja do 65 m/s.Silikatno vezivo (oznaka S) je na bazi tečnog stakla, a karakteriše ga manja čvrstoća (odnosno lakše ispadanje zrna abraziva), u odnosu na keramičko, a time i intenzivnije samooštrenje tocila.Magnezitno vezivo ima manju čvrstoću i osjetljivo je na vlagu, a koristi se za tocila koja rade pri brzini rezanja do 20 m/s (npr. ručno oštrenje alata).

Metalna veziva su na bazi legura bakra, kalaja, gvožđa, aluminijuma i drugih metala. Imaju veliku čvrstoću i koriste se najčešće za izradu dijamantskih tocila.Najvažnije osobine veziva su čvrstoća i frikciona svojstva i od njih zavise otpori rezanja i temperatura brušenja, trošenja tocila i kvalitet obrade.

1.4.Osnovne operacije obrade brušenjem i vrste brusilica-

1.4.1Osnovne operacije obrade brušenjem

6

U zavisnosti od oblika površine koja se obrađuje, sve operacije obrade brušenjem mogu se svrstati u tri grupe:(1) brušenje spoljašnjih i unutrašnjih rotacionih površina (kružno ili okruglo brušenje),(2) brušenje ravnih površina (ravno brušenje) i(3) brušenje složenih površina (brušenje zavojnih površina, brušenje zuba zupčanika, profilno brušenje, kopirno brušenje i drugo).Pri tome se svaka grupa može podeliti u zavisnosti od oblika točila, položaja radne površine, načina postavljanja pripremka na mašinu, pravca pomoćnog kretanja, veličine dubine brušenja i dodatka za brušenje itd.

Tako se brušenje ravnih površina može izvoditi obimnom površinom ko- turastog točila (obimno brušenje) ili čeonom površinom lončastog točila (čeo- no brušenje). Ravno brušenje se može izvoditi i segmentnim tocilima ili prstenastim tocilima.Prema pravcu pomoćnog kretanja brušenje može biti sa uzdužnim (uz-dužno brušenje) ili sa poprečnim pomoćnim kretanjem (poprečno brušenje)./' U zavisnosti od načina oslanjanja i stezanja obratka postoji brušenje iz- ( među šiljaka, brušenje bez šiljaka, sa stezanjem obratka u steznu glavu ili sa stezanjem obratka na radni sto brusilice. Prema veličini dubine brušenja u odnosu na dodatak za obradu razlikuje | se brušenje u više prolaza pri maloj dubini rezanja (višehodno brušenje) i brušenje u jednom hodu (tzv. duboko brušenje).U zavisnosti od brzine rezanja koristi se postupak brušenja pri konvencionalnoj brzini rezanja (oko 30 m/s) i brušenje pri povišenoj (i visokoj) brzini rezanja koja se danas kreće do 100 m/s i više.

1.3.Osnovne vrste brusilicaOsnovna podela brusilica je ista kao i podela osnovnih operacija obrade brušenjem. Prema tome se razlikuju sledeći tipovi brusilica: ----brusilice za brušenje spoljašnjih rotacionih površina (brusilice za spo- ljašnje kružno brušenje sa oslanjanjem obradaka između šiljaka),- brusilice za brušenje spoljašnjih cilindričnih površina bez šiljaka,- brusilice za unutrašnje brušenje (cilindričnih i koničnih površina),- brusilice za spoljašnje i unutrašnje brušenje (univerzalne brusilice),- brusilice za ravno brušenje,

7

- brusilice za oštrenje alata (univerzalne i specijalne za pojedine tipove alata)- specijalne brusilice (za brušenje navoja, brušenje zuba zupčanika, profilne brusilice i dr.).U narednim tačkama biće detaljnije reči o karakteristikama i operacijama obrade brušenjem na pomenutim osnovnim vrstama brusilica.1.4. Brusilice za okruglo brušenjeU grupu brusilica za okruglo (kružno) brušenje ubrajaju se brusilice za spoljašnje kružno brušenje između šiljaka, brusilice za brušenje bez šiljaka, brusilice za unutrašnje brušenje kao i univerzalne brusilice (za unutrašnje i spoljašnje brušenje) i specijalne brusilice.1.4.1. Brusilice za spoljašnje kružno brušenjeNa brusilicama za spoljašnje kružno brušenje obrađuju se spoljašnje cilindrične i konične površine a mogu se obrađivati i rotacione profilne površine. Cilindrične i konične površine veće dužine obrađuju se pri uzdužnom pomoćnom kretanju radnog stola mašine sa obratkom, a površine manje dužine pri poprečnom pomoćnom kretanju točila (poprečno brušenje). U svim slučajevima točilo izvodi glavno obrtno kretanje i pomoćno poprečno kretanje a obradak potrebna pomoćna (obrtna i aksijalna) kretanja. Osim toga, brušenje na ovakvim brusilicama se izvodi koturastim tocilima ili tocilima složenog profila.Na slici 3. prikazana je šema spoljašnjeg kružnog uzdužnog brušenja cilindrične površine i to u više hodova (a) i u jednom hodu — duboko brušenje (b). Točilo (prečnika Dt i širine B) se obrće brojem obrtaja n„ dok se obradak (postavljen između šiljaka) obrće brojem obrtaja n„ i aksijalno (uzdužno) pomera brzinom vu (korak po obrtaju obratka je su). Pri tome točilo ima veći hod od dužine obratka. Posle svakog hoda (ili duplog hoda) točilo se primiče ka obratku za dubinu brušenja a. Međutim, kod dubokog brušenja ukupan dodatak za obradu (tj. sa jedne strane 5/2) skida se obično u jednom prolazu ali je pri tome brzina aksijalnog (uzdužnog) kretanja obratka (vu) znatno manja nego pri višehodom brušenju.

8

Sl 1.3. Šema spoljašnjeg kružnog uzdužnog brušenja između šiljaka

Cilindrične površine male dužine bruse se pri poprečnom pomjeranju tocila brzinom vp do skidanja ukupne veličine dodatka 8/2 (sl. 1.4.a). Na sličan način se bruse i spoljašnje profilne rotacione površine, s tim što točilo ima profilni oblik (si. 1.4.b).Na brusilici za spoljašnje kružno brušenje mogu se obrađivati i stepenas- te površine i to cilindrične i čeone istovremeno (sl. 1.4.c). Pri tome se točilo zakreće za ugao p i pomera ka obratku upravno na svoju osu. Ovakvo brušenje se može izvoditi jednim (profilisanim) tocilom ili snopom (dva i više) tocila.

Sl.1.4. Šema spoljašnjeg kružnog poprečnog brušenja (a), profilnog(b)i istovremenog brušenja više površina(c)

9

Sl.1.5. Brusilica za spoljašnje kružno brušenje između šiljaka sa podistemima:I-nosač tocila,II-prenosnik za obrtno kretanje obratka,III-postolje sa radnim stolom i IV-nosač šiljka

Brusilice za spoljašnje kružno brušenje izrađuju se različite veličine (zavisno od dužine brušenja) i stepena tačnosti. Na slici 1.5. prikazana je jedna ovakva brusilica srednje veličine sa osnovnim podsistemima: 1 nosač točila (sa glavnim vretenom i pogonskim elektromotorom), II

10

prenosnik za pomoćno obrtno kretanje obratka, III — postolje sa radnim stolom i IV — nosač šiljka (konjic). U postolju brusilice (ispod radnog stola) nala/.i se hidraulični prenosnik za poprečno pomeranje nosača tocila kao i za pogon aksijalnog pomoćnog kretanja radnog stola. Na prednjoj strani postolja su smeštene komandne ručice i dugmad za uključivanje pojedinih kretanja nosača tocila, radnog stola i prenosnika za obrtno kretanje obratka (ručno ili automatski).Na brusilicama za spoljašnje kružno brušenje između šiljaka se mogu obrađivati konične površine manje i veće dužine. Konusi manje dužine se mogu brusiti na dva načina: zakretanjem prenosnika za pomoćno obrtno kretanje obratka (vretenište obratka označeno sa II na slici 1.5.) ili zakretanjem nosača tocila oko vertikalne ose. Konične površine veće dužine obrađuju se brušenjem zakretanjem radnog stola na uzdužnom klizaču brusilice. Na slici 1.6. prikazane su šeme brušenja konusa manje dužine i to zakretanjem nosača tocila (a), zakretanjem vreteništa obratka (b), odnosno brušenja konusa veće dužine zakretanjem radnog stola (c). Na slici 1.7. prikazan je k r a j radnog stola sa elementima za određivanje ugla zakretanja pri brušenju konusa veće dužine.

Sl.1.6. Postupci brušenja konusa manje (a,b) i veće dužine (c)

11

Sl.1.7. Desni kraj radnog stola brusilice

1.4.2 Brusilice za spoljašnje kružno brušenje bez šiljaka

Brušenje spoljašnjih cilindričnih površina istog prečnika i veće dužine obično se izvodi na brusilicama za brušenje bez šiljaka. Na slici 1.8. prikazan je princip brušenja na brusilici bez šiljaka, i to obradaka veće dužine pri uzdužnom brušenju (a) i obradaka manje dužine pri poprečnom brušenju (b). U prvom slučaju obradak (4) se nalazi na podupiraču (3) između radnog tocila (1) i vodećeg tocila i točka (2). Pri obrtanju vodećeg tocila obrće se i obradak (obimnom brzinom v0), dok se radno tocilo obrće obimnom brzinom v, (brzina rezanja). Da bi se obezbedilo uzdužno kretanje obratka (brzinom vu), osa vodećeg tocila je zakošena za ugao a u odnosu na osu obratka i radnog tocila.U slučaju poprečnog brušenja bez šiljaka (si. 1.8.b) ose radnog i vodećeg točila (točka) su paralelne, a pri brušenju se vodeći točak primiče ka radnom tocilu brzinom vp (mm/min).

12

Sl.1.8. Šema spoljašnjeg kružnog brušenja bez šiljaka :(a) uzdužno ,(b)poprečno brušenje

Sl.1.9. Izgled brusilice za brušene bez šiljaka (a) sa detaljem radne zone mašine (b)

Na slici 1.9. prikazan je izgled jedne brusilice za spoljašnjc brušenje bez šiljaka gde je: (1) radno tocilo, (2) vodeće tocilo, (3) podupirač obratka,nosač radnog tocila, (5) nosač vodećeg tocila, (6) postolje mašine i (7) uređaj za poravnavanje radnog tocila. Na slici 1.9.b prikazan je detalj radne zone ove brusilice, odakle je bolje uočljiv međusobni položaj radnog i vodećeg tocila kao i podupirača (oslonca) obratka.1.4.3. Brusilice za unutrašnje brušenje-Brusilice za unutrašnje brušenje primenjuju se za obradu cilindričnih, koničnih i profilnih unutrašnjih površina. Unutrašnje brušenje može biti sa uzdužnim pomoćnim kretanjem obratka (uzdužno brušenje) ili sa poprečnim pomoćnim kretanjem tocila (poprečno brušenje). Pri tome se obradak postavlja u odgovarajući stezni pribor (stezna glava,

13

stezna čahura), dok se tocilo nalazi na glavnom vretenu. Brušenje se može izvoditi u toku više hodova pri maloj dubini rezanja ili pri istovremenom zahvatanju cijelog dodatka za obradu (duboko brušenje).Na slici 1.10. prikazane su šeme unutrašnjeg uzdužnog (a), dubokog (b) i unutrašnjeg poprečnog brušenja (c). U prvom i drugom slučaju hod tocila je veći od dužine otvora, dok je u trećem slučaju širina tocila B veća od dužine površine koja se obrađuje.

Sl.1.10 Šema unutrašnjeg brušenja: sa uzdužnim pomoćnim kretanjm obratka (a),dubokog brušenja (b) i poprečnog brušenja (c)

- Unutrašnje brušenje se izvodi na brusilicama za unutrašnje brušenje koje se koriste u serijskoj proizvodnji. Na slici 1.11. prikazan je izgled jedne brusilice.

Sl.1.11.Izgled brusilice

14

1.4.4 Brusilice za ravno brušenje

- Brušenje ravnih površina se može izvoditi obimnom površinom koturastog tocila i čeonom površinom lončastog tocila (odnosno segmentnog tocila). Osim toga, ravno brušenje se može izvoditi na brusilicama sa kružnim kao i na brusilicama sa pravougaonim radnim stolom.

Sl.1.12. Šeme ravnog brušenja obimom koturastog tocila na brusilici sa pravougaonim radnim stolom

- Na slici 1.12. prikazane su šeme brušenja ravne površine obimom koturastog tocila (obimno brušenje) i to: kada je širina tocila veća od širine površine koja se obrađuje a brušenje se izvodi u toku više prolaza pri maloj dubini brušenja (a) i pri dubokom brušenju (b), odnosno kada je širina tocila manja od širine površine obratka, tzv. ravno brušenje sa poprečnim korakom pri maloj dubini brušenja (c) i duboko brušenje (d). U prvom slučaju (a, b) obradak izvodi pomoćno aksijalno kretanje brzinom vu(m/min), dok u drugom slučaju obradak posle svakog hoda izvodi poprečno pomeranje za korak sp(mm/ho- du).

15

Na slici 1.13 j prikazana brusilica za ravno brušenje u toku obrade.

Sl.1.13. Brusilica za ravno brušenje

1.4.5 Brusilice za oštrenje reznih alata

- Obrada brušenjem je vrlo važna operacija u procesu izrade reznih alata jer se brušenjem izvodi završna obrada alata pri njihovoj izradi kao i tzv. oštrenje alata u toku eksplatacije. Pri tome se u procesu izrade pojedinih tipova reznih alata najčešće koriste (posebno u serijskoj proizvodnji alata) specijalne brusilice za oštrenje alata (za oštrenje noževa, burgija, glodala, provlaka- ča, ureznika i drugih tipova alata).Na slici 1.14. prikazan je izgled jedne brusilice za oštrenje noževa. Na slici 1.15. je jedna mašina za oštrenje spiralnih burgija, koja takođe omogućava ostvarivanje elemenata geometrije vrha burgije u određenim granicama.

16

Sl.1.14. Brusilica za oštrenje noževa

Sl.1.15. Brusilica za oštrenje burgija

17

18