3.6.2. Технология доводки притиркой и полированием

Для отделочной обработки поверхностей используют поверхностное плас­тическое деформирование способами, рассмотренными в разд. 5, а также довод­ку (притирку), полирование, суперфиниш, хонингование и методы воздействия незакрепленными абразивными частицами.

Доводка (притирка) — технологическая операция окончательной обработки рабочих поверхностей прецизионных деталей. Она обеспечивает точность 5-6-го квалитета при шероховатости Ra= 0,16...0,01 мкм. Доводка применяется для обеспечения точности и герметичности прецизионных пар трения агрегатов (плунжеров, золотников, гильз), повышения усталостной прочности деталей, отделки поверхностей и кромок режущего и мерительного инструмента, ответ­ственных подшипников.

Доводка выполняется специальными инструментами — притирами — с использованием абразивных микропорошков с маслом или специальных паст, которые дополнительно могут содержать химически активные компоненты.

Притиры различной формы и конструкции позволяют обрабатывать разно­образные поверхности: плоские, наружные и внутренние вращения, сложные фасонные, например сферические.

Физическая сущность процесса доводки заключается в удалении материала абразивными зернами, находящимися между поверхностями обрабатываемой детали и притира. Абразивные частицы, находящиеся между поверхностями при­тира и детали, могут шаржировать поверхности (под шаржированием понимают механическое или адгезионное закрепление абразивных частиц на поверхности) или, проскальзывая и перекатываясь, перемещаться в зазоре. При наличии в при­тирочной пасте химически активных компонентов и поверхностно-активных ве­ществ (олеиновая и молочная кислоты, соляно-кислый анилин, стеарин и др.) в процессе притирки на поверхности детали происходит образование рыхлых пле­нок и адсорбционных слоев, снижающих прочность поверхности и способствую­щих повышению съема металла.

Производительность доводки (скорость удаления материала) зависит от мно­жества факторов, основными из которых являются размер абразивных частиц, их форма и механическая прочность, физико-механические свойства материалов об­рабатываемой детали и притира, скорость и траектория перемещения притира относительно обрабатываемой поверхности, сила прижатия притира к поверхно­сти, номинальная площадь контакта притира с поверхностью, условия выхода продуктов разрушения, вид и состав смазочной среды. При прочих равных усло­виях значение съема линейно связано с твердостью обрабатываемого материала.

Применяемые при притирке абразивные материалы подразделяют на три группы: высокой твердости (свыше 7 баллов по шкале Мооса) — электрокорунд, карбокорунд, карбид кремния, карбид бора, кубический нитрид бора, алмаз: средней твердости (5...7 баллов по Моосу) — полевой шпат, гранат, пемза, окись хрома; низкой твердости (менее 5 баллов по Моосу) — мел, тальк, каолин, венская известь, доломит, трепел.

В качестве материалов притиров используют чугун, латунь, медь, капрон, текстолит, стекло, дерево и др. Сравнительно недавно при изготовлении прити­ров начали использовать наполненные абразивом пластики и наносить на рабочие поверхности алмазные покрытия разной дисперсности. Такие притиры работают без вводимой извне абразивной среды и обеспечивают большую стабильность процесса доводки. Применяют также предварительное шаржирование притиров абразивными зернами. Важной характеристикой притира является его способ­ность сохранять форму (иметь минимальный износ). Наиболее часто для изго­товления притиров используют чугун, например СЧ-15-37. Это обусловлено его металлургической структурой, содержащей поры и участки с малой твердостью, создающие условия для шаржирования поверхности абразивными частицами и удержания смазки. Твердые компоненты чугуна способствуют сопротивлению абразивному износу. Эти факторы обеспечивают значительно больший съем об­рабатываемого материала, чем износ притира. К рабочим поверхностям прити­ров предъявляют высокие требования по точности и шероховатости поверхно­стей (Ra<0,4 мкм). В настоящее время для изготовления притиров чаще стали применять пластмассы, в частности АСТ-Т, акрилат СХЭ-2, капрон и др., харак­теризующиеся высоким сопротивлением изнашиванию, хорошей шаржируемостью, достаточной прочностью и относительно низкой стоимостью.

Промышленность выпускает специальные доводочные пасты. Пасты состоят из абразивного порошка, связующих и поверхностно-активных веществ (осно­вы). В качестве основы используются вещества, смываемые водой (В), органи­ческими растворителями (О), водой и органическими растворителями (ВО). Во­дорастворимые пасты рекомендуют в тех случаях, когда недопустимо примене­ние огнеопасных жидкостей для промывки обработанных изделий.

Пасты, смываемые органическими растворителями (керосином, бензином, спиртом), используют для обработки металлов. По мере надобности их можно разбавлять индустриальными маслами, керосином или их смесью.

По консистенции пасты бывают мазеобразными (М) и твердыми (Т). Мазе­образные пасты расфасовывают в тюбики или шприцы, а твердые — в футляры. Пасты могут быть нормальной (Н), повышенной (П) и высокой (В) концентра­ции (табл. 3.29).

П аста из эльбора марки ЛМ зернистостью 20/14, повышенной концентрации (П), смываемая органическими растворителями (О), мазеобразной консистенции (М) обозначается ЛМ 20/14 ПОМ, а смываемая водой (В) — ЛМ 20/14 ПВМ.

При выборе пасты следует учитывать твердость обрабатываемого материа­ла. Концентрация пасты (процентное содержание абразива) должна быть тем выше, чем крупнее порошок и тверже обрабатываемый материал.

Доводку осуществляют в одну или несколько (2-4) операций с изменением пасты и режима работы. Различают следующие операции притирки: грубая — с применением шлифовальных порошков зернистостью 63/50...40/28, при которой обеспечивается шероховатость обработанной поверхности Ra = 0,80...0,40 мкм; предварительная — с применением микропорошков зернистостью 28/20... 14/10 и шероховатостью обработанной поверхности Ra= 0,2...0,1 мкм; чистовая — шероховатость обработанной поверхности Ra<0,1 мкм.

Предварительная доводка осуществляется с помощью относительно мягкого притира (чугуна, бронзы, латуни, красной меди, пластиков, дерева) и твердых абразивов с зернистостью М28, М20, М14, М10 и т. д. Абразивы легко шаржи­руют мягкие притиры, что обеспечивает высокую производительность. Для чис­товой доводки иногда используют твердые притиры, например из стали или стекла, и мягкие абразивы типа венской извести, оксида хрома, оксида железа. Выбор типа абразива зависит от твердости и физико-химических свойств обра­батываемого материала.

Ориентировочные значения точности, шероховатости, снимаемого припуска и рекомендуемая последовательность операций при доводке деталей из закален­ных сталей абразивами разной зернистости приведены в табл. 3.30.

Таблица 3.30

Последователь­ность операций	Точность обработки,мкм	Шероховатость поверхности Ra, мкм	Размер зерен абразива, мкм	Удаляемый припуск, мкм
Одна операция	3,0...5,0	0,08...0,16	40/28, 28/20	30...50
Две операции: предварительная окончательная	1,0...2,0	0,04...0,08	40/28,28/20 20/14	35...60 30...50 5...10
Три операции: предварительная промежуточная окончательная	0,2...0,5	0,02... 0,04	40/28,28/20 20/14 14/10	37...63 30...50 5...10 2...3
Четыре операции: предварительная 1-я промежуточная 2-я промежуточная окончательная	0,1...0,2	0,006...0,02	40/28,28/20 20/14 10/7 5/3	37,5...64 30...50 5...10 2...3 0,5... 1

Достигаемая шероховатость поверхности (табл. 3.31) зависит от типа абра­зива, что обусловлено остротой зерен, их дроблением, структурой и свойствами обрабатываемого материала. Чем острей и прочней абразивные частицы, тем выше шероховатость доведенной поверхности.

Доводку осуществляют вручную или на специальных доводочных станках.

Р учная доводка наружных поверхностей вращения выполняется инструмен­том, приведенным на рис. 3.151. Притир представляет собой разрезную втулку, которая помещается в держатель. В процессе обработки притир плавно переме­щают вдоль оси вращающейся детали. Между притиром и деталью создается небольшой натяг. Окружная скорость детали при предварительной доводке 10...30, а при чистовой 5...6 м/мин. Шероховатость поверхности детали перед притиркой должна составлять Ra = 0,4.. .0,8 мкм.

Таблица 3.31

Материал	Тип абразива	Размер абразивных зерен, мкм
		100/80	80/63	45/38	14/10	5/3
		Шероховатость поверхности Ra, мкм
Закаленная сталь HRC 60	А1203	0,5	0,32	0,1	0,03	0,02
	КНБ	1,25	0,67	0,32	0,15	0,05
Сталь HRC32	А1203	1,25	0,63	0,2	0,05	-
	КНБ	2,5	1,25	0,63	0,4	0,12
Чугун	SiC	0,75	0,5	0,15	0,08	0,08
Бронза	SiC	2,0	1,25	0,32	0,05	0,02
Твердый сплав	Алмаз	0,63	0,5	0,18	0,08	0,03
Керамика	Алмаз	1,25	1,0	0,5	0,32	0,25

Ручная доводка поверхностей отверстий небольших по размерам деталей выполняется на универсальных токарных станках притирами, конструкции которых показаны на рис. 3.152.

Отверстия в корпусных деталях доводят на специальных доводочных, сверлильных или расточных станках, используя соответствующие инструменты.

Ручная доводка плоских поверхностей выполняется на притирочных плитах круговыми движениями, например по траектории, показанной на рис. 3.153. Притирочные плиты имеют канавки, служащие для улучшения условий распределения абразива и смазки.

б

Рис. 3.152. Доводка отверстий:

а — базовая схема; б, в — конструкции притиров; 1 — обрабатываемая деталь; 2 — притир; 3 — коническая оправка

Рис. 3.153. Ручная доводка плоских поверхностей:

1 — притирочная плита; 2 — деталь; 3 — абразивная суспензия; 4 — траектория перемещения детали

Ручная притирка — очень трудоемкая операция, требующая исключительно высокой квалификации рабочего. В настоящее время, несмотря на существенный прогресс в разработке технологий и оборудования для механизированной доводки, доля ручной доводки остается значительной.

Механизированная (машинная) доводка выполняется на специальных станках. Станки одно- и многошпиндельные, центровые и бесцентровые обычно специализированы на обработку поверхностей одного типа (наружные поверхности вращения, отверстия, плоскости, сферы), близких по размеру и форме деталей. Наиболее современные из них оснащены устройствами числового программного управления, позволяющими управлять параметрами процесса и системами активного контроля размеров. Некоторые схемы машинной доводки приведены ниже.

При доводке плоских поверхностей (рис. 3.154, а) между верхним 1 и нижним притиром 2, медленно вращающимися в противоположные стороны с разными скоростями, находится сепаратор 3 с деталями 4. Сепаратор совершает возвратно-поступательное движение, а верхний притир прижимается к деталям с определенной силой Р. Необходимость сложного относительного движения детали и притира обусловлена тем, что для качественной притирки необходимо, чтобы абразивные частицы в процессе обработки перемещались по разным траекториям. В установках планетарного типа (рис. 3.154, б) используют зубчатые сепараторы, в которые помещают одну или несколько деталей.

Рис. 3.154. Схемы машинной доводки плоских деталей: а — с возвратно-поступательным движением сепаратора; б — планетарного типа

Рис. 3.155. Схемы машинной доводки сферических поверхностей

Доводку сферических поверхностей шарниров, плунжеров насосов и других деталей выполняют по схемам, показанным на рис. 3.155.

Полирование — это процесс обработки поверхностей мягкими эластичные инструментами (кругами, ремнями, лентами) с нанесенными на них абразивными пастами при высоких скоростях вращения. В настоящее время используют также специальные наполненные абразивными микропорошками резины. Полирование позволяет получить высококачественную поверхность с зеркальным блеском. Оно не устраняет погрешностей формы и не обеспечивает регулируемого изменения размеров.

Полирование применяют для увеличения усталостной прочности деталей при подготовке к нанесению покрытий, изготовлении металлографических шлифов, в декоративных целях. Для обеспечения герметичности и повышении сопротивления изнашиванию полировке подвергают подманжетные участки валов. Полирование лопаток компрессора позволяет увеличить их усталостную прочность и улучшить аэродинамические характеристики.

Физический механизм полирования достаточно сложен. Считают, что в данном случае идут процессы абразивного удаления тончайших слоев материала е пластического течения в приповерхностных слоях в условиях высоких температур и трения, вызываемого движущимися по обрабатываемой поверхности частицами. В результате на поверхности создается тончайший аморфный слой металла (слой Бейльби).

Наиболее широкое применение получило полирование кругами из тканей, войлока, кожи, резины и др.

Круги (рис. 3.156) имеют различную технологию изготовления и сферу применения.

Рис. 3.156. Полировальные круги:

а — матерчатые; б — широкий круг, собранный из отдельных тканых элементов; в — из прессованных материалов; г — резиноподобные; д — с резиновым корпусом и синтетической тканью с ворсом

Известны полировальные круги следующих типов:

• с металлическим или пластиковым корпусом, на периферию или торцы которого наклеены куски материи, кожи или войлока;

• матерчатые, сшитые из отдельных кусков ткани (синтетика с длинным и коротким ворсом, фланель, синтетический шелк, парусина, хлопок, шерсть и т. д.). Способ прошивки (радиальный, спиральный, крестовой) определяет жесткость круга;

• прессованные из войлока, синтетических материалов, брезента, кожи;

• резиноподобные пористые (неопрен, силиконовая резина), в том числе наполненные микропорошками абразивов.

Для регулирования жесткости и эластичности кругов используют специальные пропитки.

Полирование выполняют также синтетическими ткаными и неткаными лентами и абразивными лентами на тканевой основе.

На рис. 3.157 показаны основные приемы ручного и механического полирования. Следует отметить, что полировальные работы трудно поддаются автоматизации, что связано с необходимостью обеспечения сложных движений полировального инструмента относительно обрабатываемой поверхности. Довольно просто механизировать или автоматизировать полирование сравнительно простых по форме поверхностей (плоскостей, тел вращения). Использование копировальных систем и ЧПУ позволяет осуществлять автоматизированное полирование деталей сложной формы, состоящих из множества поверхностей различной конфигурации, в том числе аэродинамического профиля (лопатки компрессоров и турбин и др.). При обработке неподвижных крупногабаритных деталей используют несколько различных инструментов, а при полировании мелких — обеспечивают сложные движения детали относительно полировального круга. Оборудование с копирами и устройствами ЧПУ обычно работает по схемам ленточного полирования и полирования небольшими кругами. В обоих случаях для обработки сложных деталей требуется многократная их переустановка и специальные приспособления, затруднена также автоматическая смена инструмента.

Рис. 3.157. Способы полирования:

а — вручную на круге; б — вручную куском ткани; в — вручную на полировальной ленте; г, д — на станке (внутренние и внешние поверхности вращения); е — бесцентровое

Решение этих проблем может быть достигнуто использованием роботов. В настоящее время ряд фирм выпускают производственные модули (ячейки), компонуемые по двум основным принципам в зависимости от размеров полируемых деталей.

В первом случае (рис. 3.158) при обработке крупногабаритных деталей манипулятор робота оснащают устройствами, обеспечивающими автоматическую смену и привод полировального инструмента — полировальных синтетических лент, пластин, кругов, головок. Иногда инструменту для интенсификации процесса обработки дополнительно сообщают ультразвуковые колебания. При обработке используют полировальный инструмент I- и L-образной формы.

Рис. 3.158. Полирование крупногабаритных деталей I- (а) и L-образным (6) инструментом

При обработке небольшой детали (рис. 3.159) она находится в манипуляторе, который совершает сложные движения относительно вращающегося полировального круга или нескольких рядом расположенных кругов. Изменением положения детали в манипуляторе достигают обработки всех ее поверхностей.

Рис. 3.159. Полирование небольших деталей

Робототехнические системы полирования (рис. 3.160) имеют следующие основные преимущества:

• возможность повторения движений человеческой руки и захвата детали за разные поверхности;

• возможность выполнения несколькими кругами комплекса операций различного назначения (удаление заусенцев, предварительное полирование, окончательное полирование);

• освобождение работников от трудоемких и опасных для здоровья операций.

Рис. 3.160. Робототехническая ячейка модели R-2-BA/AG с магазином для загрузки деталей