Pierwszym etapem obróbki po formowaniu przez odlewanie lub kucie jest frezowanie lub toczenie. Wybór technologii obróbki skrawaniem zależy przede wszystkim od kształtu powierzchni i wymaganej po obróbce chropowatości. Przy kształtach obrotowych stosuje się toczenie, przy kształtach złożonych – frezowanie. Przy kształtach wzdłużnych otwartych można stosować frezowanie i struganie, a przy kształtach wewnętrznych – toczenie, rozwiercanie lub przeciąganie. Podczas obróbki frezowaniem można uzyskać chropowatość na poziomie od Ra 25 przy frezowaniu zgrubnym nawet do Ra 0,8 i niższej w zależności od parametrów skrawania oraz rodzaju obrabianego metalu.

Jeśli konieczne jest uzyskanie jeszcze mniejszej chropowatości, konieczna jest zmiana narzędzia i dalsza obróbka za pomocą szlifowania. Podczas obróbki zgrubnej stosuje się papier ścierny o grubym ziarnie, który pozostawia na powierzchni obrabianej widoczne i głębokie rysy. Aby rysy te zlikwidować, stosuje się papier ścierny o większej gradacji, czyli o mniejszym ziarnie. Dzięki użyciu takiego ścierniwa usuwa się wierzchnią warstwę materiału, powodując, że powstałe wcześniej zarysowania stają się płytsze, co przekłada się na zmniejszenie chropowatości powierzchni. W wielu przypadkach obróbki maszynowej nie stosuje się papieru ściernego, lecz ściernice, czyli tarcze o różnej grubości i średnicy wykonane z materiału ściernego – najczęściej elektrokorundu zespolonego spoiwem. Do różnych materiałów stosuje się odmienne materiały ścierne.

Nadal jest to obróbka skrawaniem, mimo że nie ma tutaj typowego narzędzia skrawającego. Materiał ścierny znajdujący się w ściernicy zdejmuje naddatek obrabianego metalu w ten sam sposób, jednak w mniejszej skali. Dzięki temu możliwe jest uzyskanie znacznie mniejszej chropowatości wynoszącej Ra 0,32.

W celu uzyskania jeszcze niższej chropowatości konieczne jest stosowanie docierania, honowania i polerowania.

Co to jest chropowatość?

Chropowatością powierzchni nazywamy konkretny wymiar charakteryzujący głębokość rys na danej powierzchni. Rysy te powstają podczas każdego rodzaju obróbki i są zjawiskiem niepożądanym. W przemyśle stosuje się odpowiednie rodzaje obróbki powierzchni, tak aby wielkość i głębokość rys zmniejszyć do wymaganego rozmiaru. W kolejnych krokach obróbczych wgłębienia są usuwane przez zdjęcie materiału obrabianego. Przykładem może być tu szlifowanie.

Najczęściej stosowanymi materiałami na ziarno ścierne są:

• korund A – jako ziarno ścierne znajdują zastosowanie różne rodzaje korundu. Mogą one występować w formie wytopionej lub spiekanej; na twardość i ciągliwość materiału wpływ mają niektóre procesy produkcyjne lub dodatki,
• korund ceramiczny CO – jest korundem spiekanym; rozróżnia się korund ze spieków boksytowych oraz korund zol-żelowy. Do narzędzi ściernych nasypowych stosuje się przeważnie ten drugi rodzaj – to nowoczesne ziarno ścierne z uwagi na swoją ciągliwość i dobry efekt samoostrzenia znacznie zyskało na znaczeniu,
• korund cyrkonowy Z – jest to mieszanina elektrokorundu i tlenku cyrkonu; cechuje go mniejsza twardość, jednak większa ciągliwość. Znaczny udział tlenku cyrkonu powoduje widoczny efekt samoostrzenia korundu cyrkonowego i przyczynia się do zwiększenia wydajności obróbki,
• węglik krzemu SiC – to sztucznie wyprodukowane ziarno o bardzo ostrych krawędziach; cechuje je niewielka ciągliwość i duża twardość; nadaje się szczególnie do obróbki tytanu, aluminium, brązu, kamienia i tworzyw sztucznych,
• ziarno diamentowe – najtwardszy materiał ścierny, zbudowany z czystego węgla w postaci krystalicznej; diamenty do narzędzi ściernych uzyskiwane są syntetycznie; są to najdroższe materiały ścierne.

Wygładzanie rys

Przy szlifowaniu stosuje się różne gradacje ścierniwa (papieru ściernego). Zaczyna się od papieru o niskiej gradacji, czyli „grubego”. Gradacja stopniowo powinna być zwiększana, aby zmniejszyć głębokość rys, jednocześnie wygładzając powierzchnię. Po użyciu papieru ściernego o najwyższej dla danej operacji gradacji otrzymuje się powierzchnię o dostatecznej chropowatości. Aby uzyskać powierzchnię o większej gładkości, konieczne jest zastosowanie innej techniki – polerowania. Polerowanie polega na użyciu krążka ściernego – zazwyczaj filcowego, który rozprowadza po powierzchni ścierniwo dostarczane w postaci pasty lub zawiesiny. Zadanie ścierniwa jest tak samo, jak w przypadku papieru ściernego: wygładzenie rys powstałych w poprzednim etapie szlifowania. W motoryzacji polerowanie stosuje się do wykańczania takich powierzchni jak lakier samochodu. W niektórych przypadkach polerowane są wybrane elementy pojazdu mające przyciągnąć wzrok, takie jak obręcze kół czy kolektory silnika. Przy tuningu, aby osiągnąć laminarny przepływ mieszanki paliwowo-powietrznej, poleruje się od wewnątrz kanały dolotowe. Dzięki temu mieszanka ma mniejszy opór przepływu podczas napełniania cylindra. Ponadto polerowanie nieznacznie umacnia powierzchnię materiału bazowego. Jest to spowodowane likwidacją mikroskopijnych rys, dzięki czemu eliminowane jest zjawisko karbu.

W tabeli podano parametry chropowatości powierzchni uzyskane przy zastosowaniu różnych technik obróbki powierzchni.

WARTO WIEDZIEĆ

Chropowatość

Chropowatość lub chropowatość powierzchni to cecha powierzchni ciała stałego, oznaczająca rozpoznawalne optycznie lub wyczuwalne mechanicznie nierówności powierzchni niewynikające z jej kształtu, lecz przynajmniej o jeden rząd wielkości drobniejsze. Wartość chropowatości powierzchni zależy od rodzaju materiału i – przede wszystkim – sposobu jego obróbki. W budowie maszyn stosuje się dwa podstawowe parametry określające: średnie arytmetyczne odchylenie profilu od linii średniej – Ra. Linia średnia jest teoretyczną linią, przy której suma kwadratów odległości wzniesień i zagłębień jest najmniejsza. Pomiaru dokonuje się na odcinku elementarnym Le określanym przez Polską Normę. Długość odcinka elementarnego zależy od wartości parametru chropowatości i może być równa jednej z sześciu wartości wyrażonych w milimetrach: 25; 8; 2,5; 0,8; 0,25; 0,08. wysokość chropowatości według dziesięciu punktów profilu – Rz. Suma średniej arytmetycznej wysokości pięciu najwyższych wzniesień ponad linię średnią i średniej głębokości pięciu najniższych wgłębień poniżej linii średniej. Parametr Rz został usunięty z norm ISO i nie został zastąpiony żadnym innym. Obecnie symbolem Rz oznacza się największą wysokość profili (wcześniej Ry). Chropowatość mierzona jest specjalnymi urządzeniami pomiarowymi zwanymi profilometrami. Większość z produkowanych obecnie urządzeń jest w stanie zmierzyć oba parametry.

Gładkość powierzchni a jej wygląd

Szlifowanie powierzchni podczas wszelkich prac blacharskich stosuje się w celu uzyskania jej pożądanego wyglądu. Powierzchnia obrabiana materiałem szlifierskim o wyższej gradacji jest bardziej błyszcząca, gdyż światło odbijane od niej ulega mniejszemu rozproszeniu. Ma to czysto fizyczne uzasadnienie wynikające z odbijania promieni świetlnych.

Na ilustracji 2 przedstawiony jest bieg promieni świetlnych padających na powierzchnię. Kąt odbicia światła jest równy kątowi jego padania, jednak przy chropowatej powierzchni światło ulega rozproszeniu (promienie czerwone). Zjawisko to zostało szczegółowo zobrazowane na ilustracji 3, gdzie pod uwagę wzięto minimalne niedoskonałości gładkości powierzchni. Tutaj także obowiązuje zasada równości kąta padania oraz kąta odbicia, jednak przy nierównej powierzchni promienie światła padają na jej wycinki pod różnymi kątami, co powoduje rozproszenie promieni świetlnych.

Zjawisko rozproszenia światła powoduje wrażenie matowości powierzchni. W celu uzyskania powierzchni błyszczącej konieczne jest jej oszlifowanie coraz drobniejszym papierem ściernym. Po szlifowaniu najdrobniejszą gradacją papieru ściernego uzyskuje się powierzchnię gładką, lecz ciągle matową. Aby uzyskać powierzchnię błyszczącą, konieczne jest jej wypolerowanie.

Polerowanie lakieru

Przed polerowaniem lakieru samochodowego niezbędne jest dokładne umycie karoserii, aby pozbyć się wszelkich zanieczyszczeń. Przede wszystkim groźne dla całego procesu są pojedyncze ziarenka piasku, które mogą spowodować powstanie głębokich i widocznych rys. Najlepszy efekt uzyskuje się przez mycia auta aktywną pianą, która usuwa zaschnięte owady i silne zabrudzenia. Następnie trzeba usunąć z lakieru wszystkie pozostałości, które nie zostały umyte. Przykładem może być smoła lub zanieczyszczenia pozostałe po konserwacji podwozia. W tym celu stosuje się glinkę lakierniczą, którą formuje się ręcznie w krążek, a następnie przeciera nim karoserię za pomocą ruchów w dwóch płaszczyznach. Glinka ma delikatne właściwości ścierne, dzięki czemu dobrze usuwa oporne zanieczyszczenia. Używając glinki lakierniczej, powinno się stosować dodatkowy preparat zwilżający, który nadaje jej poślizg. Co jakiś czas konieczne jest uformowanie krążka glinki na nowo, ponieważ ulega ona zabrudzeniu zebranymi z karoserii nieczystościami.

Po glinowaniu karoserię należy przetrzeć bardzo drobnym papierem ściernym (wodnym o gradacji 3000). Przy szlifowaniu powierzchni należy używać znacznej ilości wody, aby na bieżąco usuwać zebrany materiał. Gdy cała karoseria została zmatowiona, można przystąpić do polerowania. Aby profesjonalnie wykonać polerowanie lakieru, konieczne jest posiadanie odpowiedniego sprzętu (polerki) oraz wykwalifikowanego pracownika, który wie, w jaki sposób polerować, aby lakierowi nie zaszkodzić.

Wśród dostępnych na rynku polerek można wyróżnić dwie podstawowe grupy, różniące się budową. Są to polerki proste, w których tarcza polerska zamontowana jest bezpośrednio na wale silnika elektrycznego, i polerki kątowe, które przypominają szlifierki kątowe z zamontowaną tarczą polerską.Należy zdawać sobie sprawę z tego, że nie wolno zakładać tarcz polerskich do szlifierek kątowych, ponieważ polerki pracują ze znacznie niższymi prędkościami obrotowymi.

Kolejnym kryterium podziału polerek jest ruch tarczy polerskiej. Rozróżnić tu można dwie podstawowe konstrukcje – polerki obrotowe, w których mamy do czynienia tylko z ruchem obrotowym tarczy polerskiej, oraz polerki orbitalne, w których oprócz ruchu obrotowego tarczy można zaobserwować ruch obiegowy.

Dobór polerki

W przypadku ruchu obrotowego użytkownik polerki musi się liczyć z większym nagrzewaniem powierzchni polerowanego lakieru, co w skrajnych przypadkach może doprowadzić do jego przypalenia, które jest jednoznaczne z koniecznością naprawy powłoki lakierniczej.

Polerki o konstrukcji orbitalnej nie są już tak niebezpieczne dla lakieru. Ich tarcza zmienia swoje położenie w trakcie polerowania, skutecznie rozpraszając wytworzone ciepło. W przypadku użycia polerek obrotowych rozproszenie ciepła odbywa się przez przemieszczanie polerki przez operatora. Podczas używania polerki orbitalnej nadal jest taka konieczność, jednak ciepło rozpraszane jest sprawniej dzięki ruchowi tarczy.

Aby polerka spełniała swoje zadanie, niezbędna jest pewna ręka prowadzącego. Im bardziej doświadczona jest osoba obsługująca, tym prostsza może być konstrukcja polerki. I tak, polerka prosta usuwa najtrudniejsze uszkodzenia powłoki lakierniczej, jednak przy braku doświadczenia i użyciu past mocno ściernych może łatwo uszkodzić lakier. Użycie polerki orbitalnej gwarantuje większe bezpieczeństwo pracy.

Bardzo ważną cechą polerki jest jej moc, która według ekspertów nie powinna być mniejsza niż 1000 W. Istotnym parametrem jest także waga: powinna ona być jak najmniejsza ze względu na potencjalne zmęczenie obsługującej ją osoby. Warto pamiętać, że lakierowana powierzchnia samochodu ma kilka metrów kwadratowych, a polerowanie polega na przynajmniej trzech przebiegach wykonanych różnymi gradacjami past polerskich.

Nie za szybko, nie za wolno

Istotną funkcją każdej polerki jest możliwość regulacji prędkości obrotowej w zależności od obciążenia, czyli rodzaju wykonywanej pracy. Im większy zakres regulacji prędkości obrotowej, tym lepiej. Polerka podczas pracy powinna działać jednostajnie, a jej obroty powinny być stałe. Większe prędkości sprawdzają się przy usuwaniu poważnych wad lakieru, jednak powodują szybkie nagrzewanie lakieru w miejscu styku z padem. Niska prędkość obrotowa przydatna jest do prac wykańczających. Optymalnym wyborem są polerki z prędkościami obrotowymi w zakresie od 1000 do 2000 obr./min.

Zakup polerki wiąże się zawsze z pewnym wydatkiem. Na rynku dostępne są polerki w zróżnicowanych cenach i bez problemu można kupić urządzenia zarówno za 250–300 zł, jak i za ponad 2000 zł. Decydując się na konkretny model, należy wziąć pod uwagę, jak często w warsztacie poleruje się lakier. Studia pielęgnacji i detailingu samochodów używają tych urządzeń w ruchu ciągłym; mały warsztat poleruje lakier rzadziej, więc jego zapotrzebowanie będzie inne.