книги из ГПНТБ / Маталин, А. А. Новые направления развития технологии чистовой обработки

гает значения /Сс = 0,8 —0,9, то у вязких сплавов и метал­ лов, типа технического железа, отожженной стали и меди, его величина не превышает 0,3—0,5 [6]. Этим объясняет­ ся низкая производительность снятия припуска при до­ водке вязких материалов.

Протекание процесса микрорезапия в значительной мере определяет производительность и точность доводоч­ ных операций.

В процессе пластического деформирования — полиро­ вания металла — происходит сглаживание неровностей и заполирование их впадин. Этот процесс завершает фор­ мирование шероховатости доводимой поверхности и в значительной мере определяет физико-механическое со­ стояние поверхностного слоя металла (степень его на­ клепа и величину остаточных напряжений).

В зависимости от условий и режимов доводка может сводиться к одному из указанных процессов. Так, при значительном превышении твердости абразива по отно­ шению к твердости обрабатываемого металла (в 1,5— 2 раза и более), при малых радиусах округления вершин абразивных зерен, больших удельных давлениях, малой вязкости смазочно-охлаждающих жидкостей и определен­ ных режимах доводка осуществляется путем микроре­ зания при сравнительно небольшом удельном весе пла­ стической деформации — полирования. При этом обычно достигается шероховатость поверхности 9—10 классов чистоты.

При доводке абразивами с большими радиусами округления вершин зерен, при малых удельных давлениях и вязких смазках и соответствующих режимах доводка осуществляется преимущественно за счет пластического деформирования неровностей и поверхностного слоя ме­ талла. В этом случае заполирование неровностей позво­ ляет получить шероховатость поверхности в пределах 11 —13-го и даже 14-го классов чистоты.

В большинстве случаев операции доводки проводятся

61

в две стадии: на первом этапе в режиме микрорезания удаляется необходимый припуск, на втором — в режиме полирования происходит окончательное формирование качества поверхности за счет пластического деформиро­ вания и заглаживания неровностей.

Этот перевод процесса микрорезания в полирование при доводке связанным абразивом (хонингование, супер­ финиширование) осуществляется изменением режима об­ работки (изменением удельного давления, траектории движения абразивных зерен за счет соответствующего изменения скоростей вращательного и возвратно-посту­ пательного движений), а в некоторых случаях и сменой абразивных брусков (двух- и трехступенчатое хонингова­ ние и суперфиниширование).

При обработке свободным абразивом перевод микро­ резания в процесс полирования обычно осуществляется путем замены абразивных порошков на более мелкозер­ нистые и менее твердые с применением более вязких смазочно-охлаждающих жидкостей, а также путем сни­ жения скоростей и давлений.

Внекоторых случаях переход процесса микрорезания

вполирование происходит самопроизвольно без измене­ ния режимов доводки, из-за постепенного дробления аб­ разивных зерен, в результате чего уменьшается давление

на отдельное зерно.

При определенных условиях доводка сопровождается химико-механическими процессами, связанными с перио­ дическим образованием на поверхности обрабатываемого материала окисных пленок, удаляемых абразивными зер­ нами бруска или притира.

При всех способах и режимах доводки шероховатость доведенной поверхности в большой мере зависит от зер­ нистости абразивов (табл. 10).

Данные о зернистости абразивов, обеспечивающих до­ стижение указанных в табл. 10 классов чистоты, являются ориентировочными, так как при изменении режимов И

62

условий доводки изменяется характер деформации, влия­ ющий на изменение шероховатости поверхности. Так, при хонинговании с преобладанием процесса микрорезания на поверхности образуются неровности с радиусом за­ кругления вершин: при 10-м классе чистоты—12—20мкм\

Таблица 10

Влияние зернистости абразива на шероховатость поверхности [15]

при 11-м классе — 20—40 мкм. При хонинговании в режи­ ме полирования значения радиусов закругления вершин неровностей соответственно увеличиваются до значений: 60—100 мкм для 10-го класса, 150—200 мкм — для 11-го класса и 300—350 мкм — для 12-го класса чистоты [15].

При доводке различными методами происходит на­ клеп металла поверхностного слоя [16, 18, 30], особенно значительный при работе в режиме полирования.

При хонинговании закаленной стали в режиме микро­ резания — самозатачивания повышение микротвердости металла в связи с его наклепом составляет 15—20%, а в режиме полирования при глубине распространения на­ клепа 15—20 мкм повышение микротвердости достигает

30—40% [301.

При суперфинишировании отожженной стали микро­ твердость поверхностного слоя возрастает на 35—40%, а при обработке закаленной стали —на 25—30% при глуби­

63

не распространения наклепа 5—10 мкм. И в этом случае при переходе от режима микрорезания — самозатачива­ ния к режиму полирования наблюдается повышение сте­ пени наклепа [16].

При доводке свободным абразивом стали 45 микро­

наклепа 15—20 мкм [18]. При замене твердых и острых абразивных зерен более мягкими, имеющими более за­ кругленную вершину, усиливается полирующее действие и увеличивается степень пластической деформации и на­ клеп поверхностного слоя металла (табл. 11).

Таблица 11

Наклеп поверхности стали 45 после доводки различными абразивами

Пластические деформации и наклеп поверхностного слоя металла, имеющие место при всех процессах меха­ нической доводки, вызывают появление в нем значитель­ ных по величине остаточных напряжений сжатия, соиз­ меримых с остаточными напряжениями, возникающими при других методах механической обработки.

Как показывают эпюры остаточных напряжений зака­ ленной стали 45 после суперфиниширования [16], приве­ денные на рис. 10, сжимающие остаточные напряжения

64

достигают 74—84 кГ/мм2 и распространяются на глубину 0,005—0,015 мм. При этом перевод процесса суперфини­ ширования из режима микрорезания в режим полирова­ ния увеличивает остаточные напряжения сжатия с 24 до

84 кГ/мм2.

Рис. 10. Изменение микротвердости (а) и остаточных напряжений (б) в закаленной стали 45 после суперфиниширования:

1— режим микрорезания; 2, 3 — режим полирования.

При хонинговании стали также возникают остаточные напряжения сжатия, величина и глубина распростране­ ния которых непосредственно связана со степенью плас­ тической деформации поверхностного слоя металла. При этом, в отличие от других методов механической обработ­ ки, повышение удельного давления может увеличивать Или уменьшать степень пластической деформации и на­ клепа металла.

Так, при увеличении удельного давления хонингования с 4 до 16 кГ/см2 микротвердость обработанной поверхно­ сти снижается с 960 до 770 кГ/мм2, а величина остаточ­ ных напряжений сжатия уменьшается с 87 до 18 кГ/мм2 [30] при уменьшении глубины их распространения с 0,03 До 0,010—-0,015 мм (рис. 11). Такая необычная законо­ мерность объясняется тем, что при работе брусками неизменной характеристики К328/СМ2К увеличение удельного давления в указанных пределах переводит про­ цесс хонингования из режима полирования, вызывающего

Хонингование

Хонингование представляет собой процесс доводки де­ талей связанным в бруски абразивом, совершающим по отношению к обрабатываемой поверхности сложные дви­ жения с заданной траекторией и определенным удельным давлением, сообщаемым устройствами жесткого прижима брусков.

Процесс хонингования позволяет стабильно полу­ чать высокую точность размеров и формы деталей и высокое качество обрабатываемой поверхности. Это обес­ печивается применением мелкозернистых абразивов, сня­ тием тончайших стружек, умеренных удельных давлений брусков, незначительных скоростей и жесткого принуди­ тельного прижима брусков.

Большое число абразивных зерен, одновременно уча- | ствующих в снятии стружки при хонинговании, обеспе-

!чивает высокую производительность процесса, во многих | случаях превосходящую производительность внутреннего

шлифования.

Указанные преимущества (табл. 12) процесса хонин­ гования сделали его одним из основных методов обработ­ ки точных отверстий в деталях из различных материалов и являются причиной многочисленных попыток примене­ ния этого метода для обработки наружных поверхностей.

Процесс хонингования отверстий может осуществля­ ться по одной из трех [30] схем.

1-я схема хонингования (микрорезание). Обработка

5* 67

Таблица 12

Сопоставление процессов внутреннего шлифования, абразивного и алмазного хонингования [19]

68

Продолжение табл. 12

M M S/M UH

поверхности устанавливается в начальный период хонин­ гования и при увеличении продолжительности операции обычно не изменяется (рис. 12). При данной схеме хонин­ гования обычно не удается уменьшить шероховатость ниже 9—10-го классов чистоты. С увеличением скорости вращения хонинговальной головки она изменяется незна­ чительно или остается постоянной. С увеличением удель­ ного давления брусков, скорости возвратно-поступатель­ ного движения головки и зернистости абразивов шерохо­ ватость обработанной поверхности, износ брусков и съем металла возрастают. Общая величина снятого припуска пропорциональна продолжительности операции хонинго­ вания.

Первая схема хонингования применяется при необхо­ димости высокопроизводительного снятия достаточно больших припусков (порядка 0,2—1,2 мм), устранения значительных погрешностей геометрической формы отвер­ стия и при достижении умеренной шероховатости поверх­ ности. Схема осуществляется при относительно неболь­ шой прочности удержания брусков абразивов в связке и при значительном их расходе.

2-я схема хонингования (смешанная). Обработка на­ чинается микрорезанием острыми абразивными зернами

69

в условиях самозатачивания брусков. После достижения определенной площади контакта брусков с обрабатывае­ мой поверхностью самозатачивание их прекращается (в связи с уменьшением удельного давления и изменением скорости хонинговальной головки, в частности, с увели­ чением скорости вращения головки) и обработка продол­

жается затупившимися абразивными зернами, пе­ реходя в процесс полиро­ вания. При этом съем ме­ талла сначала резко сни­ жается (рис. 13,а), а затем почти полностью прекра­ щается, шероховатость об­ работанной поверхности и износ брусков уменьша­ ются, а степень наклепа и остаточные напряжения поверхностного слоя ме­ талла ув_еличиваются. С увеличением продолжи­ тельности операции шеро­ ховатость поверхности снижается до некоторого значения, определяемого зернистостью абразивных

брусков, и затем стабилизируется (рис. 13,6). Величина общего припуска, снятого при хонинговании, и продолжи­ тельность операции определяются исходной шерохова­ тостью обрабатываемой поверхности. При увеличении исходной шероховатости заготовки возрастает время, по­ требное для достижения шероховатости, характерной для данной зернистости абразива (рис. 13, в). Эта схема хо­ нингования применяется для достижения высокого каче­ ства поверхности при снятии умеренных припусков с за­ готовок, имеющих малые погрешности геометрической

70