14. Абразивная обработка и абразивные инструменты

Абразивная обработка — механическая обработка металлов, керамики, стекла, дерева и других материалов при помощи абразивных зерен, которые представляют собой вещества высокой твердости, способные обрабатывать менее твердые материалы путем снятия микростружек.

Абразивную обработку осуществляют инструментами на жесткой основе (круги, сегменты, бруски), гибкой основе (эластичные круги, ленты, шкурки), абразивными пастами и свободным (незакрепленным) абразивом.

К абразивной обработке относятся: шлифование, полирование, хонингование, суперфиниширование, притирка, доводка, затачивание, пневмоабразивная, гидроабразивная, виброабра- зивная и другие виды обработки. Общей особенностью всех видов абразивной обработки в отличие от лезвийной обработки является то, что она ведется большим количеством абразивных зерен путем срезания режущей частью зерен Микростружек и образования на обработанной повехности множества микроцарапин — следов резания абразивными зернами.

1. Основные характеристики абразивных инструментов

Основным видом абразивной обработки является обработка инструментами на жесткой основе. Они изготавливаются из композиционного материала, который состоит из абразивных зерен, соединенных связкой, и имеет поры.

Абразивные инструменты классифицируются по следующим признакам:

• по геометрической форме — шлифовальные круги, головки, сегменты, бруски, абразивные ленты и шкурки;

• по роду абразивного материала — абразивные, алмазные, эльборовые и др.;

• по виду основы — жесткая (шлифовальные круги, головки, сегменты, бруски); гибкая (эластичные круги, абразивные ленты и шкурки); жидкая (пасты, суспензии).

Основными характеристиками абразивных инструментов на жесткой основе являются форма, размеры и класс точности, вид абразивного материала и его зернистость, твердость, связка, структура. Для алмазных и эльборовых инструментов важной характеристикой является также концентрация зерен в рабочем слое.

Основные виды абразивных материалов, их свойства и характеристики приведены в гл. 6. Рассмотрим другие основные характеристики абразивных инструментов на жесткой основе, в частности шлифовальных кругов.

Твердость абразивного инструмента характеризует способность связки удерживать абразивные зерна при воздействии на него сил резания. Она влияет на износостойкость инструмента и на его способность к самозатачиванию, т. е. к удалению изношенных зерен и обновлению режущей поверхности. С увеличением твердости абразивный инструмент изнашивается менее интенсивно, но его способность к самозатачиванию снижается.

В маркировке отечественного абразивного инструмента степень твердости обозначается следующим образом: ВМ1, ВМ2 — весьма мягкие; М1, М2, М3 — мягкие; СМ1, СМ2 — среднемягкие; С1, С2 — средние; СТ1, СТ2, СТЗ — среднетвердые; Т1, Т2 — твердые; ВТ1, ВТ2 — весьма твердые; ЧТ1, ЧТ2 — чрезвычайно твердые. Цифры ], 2, 3 характеризуют твердость в порядке ее возрастания. По международному стандарту твердость шлифовальных кругов обозначается буквами латинского алфавита от А, В, С, Б (чрезвычайно мягкие) до X, У, Ъ (чрезвычайно твердые).

Рациональная твердость круга выбирается, исходя из свойств обрабатываемого материала, вида обработки и характера контакта с заготовкой, требований к точности обработки и качеству поверхностного слоя детали. Твердость круга должна повышаться с увеличением нагрузки на абразивные зерна, а также при высоких требованиях к сохранению формы и размеров круга. Чем меньше площадь контакта круга с заготовкой, тем .большей должна быть твердость круга. Для обработки более мягких материалов необходимо Применять более твердый круг и наоборот. Поэтому для заточки и доводки твердосплавных инструментов используют мягкие круги (М1, М2), для обдирочных работ — круги среднетвердые (СТ2, СТЗ) и твердые (Т1, Т2). При шлифовании мягкими кругами уменьшается опасность появления прижогов, трещин и больших остаточных напряжений растяжения.

Структура абразивного инструмента характеризует количественное соотношение между зернами, связкой и порами в единице объема. Она обозначается номерами от 0 до 12. С увеличением номера структуры относительный объем, занимаемый зернами, уменьшается, а объем пор и связки « увеличивается.

Структуры 0—4 называют плотными (закрытыми). Их используют для профильного шлифования, тонкого шлифования» а также для шлифования твердых и хрупких материалов.

Структуры 5—8 называют средними и применяют для большинства абразивных инструментов и видов шлифования (5—6 *** для наружного и бесцентрового; 1—8 — для плоского и внутреннего; 8—9 — для отрезки).

Структуры 9—12 называют открытыми. Они имеют наименьшее объемное содержание зерен и большие размеры пор, что улучшает отвод стружки и охлаждение зоны шлифования.

При шлифовании пластичных материалов и большом сечении слоя, срезаемого одним зерном, формируются сливные микростружки и возникает опасность засаливания абразивного Ш~ струмента. В этих случаях целесообразно применять открытые структуры с увеличенными порами, размер которых может быть больше размера абразивных зерен (до 3 мм). Им присваивается номер от 13 до 18. Увеличение пористости снижает температуру шлифования, опасность появления прижогов и позволяет повысить режимы резания. >

Для алмазньШ и эльборовых инструментов важной характеристикой, определяющей их режущую способность, является концентрация зерен в абразивном слое. За 100%-ную концентрацию принимают содержание 0,878 г (4,4 карата) зерен алмаза или эльбора в 1 см³ абразивного слоя (25 % его объема). С увеличением концентрации повышается режущая способность и стойкость кругов. Для окончательного шлифования и доводки рекомендуются круги 100... 150%-ной концентраций, а для профильного шлифования ^ круги 150...200%-ной концентрации.

Связка абразивного инструмента служит для соединения абразивных зерен И удержания их Ш выпадании в процессе абразивной обработки. Она оказывает большое влияние на работоспособность абразивного инструмента, в частности абразивных кругов. От связки зависит твердость, прочность, структура, из-

носостойкость, степень неуравновешенности абразивного круга и максимальная скорость шлифования. При неправильно выбранной связке может происходить либо осыпание работоспособных зерен и повышенный износ инструмента, либо засаливание абразивного инструмента, когда изношенные, потерявшие режущие свойства абразивные зерна не удаляются с поверхности инструмента, а поры заполняются стружкой и связкой.

Для изготовления абразивных кругов применяют неорганические (керамические, силикатные) и органические (бакелитовые, вулканитовые) связки. Связки обозначаются буквами русского алфавита: К — керамические, С — силикатные, Б — бакелитовые, В — вулканитовые, М — металлические, Ма — магнезиальные, ГФ глифталевые.

Керамические связки (КО, К1, КЗ и др.) делают на основе глинозема, полевого шпата, кварца и других материалов. Они применяются в большинстве шлифовальных кругов (до 80 %), обладают высокой прочностью, хорошей водостойкостью, температурной и химической стойкостью, хорошо самозатачиваются. Основной недостаток — повышенная хрупкость, чувствительность к ударным и изгибным нагрузкам. Круги на керамической основе применяют на различных операциях шлифования, за исключением отрезки и прорезания узких пазов.

Круги на силикатной основе (силикат натрия), так же как и на керамической основе, хорошо самозатачиваются, эффективны при шлифовании закаленных сталей и заточке режущих инструментов. Однако они могут вступать в реакцию с содовым раствором, применяющимся для охлаждения, и терять прочность.

Основой бакелитовой связки (Б, Б1, Б2 и др.) являются синтетические смолы (пульвербакелит, бакелитовый лак). Бакелитовая связка имеет повышенную прочность и упругость, но не выдерживает высоких температур шлифования (выше 250 °С), склонна к «засаливанию». Она применяется для тонких отрезных и прорезных кругов, гибких зачистных кругов, ведущих кругов бесцентрошлифовальных станков при работе без СОЖ.

Вулканитовую связку (В, В1, В2 и др.) изготавливают из синтетического каучука и небольшого количества серы. Эта связка более упругая, но менее теплостойкая, чем бакелитовая. Она позволяет создавать отрезные круги диаметром 150...200 мм толщиной до десятых долей миллиметра.

Основой глифталевой связки служат полимеры (смолы), состоящие из глицерина и фталевого ангидрида. Эта связка в основном применяется для шлифовальных кругов, используе

мых на отделочных операциях финишной обработки. Кроме основы в связки вводятся клеящие вещества, отвердители и наполнители.

Металлические связки применяют, как правило, для алмазных и эльборовых кругов. Они изготавливаются на основе меди, олова, железа, алюминия и других металлов. Круги на металлических связках отличаются высокой прочностью и износостойкостью, длительно сохраняют рабочий профиль и используются в основном при съеме небольших припусков. Однако они склонны к засаливанию и требуют более частой и тщательной правки.

Основные характеристики абразивного инструмента наносятся (маркируются) на его поверхности водостойкой краской. Например, абразивный круг имеет следующую маркировку:

ПП 500x50x305 24А10ПС27К5 35 м/с 1 кл. ГОСТ2424-83, которая означает: ПП — тип круга (плоский прямого профиля); 500x50x305 —. наружный диаметр х высота х диаметр посадочного отверстия; 24А — марка абразивного материала (элекгроко- рунд белый); 10П — зернистость (средний размер зерна 0,1 мм); С2 — степень твердости (средняя); 7 — номер структуры; К5 — марка связки (керамическая); 35 м/с — максимальная рабочая окружная скорость; 1 Ш. — класс неуравновешенности (наиболее высокий, т. е. с наименьшим допуском на неуравновешенность).

2. Основные методы шлифования и станки

Различают следующие основные методы шлифования:

• плоское шлифование:

а) периферией круга,

б) торцом круга;

• 1дршбе наружное шлифование:

а) с продольной подачей,

б) с поперечно! подачей (врезанием);

• круглое бесцентровое шлифование:

а) с продольной подачей,

б) с поперечной подачей (врезанием);

• внутреннее шлифование:

а) с продольной подачей* .■

б) о поперечной подачей (врезанием);

• фасонное шлифование (резьбошлифование, зубошлифова- ние, шлифование сложных контуров, например, турбинных лопаток и т. п.);

• шлифование и полирование кругами на мягкой основе (по- ропластовыми, войлочными, фетровыми, тканевыми);

• ленточное шлифование и полирование.

При всех методах шлифования главным движением резания Д является вращение круга или перемещение бесконечной ленты, которое обеспечивает скорость резания (У_к или У„).

В производственных условиях наиболее распространены четыре схемы плоского шлифования (рис. 14.1) [13]: периферией круга с возвратно-поступательным движением стола, торцом круга с возвратно-поступательным движением стола, периферией или торцом круга с вращательным движением стола.

Ось вращения шлифовального круга, работающего периферией, располагается горизонтально, а работающего торцом круга — вертикально.

При плоском шлифовании периферией круга (рис. 14.1, а, в) шлифовальный круг вращается вокруг своей оси, совершая главное движение Д а заготовке сообщается возвратно-поступательное Д,_р или круговое 2)_Лр движение подачи. Кроме того, шлифовальному кругу сообщается периодическое движение поперечной подачи Да,' (в: направлении ширины круга). После шлифования всей плоскости кругу сообщается движение вертикальной подачи Дь, определяющей глубину шлифования.

Плоское шлифование торцом крута (рис. 14.1, б, г) совершается при вращении шлифовального круга вокруг своей оси (главное движение резания Д) и возвратно-поступательном или круговом движении продольной подачи Д_пр (Д^). Шлифовальному кругу сообщается также прерывистое движение вертикальной подачи Д, (подача на глубину резания). Диаметр торцового шлифовального круга берется больше ширины шлифуемой плоскости, поэтому в этом случае движения поперечной подачи не требуется.

Заготовки 2 устанавливаются на прямоугольных или круглых столах 1 и закрепляются с помощью магнитных плит или в зажимных приспособлениях. Прямоугольные столы совершают возвратно-поступательное движение, обеспечивая продольную подачу.

Если ширина круга меньше ширины обрабатываемой поверхности заготовки, кругу сообщается движение поперечной подачи. Движения подачи на глубину резания и поперечной по-

Р ис. 14.1. Схемы обработки на плоскошлифовальных станках: а, в — периферией круга; б, г — торцом круга; |» стол; 2 — заготовка

дачи даются в крайних положениях стола. Круглые столы (см. рис. 14.1, в, г) совершают вращательное движение, обеспечивая круговую подачу. Подача на глубину и поперечная подача совершаются так же, как при шлифовании на прямоугольных столах.

Шлифование торцом круга является более производительным, чем периферией круга, так как между заготовкой и кругом осуществляется плоский, а не линейный контакт. Однако шлифование периферией круга с использованием прямоугольных столов позволяет выполнять более широкий круг разнообразных видов обработки (пазы, уступы, профильное шлифование и т. п.).

Плоскошлифовальный станок, работающий периферией круга (рис. 14.2) [13], состоит из станины 4, стола 3, стойки 2, шлифовальной бабки 7 и привода стола 5.

Рис. 14.2*. Схема плоскошлифовального станка:

1 — шлифовальная бабка; 2 — стойка; 3 — стол; 4 — станина; 5 — привод стола

Движение подачи в поперечном и вертикальном направлении может осуществляться автоматически шк вручную. Продольное перемещение стола обеспечивается чаще всего гидравлическим приводом. У станков с круглым столом стол с заготовками совершает не возвратно-поступательно^ а вращательное движение вокруг вертикальной оси.

Круглошлйфовальные станки имеют различную конструкцию и компоновку. Типовая конструкция круглошлифовального станка имеет следующие основные узлы (рис. 14.3): станину 7,

Рис. 14.3. Схема круглошлифовального станка:

1 — станина; 2 — стол; 3 — передняя бабка; 4 — шлифовальная бабка; 5 — задняя бабка; 6 — привод стола

стол 2, переднюю бабку 3 с коробкой скоростей, шлифовальную бабку 4, заднюю бабку 5, привод тда 6. Круглошлифовальные станки разделяют на простые, универсальные, врезные и специальные. Простые станки имеют неповоротные бабки. Универсальные станки имеют бабки, которые можно повернуть на определенный угол вокруг вертикальной оси и закрепить. Шлифование на врезных станках ведется по всей длине обрабатываемого участка заготовки широким кругом с движением только поперечной подачи.

Возвратно-поступательное движение стола с заготовкой 2)^ для обеспечения продольной подачи производится гидроприводам* Движение круговой подачи 2)^ заготовки осуществляет отдельный электродвигатель через коробку скоростей. .

Шлифование наружных поверхностей в большинстве случаев производится в неподвижных центрах с круговой подачей от поводкового устройства. Короткие заготовки закрепляются в трехкулачковых патронах. Круглое шлифование цилиндрических поверхностей может выполняться по одной из четырех схем [13].

1. Шлифование с продольной подачей (рис. 14.4, о), при котором заготовка вращается равномерно (2)_Лр) и совершает возвратно-поступательные движения (Д^р). В конце каждого хода

з

а

гь	т	3 р
		т
и Ру>ф

в

Рис. 14.4. Схемы обработки на круглошлифовальных станках: а продольной подачей; в— врезное; в — глубинное; !«** уступами; д — цилиндрической и торцовой поверхностей

аготовки шлифовальный круг автоматически перемещается в поперечном направлении на глубину резания и при следующем ходе срезает новый слой металла определенной глубины, ИНН не достигается заданный размер детали.

2. Врезное шлифование (рис. 14.4, б), при котором ширина шлифуемой поверхности перекрывается шириной шлифовального круга. Круг перемещается в поперечном направлении (2)^) с постоянной скоростью (мм/об.заг.) до получения необходимого размера детали. Это производительный метод, который применяют для обработки коротких поверхностей жестких заготовок, а также при шлифовании фасонных поверхностей и кольцевых канавок кругом, заправленным в соответствии с формой поверхности или канавки.

3. Глубинное шлифование (рис. 14.4, в), при котором за один

проход снимают слой металла большой глубины. Для этого на шлифовальном круге формируют конический участок длиной 8. Л которым при шлифовании удаляется основная часть

срезаемого слоя, а цилиндрический участок окончательно обрабатывает поверхность. Обработка ведется за один проход без поперечной подачи,

/

4. Шлифование уступами (рис. 14.4, г) представляет собой сочетание шлифования с продольной подачей и врезного шлифования. Процесс шлифования осуществляют в два этапа. Вначале методом врезания шлифуют отдельные участки шириной 0,8...0,9 ширины круга, периодически передвигая стол с заготовкой. После обработки всей поверхности заготовки врезанием делается несколько ходов с движением продольной подачи Д^р без поперечной подачи Д^,.

Для обеспечения правильного взаимного расположения цилиндрических и торцовых поверхностей их шлифование ведут специально заправленным и повернутым на определенный угол шлифовальным кругом (рис. 14.4, д). Цилиндрическую поверхность шлифуют методом продольных проходов (см. рис. 14.4, а). Затем обрабатывается торцовая поверхность детали.

Наружные конические поверхности с небольшим углом конуса шлифуют в центрах (рис. 14.5, а). Для этого верхнюю часть стола поворачивают вместе с центрами на угол а (половина угла конуса) так, что положение образующей конуса совпадает с направлением движения продольной подачи. Далее обработка ведется так же, как цилиндрической поверхности.

Рис. 14.5. Схемы шлифования наружных конических поверхностей: а — с небольшим углом конуса в центрах; б — коротких

Шлифование коротких конических поверхностей производится при консольном закреплении заготовки в трехкулачковом патроне (рис. 14.5, б) и с поворотом передней бабки на угол а (половину угла конуса).

Для получения отверстий высокой точности, особенно в деталях из труднообрабатываемых материалов (закаленных, высокопрочных), применяют внутреннее шлифование сквознах, глухих, конических и фасонных отверстий.

Внутреннее круглое шлифование по кинематике не отличается от наружного круглого шлифования. Диаметр шлифовального круга при обработке небольших отверстий обычно составляет 0,7...0,9 диаметра шлифуемого отверстия.

На рис. 14.6, а приведена схема внутреннего шлифования с закреплением заготовки в трехкулачковом патроне. Главное движение резания Д (вращение), движение продольной подачи Днр и поперечной подачи Д_п (подачи на глубину) сообщается шлифовальному кругу. Заготовке сообщается движение круговой подачи /)_Лр. На круглошлифовальных станках обрабатывают внутренние торцовые поверхности, а также фасонные поверхности методом врезания специально заправленным кругом. Внутренние конические поверхности шлифуют ц поворотом передней бабки так же, как и наружные конические поверхности.

б

Рис. 14.6. Схемы шлифования отверстий: а — в трехкулачковом патроне; б — планетарным методом

Заготовки больших габаритов и массы шлифуют планетарным методом (рис. 14.|, б). Заготовка закрепляется на столе станка неподвижно. Шлифовальный крут вращается вокруг своей оси, а также вокруг оси отверстия, что аналогично движению круговой подачи. Планетарным шлифованием можно обрабатывать внутренние фасонные и торцовые поверхности, а также отверстия, положения которых определенным образом связаны друг с другом. Шлифовальному кругу сообщают высокую частоту вращения. При внутреннем шлифовании поверхностей отверстий малых диаметров станки снабжают специальны-

18-ЙЦ4

ми быстроходными шпинделями. Частота вращения круга доходит до 100 000 об/мин.

В массовом и крупносерийном производстве деталей типа тел вращения широко используются бесцентрово-шлифовальные станки, обработка заготовок на которых ведется в незакрепленном состоянии (без применения центров, поводков и патронов).

Бесцентрово-шлифовальный станок (рис. 14.7) имеет станину 7, на которой установлена бабка 2 с рабочим (шлифующим) кругом и бабка 4 с ведущим кругом. Каждая бабка снабжена механизмами 3 и 5 для периодической правки кругов. Заготовка опирается на нож 6, контактирует с обоими кругами и получает от них вращательное движение (круговую подачу). Для обеспечения движения продольной подачи (по ножу) бабку ведущего круга поворачивают на небольшой угол, в результате чего возникает осевая сила (вдоль оси заготовки).

Рис. 14.7. Схема бесцентрово-ЩР($*Ш№ЯйГО станка:

/ — станина; 2 — бабка шлифовальная; 4 — бабка ведущего круга; 2, 5— механизмы для правки; 6— нож

При шлифовании заготовок с уступами бабка ведущего круга не разворачивается, движение продольной подачи отсутствует, а шлифование ведется по методу врезания путем поперечного перемещения бабки ведущего круга по направляющим станины до определенного положения.

Процесс бесцентрового шлифования отличается высокой производительностью и происходит следующим образом. Заготовку 3 (рис. УД $§ ратеавливают,» Ш 2 между шлифовальным кругом 1 и ведущим кругом 4, которые вращаются в одном направлении, но с разными скоростями. Сила трения между ведущим кругом и заготовкой больше, чем сила резания и трения между заготовкой и рабочим кругом, поэтому заготовка вращается со скоростью, близкой к окружной скорости ведущего круга.

При шлифовании гладких цилиндрических поверхностей с продольной подачей ведущий круг устанавливают под углом Ши 1—У к оси вращения заготовки. В результате разложения вектора скорости этого круга К_вк на продольный вектор К_Лр и перпендикулярный к продольной оси вектор К_Лр, возникает движение продольной подачи заготовки со скоростью У^_р. Заготов- Ш перемещается по ножу вдоль своей оси и может быть прошлифована на всю длину, при этом величина подачи регулируется уши 0 (чем больше угол, тем больше подача). При шлифовании методом врезания (рис. 14.8, б) для установки заготовки ведущий круг отводят в сторону, заготовку устанавливают * на нож и поджимают ведущим кругом. После шлифования обработанная деталь удаляется из зоны резания выталкиванием.

Рис. 14.8. Схемы обработки заготовок 1й бесцентрово-шлифовальных станках: а —с продольной подачей; б — методом врезания; 1 — шлифовальный круг; 2 — нож; 3 — заготовка; 4 — ведущий круг

Ленточное шлифование и полирование производится бесконечными абразивными лентами, которые получают путем склеивания их концов. Схемы обработки заготовок абразивными лентами приведены на рис. 14.9 |Ю]. Главным движением при ленточном шлифовании является линейное перемещение ленты со скоростью резания, которое создается лентопротяжным меха- 18*

Рис. 14.9. Схемы обработки заготовок абразивными лентами: а — с эластичным контактным роликом; б— с жестким копиром; в — с жестким контактным роликом; г — с гибким копиром; д — свободной ветвью ленты;

1 — заготовка; 2 — опора

низмом ленточно-шлифовального станка. Контакт абразивной ленты с заготовкой 1 осуществляется путем ее поджима к заготовке специальной опорой 2 или путем прижатия к заготовке свободной ветви ленты. Ленточное шлифование применяется для обработки плоских, круглых и фасонных заготовок узкими и широкими лентами.

3. Финишные методы абразивной обработки

В связи с непрерывным повышением требований к качеству деталей в общем объеме механической обработки увеличивается доля финишных и отделочных операций (тонкое шлифование, суперфиниширование, хонингование, доводка, притирка).

Тонкое шлифование —» шлифование мелкозернистыми мягкими кругами (например, на глифталевой связке) при больших скоростях главного движения резания (V- 40 м/с и более), очень малых глубинах резания и обильной подаче СОЖ. По оконча-

нии обработки производится «выхаживание», т. е. обработка без подачи на глубину резания, а только с продольной подачей. При этом процесс резания происходит за счет упругих деформаций технологической системы, возникших на предшествующей стадии обработки.

Суперфиниширование — процесс отделочной обработки, в основном уменьшающий шероховатость поверхности, оставшуюся от предыдущей обработки. Суперфиниширование применяют в качестве финишной операции при обработке наружных, внутренних и торцовых поверхностей деталей, работающих в условиях трения скольжения или качения.

Широкое распространение суперфиниширование получило в производстве подшипников для доводки дорожек качения колец и роликов. В автомобильной и тракторной промышленности суперфинишированием обрабатывают шейки коленчатых и распределительных валов, поршневые пальцы, валы коробок передач, штоки амортизаторов. В станкостроении суперфини- шируют шпиндели и пиноли, в других отраслях машиностроения — гладкие и ступенчатые валы, оси, роторы, калибры и другие детали.

Как правило, суперфиниширование выполняют после операции шлифования, а для нетермообработанных деталей — после операции тонкого точения. Кинематическая схема суперфиниширования определяется конструкцией детали и формой обрабатываемой поверхности. В массовом и крупносерийном производстве суперфиниширование производится на специальных станках, в мелкосерийном и единичном производстве — на универсальных станках (токарных, расточных, шлифовальных и др.), снабженных суперфинишными головками.

На рис. 14.10 приведена типовая схема суперфиниширования гладкой цилиндрической поверхности детали.

Обработка ведется абразивными брусками, установленными в специальной головке (рис. 14.10, а), которая совершает колебательные движения по поверхности заготовки вдоль оси ее вращения. Бруски прижимаются к обрабатываемой поверхности с давлением (0,5...3) • 10⁵ Па и обработка осуществляется за счет сочетания трех движения: вращательного движения заготовки 2)^, возвратно-поступательного Д_пр и колебательного Д. движения брусков (главное движение резания). Амплитуда колебаний брусков составляет 1,5...6 мм, а частота — 400—1200 колебаний в минуту. Бруски подпружинены и самоустанавливаются по обрабатываемой поверхности.

Рис. 14.10. Схема суперфиниширования цилиндрической поверхности: а — движение брусков и заготовки; б — траектория движения абразивного зерна; в — зона контакта бруска и зашшвМй В ШШШ обработки; I ■*** зона контакта бруска и заготовки в конце обработки

Суперфиниширование осуществляется при относительно низких скоростях главнот движения резания (0,08...0,2 м/с). Соотношение скоростей движений Мщ: Д. в начале обработки должно составлять 2—4, а 1 хйкоф обработки — 8—16.

В результате сложения вращательного движения заготовки Д^р, колебательного Д. и возвратно-поступательного Д^ движения брусков вдоль оси заготовки единичное зерно бруска движется на обрабатываемой поверхности по синусоидальной траектории (рис. 14.10, б). Траектории абразивных зерен (следов обработки) пересекаются и образуют сетку диагонально скрещивающихся микроследов. Такая поверхность детали надежно удерживает смазку и имеет опорную площадь значительно большую, чем после шлифования.

Кинематическим критерием, характеризующим процесс суперфиниширования, служит угол наклона а траектории движения абразивного зерна к образующей, параллельной продольной оси заготовки (угол сетки):

Кк_Р _ пРп

У_б 21п

где У_окр » окружная скорость вращения заготовки, м/с; К_б — средняя скорость колебания бруска, м/с; В —^ диаметр заготовки, мм; п₃ г— частота вращения заготовки, мин^-1; / — амплитуда (размах) колебаний бруска, мм; п₆ — частота колебаний бруска, дв.ход/мин.

Угол сетки а оказывает большое влияние на производитель- нось процесса суперфиниширования и качество обработанной поверхности. Наибольшая производительность достигается при а = 30...50⁰.

Сущность процесса суперфиниширования состоит в микрорезании поверхности заготовки большим количеством мельчайших абразивных зерен одновременно. В начале процесса обрабатываемая поверхность покрыта пленкой СОЖ, но давление брусков на наиболее высоких микронеровностях прорывает пленку (рис. 14.10, в), и идет интенсивное удаление микронеровностей, образовавшихся на предшествующей операции. По мере дальнейшей обработки интенсивность процесса микрорезания сни^ жается, так как возрастает площадь контакта брусков с обрабатываемой поверхностью, уменьшается высота микронеровностей, снижается удельное давление.' Когда удельное давление становится недостаточным, чтобы разорвать пленку, процесс резания автоматически прекращается (рис. 14.10, г), обработанная поверхность приобретает низкую шероховатость и зеркальный блеск.

Суперфинишированию подвергаются поверхности заготовок, установленных как в центрах, так и на опорных валках, т. е. бесцентровым методом. Можно суперфинишировать пологие конические поверхности, для чего при центровой обработке головка с бруском разворачивается на требуемый угол, а при бесцентровой — используются специальные профильные опорные валки. Для суперфиниширования внутренних поверхностей (отверстий) небольшой длины заготовку устанавливают в патроне, а брусок закрепляют в специальной державке, которую вводят в обраба-

тываемое отверстие. При суперфинишировании внутренних сферических поверхностей, главным образом желобов колец шарикоподшипников, заготовка вращается, а брусок совершает колебательное движение относительно центра качаний, выбранного так, чтобы радиус качаний совпадал с радиусом желоба. Суперфиниширование плоских торцовых поверхностей выполняется с помощью вращающегося шлифовального круга, шпиндель которого может совершать также колебательное движение. Ось вращения круга, как правило, смещена по отношению к оси заготовки.

Эффективность процесса суперфиниширования в значительной мере зависит от правильного выбора формы и размера брусков. Для исправления исходной погрешности и огранки необходимо, чтобы длина и ширина рабочей поверхности бруска была больше длины волны соответственно в продольном и поперечном сечениях заготовки. Обычно рабочую ширину брусков выбирают в зависимости от диаметра заготовки и ограничивают шириной 25 мм. Более широкие бруски затрудняют доступ СОЖ в зону обработки и удаление из нее продуктов обработки (отходов), что приводит к снижению производительности и качества обработки. Для обработки заготовок больших диаметров применяют несколько брусков, установленных в специальных державках. Длина бруска при суперфинишировании открытых поверхностей с продольной подачей должна быть не более ’/з длины обрабатываемой поверхности. При обработке коротких участков без продольной подачи длина бруска должна быть равна длине обрабатываемой поверхности.

При суперфинишировании используют в основном мелкозернистые бруски на керамической связке, реже — на бакелитовой связке.

Закаленные стали обрабатывают брусками из электрокорунда белого марок 22А, 24А, 25А и карбида кремния зеленого марок 63С, 64С на керамической связке.

Чугун, незакаленные стали, специальные стали и сплавы, цветные металлы с высокой пластичностью и малой твердостью обрабатывают брусками из карбида кремния зеленого марок 63С, 64С.

Большое влияние на производительность и качество суперфиниширования оказывает твердость брусков. Алмазными и эльборовыми брусками обрабатывают стальные заготовки высокой твердости, имеющие в своей структуре очень твердые карбидные, нитридные и другие включения. Они имеют стойкость в