Суперфинишные станки для автомобильной промышленности

из зоны обработки. Также установлено, что увеличение угла перекрещивания λ приводит к росту диапазона изменения и максимального значения коэффициента трения. Подобная картина характерна для любых строго спрофилированных валков.

Исследования стабильности силового замыкания контакта при бесцентровом суперфинишировании позволяют сделать следующие выводы:

• при расчете валковых устройств бесцентровых суперфинишных станков следует выбирать межосевое расстояние, обеспечивающееуглы контактасзаготовкойα1 иα2 впределах10…20°;

•при наладке бесцентровых суперфинишных станков, если

один из углов α1 или α2 превышает 20°, требуется ввести ограничение намаксимальныйугол перекрещиванияосейвалков;

•материал и термическую обработку валков станка необходимо назначать таким образом, чтобы обеспечить коэффициент трения покоя не менее 0,15.

В результате проведенных исследований предложена модернизация бесцентрового суперфинишного станка [36]. Модернизированный станок содержит два вращающихся валка 1 и 2, установ-

ленных на расстоянии 2v друг от друга и под углом 2λ скрещивания их осей, и осциллирующие шлифовальные бруски 3 (рис. 1.13). В традиционных бесцентровых суперфинишных станках валковое устройство включает в себя два валка, развернутые друг относительно друга на угол 2λ и установленные на расстоянии 2v. Для этого каждый из валков разворачивают относительно направления перемещения обрабатываемых заготовок на угол λ. С целью обеспечения прямолинейной траектории перемещения заготовок и взаимного огибания в процессе обработки наружные поверхности валковвыполнены вформе квазигиперболоидавращения.

В предложенной конструкции валок 1 установлен параллельно направлению перемещения обрабатываемых заготовок 4, а валок 2 развернут относительно него на угол λ. Валок, установленный параллельно направлению перемещения заготовок, имеет цилиндрическую форму наружной поверхности и распо-

32

ложен при вращении валков против часовой стрелки слева от обрабатываемых заготовок или справа при вращении валков по часовой стрелке. Очевидно, что такой валок можно изготовить и смонтировать на устройстве с более высокой точностью, чем валок с квазигиперболоидной поверхностью.

Рис. 1.13. Конструктивная схема бесцентрового суперфинишного станка

Наладка бесцентрового суперфинишного станка с модернизированным валковым устройством также упрощается, так как один валок всегда располагают параллельно направлению перемещения обрабатываемых заготовок, а другой валок разворачивают относительно него на угол λ. Следовательно, достаточно иметь ограниченный комплект валков для наладки станка на обработку широкого диапазона диаметров заготовок.

Таким образом, технический результат модернизированного валкового устройства заключается в упрощении конструкции и наладки бесцентрового суперфинишного станка при сохранении высокой точности обработки цилиндрических поверхностей заготовок. Разработанное валковое устройство может быть использовано как при проектировании новых суперфинишных станков, так и модернизации уже имеющегося на производстве оборудования.

2. ТЕХНОЛОГИЯ СУПЕРФИНИШИРОВАНИЯ

2.1. Разновидности бесцентрового суперфиниширования

Суперфиниширование можно классифицировать по следующим основным признакам:

1)по виду базирования заготовок – центровое и бесцен-

тровое;

2)виду подачи – с поперечной подачей (врезанием) и продольной подачей (напроход);

3)форме обрабатываемой поверхности – обработка цилиндрических, конических, бомбинированных, тороидальных и торцевых поверхностей.

Как правило, во всех случаях заготовка вращается, а брусок совершает колебательное движение. При обработке в центрах длинных заготовок имеется дополнительная продольная подача головки с бруском, а при бесцентровой обработке гладких заготовок напроход – продольная подача заготовок. Суперфиниширование коротких участков поверхностей на деталях, имеющих ступени, буртики, производят методом врезания, когда длина бруска равна длине обрабатываемой поверхности либо меньше последней на величину амплитуды колебаний. При суперфинишировании торцевых поверхностей в качестве инструмента чаще используют не брусок, а круг чашечной формы, вращающийся и имеющий колебательное или планетарное движение.

Бесцентровая обработка напроход по сравнению с обработкой в центрах имеет следующие основные преимущества:

•высокую производительность процесса за счет применения больших скоростей подач и сокращения времени загрузки

ивыгрузки заготовок;

•возможность обработки заготовок малого диаметра и большой длины.

При бесцентровой обработке напроход вращение заготовки

иее продольное перемещение осуществляет валковая система,

34

включающая два валка, вращающиеся в одном направлении (рис. 2.1). Заготовки последовательно проходят под осциллирующими шлифовальными брусками. Первые бруски имеют крупную зернистость, последующие – более мелкую. Усилия прижима брусков также неодинаковы. В связи с этим первые бруски производят основной съем металла, исправление отклонения от круглости и волнистости, а последующие обеспечивают получение требуемой шероховатости поверхности.

Рис. 2.1. Схемы бесцентрового суперфиниширования напроход

Продольное перемещение заготовки на валках происходит за счет осевой составляющей силы трения, возникающей при развороте одного или обоих валков на некоторый угол относительно оси детали. Необходимую силу трения получают путем подбора угла контакта ϕ между валками и заготовкой (рис. 2.2). Угол контакта ϕ выбирают таким образом, чтобы не было заклинивания заготовки на валках, а возникающая сила трения была достаточна для вращения заготовки. Обычно угол ϕ задают в пределах 15–20° и регулируют изменением межосевого расстояния валков. Согласно экспериментально полученным данным, при ϕ < 15° происходит заклинивание заготовки между валками, а при ϕ > 20° заготовка проскальзывает на валках.

35

При обработке конических роликов напроход валки устанавливают параллельно направлению осцилляции брусков (рис. 2.1, б). Поверхность валков имеет винтовую канавку, что обеспечивает параллельность образующих конических поверхностей роликов относительно направления осцилляции брусков. Шаг винтовой канавки валка выполняют равным длине ролика и величине перемычки. При этом необходимо иметь в виду, что при продольной подаче в процессе суперфиниширования больший диаметр ролика проходит под брусками, приработанными по усредненному диаметру, что приводит к неравномерному съему припуска с конической поверхности – завалу большего диаметра заготовки.

При суперфинишировании бомбинированной поверхности цилиндрических роликов траектория движения оси ролика представляет собой дугу окружности радиуса R, концентричную бомбине. При относительно небольших радиусах R = 500…1000 мм валок имеет несколько волн (рис. 2.1, г), при больших радиусах R – одну волну (рис. 2.1, в).

Способ бесцентрового суперфиниширования врезанием предназначен для обработки цилиндрических деталей с буртами (клапанов, золотников, толкателей, крестовин и др.), цилиндрических (рис. 2.3, б) и конических (рис. 2.3, в) роликов с бомбинированной поверхностью. В отличие от способа обработки напроход заготовки обрабатывают в одной позиции одним бруском, но с двумя различными окружными скоростями. Первоначально заготовку вращают с низкой окружной скоростью (черновой режим), а затем через определенное время окружную скорость автоматически повышают в 4–6 раз (чистовой режим). Продолжительность каждого режима зависит от величины снимаемого припуска и требуемой шероховатости поверхности. В большинстве случаев кроме осциллирующего движения абразивного бруска имеет место его медленное продольное перемещение (подача) вдоль обрабатываемой поверхности.

При бесцентровом суперфинишировании методом врезания обработку производят либо на одной позиции, либо на несколь-

37

ких позициях с периодической перекладкой заготовок специальным устройством. При этом в моменты загрузки, перекладки и выгрузки заготовок бруски отводят от обрабатываемой поверхности. Таким образом обрабатывают детали сложной конфигурации, имеющие уступы, буртики и т.д.

Рис. 2.3. Схемы бесцентрового суперфиниширования врезанием

Известны электрохимический и ультразвуковой методы суперфиниширования [12, 24]. Электрохимический метод суперфиниширования относят к процессам электрохимической размерной обработки, основанной на свойстве атомов металла переходить в раствор под действием анодно-поляризующего электрического тока.

Схема электрохимического суперфиниширования представлена на рис. 2.4, а. К вращающейся заготовке 2 (аноду) с помощью подпружиненных графитовых щеток, которые устанавливают на необрабатываемой части поверхности, подводят положительный полюс источника тока. Инструмент 3 (катод) соединяют с отрицательным полюсом. Во время обработки в рабочую зону через отверстия в катоде непрерывно подают электролит. Зазор между заготовкой и катодом составляет 0,1–0,5 мм. Окончательную обработку для получения требуемой шероховатости поверхности производят при выключенном токе. Положительным свойством электрохимического способа суперфиниширования является независимость процесса от твердости и вязкости обрабатываемого материала.

38

Способ ультразвукового суперфиниширования (рис. 2.4, б) заключается в том, что шлифовальному бруску, кроме осциллирующего движения, сообщают дополнительные колебания с частотой 20–25 кГц и амплитудой 5–15 мкм. Конструктивно это достигается введением в суперфинишный станок ультразвукового преобразователя с жестким креплением к инструменту. Ультразвуковая головка состоит из концентратора 3, на торце которого закреплена державка с бруском 2, и магнитострикционного преобразователя 5. Ультразвуковая головка с помощью кронштейна крепится к суперфинишной головке 7 станка. Питание преобразователя осуществляютотультразвукового генератора4.

Рис. 2.4. Схемы электрохимического (а) и ультразвукового (б) суперфиниширования

Ультразвуковые колебания придают бруску дополнительные режущие свойства, так как абразивные зерна не только выкрашиваются, но и активно раскалываются, образуя дополнительные режущие кромки. Кроме того, ультразвуковые колебания предохраняют брусок от засаливания, что во многом основано на эффекте кавитации СОЖ. При ультразвуковом суперфинишировании обеспечивается увеличенный съем металла, однако шероховатость обработанной поверхности несколько выше. Поэтому окончательную обработку ведут без ультразвуковых колебаний. Ультразвуковое суперфиниширование целе-

39

сообразно применять при обработке вязких материалов (корро- зионно-стойкие стали, титановые, жаропрочные сплавы).

В последние годы принято различать суперфиниширование и микрофиниширование [8, 10]. Не отличаясь по кинематике, эти разновидности процесса предусматривают применение различных по жесткостиустройств, несущих шлифовальныебруски.

При суперфинишировании (рис. 2.5, а) применяют схему силового замыкания контакта, прижим бруска к детали упругий и конструктивно осуществлен пружиной, пневмоцилиндром или гидроцилиндром через пружину. Особенностью суперфиниширования является ограниченный съем металла, как правило, не превышающий 5–10 мкм. Величину нормальной нагрузки между бруском и деталью поддерживают постоянной и независимой от исходныхпогрешностейформыобрабатываемойповерхности.

Рис. 2.5. Схемы суперфиниширования (а) и микрофиниширования (б): 1 – брусок; 2 – державка; 3 – деталь; 4 – пружина; 5 – клин

При суперфинишировании вследствие малых радиальных давлений обычно используют одностороннее расположение инструмента, что значительно упрощает конструкцию головки и облегчает установку обрабатываемой детали на станке. Однако при одностороннем расположении брусков под действием силы резания происходят упругие отжатия, в результате чего копи-

40