Szlifowanie i polerowanie rur oraz prętów

Szlifowanie rur i prętów jest specjalistycznym procesem obróbki ściernej, którego celem jest kontrolowane usunięcie warstwy materiału z zewnętrznej powierzchni elementu cylindrycznego. Technologia umożliwia poprawę jakości warstwy wierzchniej, usunięcie wad powstałych podczas walcowania, ciągnienia, toczenia, spawania lub eksploatacji, a w przypadku szlifowania dokładnościowego również nadanie elementowi wymaganej średnicy, okrągłości i walcowości.

Proces może być realizowany jako szlifowanie bezkłowe przelotowe, szlifowanie wcinające, obwiedniowe szlifowanie taśmowe, szlifowanie planetarne lub obróbka cylindryczna. Dobór metody zależy od długości i średnicy detalu, rodzaju materiału, głębokości występujących uszkodzeń oraz wymagań dotyczących dokładności wymiarowej i struktury geometrycznej powierzchni.

Szlifowanie może stanowić samodzielną operację wykończeniową albo etap przygotowawczy poprzedzający polerowanie, chromowanie, natryskiwanie cieplne, malowanie, nanoszenie powłok ochronnych lub montaż elementu w zespole maszynowym.

Na czym polega szlifowanie rur i prętów?

W procesie szlifowania ziarna materiału ściernego oddziałują na zewnętrzną powierzchnię obrabianego elementu, usuwając kontrolowaną warstwę materiału w postaci bardzo drobnych wiórów. Rura lub pręt wykonuje ruch obrotowy i jednocześnie przesuwa się względem narzędzia ściernego albo jest prowadzony pomiędzy zespołem szlifującym i układem regulującym jego ruch.

Prawidłowe prowadzenie procesu wymaga odpowiedniego doboru:

• • rodzaju i gradacji materiału ściernego,
  • prędkości skrawania,
  • prędkości obrotowej detalu,
  • prędkości posuwu wzdłużnego,
  • siły docisku narzędzia,
  • liczby przejść roboczych,
  • rodzaju chłodziwa,
  • sposobu podparcia i prowadzenia elementu.

Parametry technologiczne dobiera się w taki sposób, aby skutecznie usunąć wady powierzchniowe bez powodowania przegrzania, przypaleń szlifierskich, niekontrolowanej zmiany średnicy, pogorszenia prostoliniowości albo nadmiernego osłabienia ścianki rury.

Szlifowanie bezkłowe rur i prętów

Szlifowanie bezkłowe jest wysokowydajną metodą obróbki elementów o powierzchniach cylindrycznych. Obrabiany detal nie jest mocowany pomiędzy kłami. Jego położenie ustalane jest przez podtrzymkę, ściernicę roboczą oraz koło regulacyjne nadające elementowi odpowiednią prędkość obrotową i posuw.

W procesie przelotowym prosta rura lub pręt przechodzi w sposób ciągły przez strefę obróbki. Rozwiązanie to jest szczególnie korzystne w przypadku elementów o stałej średnicy oraz produkcji seryjnej.

Szlifowanie wcinające stosowane jest przede wszystkim do krótszych detali, powierzchni stopniowanych i elementów, które nie mogą swobodnie przejść przez całą strefę szlifowania.

Najważniejszymi zaletami szlifowania bezkłowego są wysoka wydajność, powtarzalność procesu, brak konieczności wykonywania nakiełków oraz możliwość integracji maszyny z automatycznym systemem załadunku, pomiaru i odbioru detali.

Szlifowanie obwiedniowe i planetarne

Szlifowanie obwiedniowe lub planetarne wykorzystywane jest przede wszystkim do usuwania wad powierzchniowych, zgorzeliny, produktów utleniania, zarysowań i śladów technologicznych z całego obwodu rury albo pręta.

W układzie planetarnym zespoły robocze przemieszczają się wokół detalu. Dzięki temu obrabiany element może być prowadzony osiowo bez konieczności wprawiania długiej i ciężkiej rury w ruch obrotowy. Rozwiązanie ogranicza drgania i ułatwia obróbkę długich, smukłych lub wielkogabarytowych elementów.

Zależnie od zastosowanego materiału ściernego proces może mieć charakter intensywnego szlifowania, delikatnego wygładzania, satynowania albo przygotowania powierzchni do polerowania.

Polerowanie rur i prętów

Polerowanie jest końcową operacją wykończeniową, wykonywaną po usunięciu większych nierówności i wad powierzchniowych. Proces wykorzystuje drobnoziarniste materiały ścierne, włókniny techniczne, pasy polerskie oraz odpowiednio dobrane pasty.

Celem polerowania nie jest intensywne zmniejszanie średnicy, lecz stopniowe ograniczenie mikronierówności powierzchni i uzyskanie jednolitego efektu wizualnego lub wymaganej jakości funkcjonalnej.

W zależności od przeznaczenia elementu możliwe jest uzyskanie:

• szlifu kierunkowego,
• powierzchni satynowej,
• powierzchni półbłyszczącej,
• wysokiego połysku,
• wykończenia przygotowanego do pracy z uszczelnieniem,
• powierzchni technicznie wygładzonej,

Jakie wady usuwa szlifowanie rur?

Proces szlifowania pozwala usuwać albo ograniczać między innymi:

• rysy wzdłużne i obwodowe,
• zadrapania i zatarcia powierzchniowe,
• ślady walcowania i ciągnienia,
• ślady po toczeniu, łuszczeniu i obróbce skrawaniem,
• nierównomierną chropowatość,
• płytkie rowki i miejscowe zagłębienia,
• zgorzelinę walcowniczą,
• powierzchniowe produkty korozji,
• tlenki i przebarwienia cieplne,
• pozostałości powłok technologicznych,
• niewielkie wżery korozyjne,
• nierówności w obszarze spoin,
• ślady po usuwaniu spoin,
• zadziory i ostre krawędzie,
• lokalne różnice faktury powierzchni,
• drobne wady po prostowaniu albo transporcie,
• niewielkie odchyłki średnicy i kształtu — w przypadku szlifowania dokładnościowego.

Możliwość całkowitego usunięcia konkretnej wady zależy od jej głębokości oraz dopuszczalnej wielkości naddatku. Głębokie wżery, pęknięcia, rozwarstwienia, znaczne wgniecenia, duża krzywizna osi i poważna owalność nie powinny być maskowane przez nadmierne szlifowanie. Takie elementy wymagają osobnej oceny technicznej, prostowania, naprawy albo wymiany.

Jakie materiały można szlifować?

Technologia umożliwia obróbkę szerokiego zakresu materiałów konstrukcyjnych i funkcjonalnych. W zależności od rodzaju ścierniwa, parametrów procesu i zastosowanego chłodzenia szlifowaniu mogą być poddawane:

• stale niskostopowe,
• stale wysokostopowe,
• stale ulepszane cieplnie,
• stale hartowane,
• stale narzędziowe,
• stale nierdzewne,
• stale kwasoodporne,
• stale austenityczne,
• stale ferrytyczne,
• stale martenzytyczne,
• stale duplex,
• stale żaroodporne i żarowytrzymałe,
• żeliwa,
• aluminium i jego stopy,
• miedź,
• mosiądze,
• brązy,
• stopy niklu,
• stopy kobaltu,
• stopy tytanu,
• elementy pokryte chromem technicznym,
• elementy z powłokami metalicznymi,
• elementy z wybranymi powłokami funkcjonalnymi,
• wybrane tworzywa techniczne,
• wybrane materiały kompozytowe,
• stale konstrukcyjne węglowe.

Dla każdego materiału konieczne jest indywidualne dobranie narzędzia ściernego. Elektrokorund znajduje zastosowanie głównie w obróbce stali, węglik krzemu w obróbce materiałów nieżelaznych i wybranych materiałów twardych, natomiast narzędzia z regularnego azotku boru lub diamentu wykorzystywane są w szczególnie wymagających operacjach dokładnościowych.

W przypadku stali nierdzewnych należy stosować narzędzia przeznaczone wyłącznie do tej grupy materiałów. Zapobiega to zanieczyszczeniu powierzchni cząstkami stali niestopowej i ogranicza ryzyko wtórnej korozji.

Ile materiału usuwa się podczas szlifowania?

Wielkość usuwanej warstwy materiału ustalana jest indywidualnie. Nie istnieje jedna wartość naddatku odpowiednia dla wszystkich rur i prętów.

Podczas delikatnego wygładzania i polerowania zmiana wymiaru jest niewielka. W procesach wykańczających naddatek może wynosić setne części milimetra, natomiast podczas korygowania średnicy lub usuwania głębszych wad możliwe jest usunięcie kilku dziesiątych części milimetra.

Przed rozpoczęciem obróbki analizowane są:

• średnica początkowa i wymiar końcowy,
• minimalna dopuszczalna grubość ścianki,
• głębokość występujących wad,
• prostoliniowość detalu,
• twardość materiału,
• wymagana tolerancja,
• wymagane parametry chropowatości.

W przypadku rur cienkościennych szczególne znaczenie ma ograniczenie nacisku i temperatury procesu. Nadmierne obciążenie może doprowadzić do deformacji przekroju, miejscowego przegrzania lub pogorszenia prostoliniowości.

Zakres obrabianych wymiarów

Zakres średnic zewnętrznych:

Ø 10 – Ø 150 mm

Maksymalna długość elementu:

do 6000 mm

Zakres wymiarowy uzależniony jest od rodzaju materiału, geometrii elementu, wymaganej dokładności, prostoliniowości oraz sposobu prowadzenia detalu przez strefę obróbki.

Możliwość realizacji elementów o wymiarach niestandardowych każdorazowo podlega analizie technologicznej.

Co daje szlifowanie rur i prętów?

Prawidłowo przeprowadzony proces umożliwia:

• uzyskanie jednolitej powierzchni na całym obwodzie,
• poprawę dokładności średnicy zewnętrznej,
• ograniczenie owalności i błędów walcowości,
• zmniejszenie chropowatości powierzchni,
• usunięcie śladów wcześniejszych procesów technologicznych,
• przygotowanie powierzchni do polerowania,
• przygotowanie pod powłoki galwaniczne i lakiernicze,
• przygotowanie pod chromowanie techniczne,
• poprawę warunków współpracy z uszczelnieniami,
• ograniczenie współczynnika tarcia,
• poprawę estetyki elementu,
• zwiększenie powtarzalności jakościowej w produkcji seryjnej.

W przypadku powierzchni współpracujących ruchowo odpowiednia chropowatość wpływa na warunki tarcia, zużycie uszczelnień, utrzymanie filmu smarnego oraz trwałość eksploatacyjną zespołu.

Zalety technologii

Do najważniejszych zalet szlifowania i polerowania rur oraz prętów należą:

• wysoka jakość warstwy wierzchniej,
• możliwość kontrolowanego usuwania materiału,
• wysoka powtarzalność obróbki,
• możliwość uzyskania określonej średnicy i chropowatości,
• skuteczne usuwanie wad powierzchniowych,
• możliwość obróbki elementów długich,
• możliwość realizacji produkcji jednostkowej i seryjnej,
• łatwość automatyzacji procesu,
• możliwość obróbki wielu grup materiałowych,
• przygotowanie powierzchni do dalszych procesów technologicznych,
• możliwość uzyskania wykończenia technicznego lub dekoracyjnego,
• ograniczenie konieczności wykonywania dodatkowej obróbki ręcznej.

Kontrola jakości

Ocena jakości szlifowanych rur i prętów może obejmować:

• pomiar średnicy zewnętrznej,
• kontrolę owalności,
• pomiar walcowości,
• kontrolę prostoliniowości,
• pomiar parametrów chropowatości Ra i Rz,
• kontrolę bicia promieniowego,
• wizualną ocenę jednorodności powierzchni,
• sprawdzenie występowania rys, przypaleń i przebarwień,
• kontrolę grubości ścianki rury,
• dokumentację wyników pomiarów.

Zakres kontroli ustalany jest zgodnie z dokumentacją techniczną, rysunkiem wykonawczym oraz wymaganiami klienta.

Zastosowanie szlifowania rur i prętów

Technologia znajduje zastosowanie w wielu sektorach przemysłu, w szczególności w:

• przemyśle motoryzacyjnym,
• przemyśle lotniczym i kosmicznym,
• hydraulice siłowej,
• pneumatyce,
• budowie maszyn,
• energetyce,
• przemyśle chemicznym i petrochemicznym,
• przemyśle naftowym i gazowniczym,
• przemyśle spożywczym,
• przemyśle farmaceutycznym,
• przemyśle kosmetycznym,
• technice medycznej,
• przemyśle papierniczym i drukarskim,
• kolejnictwie,
• przemyśle stoczniowym,
• budownictwie i architekturze,
• produkcji wyposażenia gastronomicznego,
• produkcji maszyn rolniczych i budowlanych,
• przemyśle górniczym,
• produkcji mebli i elementów dekoracyjnych.

Przykładowe elementy poddawane obróbce

Szlifowaniu i polerowaniu mogą być poddawane między innymi:

• rury precyzyjne,
• rury konstrukcyjne,
• rury ze stali nierdzewnej,
• pręty okrągłe,
• wałki maszynowe,
• tłoczyska hydrauliczne,
• cylindry i walce,
• trzpienie,
• sworznie,
• rolki prowadzące,
• prowadnice,
• osie,
• elementy armatury,
• elementy instalacji technologicznych,
• rury przeznaczone do chromowania,
• elementy po napawaniu lub natryskiwaniu,
• detale przeznaczone do zastosowań dekoracyjnych.