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

формы, и осуществляется при использовании брусков вы­ сокой прочности.

3-я схема хонингования (полирование). Обработка начинается без этапа микрорезания непосредственно с процесса пластического деформирования неровностей по­ верхности и полирования впадин. При этом снимается ничтожно малый слой металла, а геометрическая форма

71

чиванием брусков, при котором снимается необходимый припуск и достигается шероховатость 10—11-го классов.

Хонингование по схеме полирования было успешно применено с использованием эластичных алмазных брус­ ков для обработки изделий из стали ХВГ, бронзы Бр.ОЦС 5—5—5 и дюралюмина Д1 [44]. Заготовки с раз­ мерами отверстий 040X140 мм имели шероховатость 10-го класса. Хонингование производилось с установлен­ ным экспериментально оптимальным давлением 11 кГ/см2 при смазке составом из 70% веретенного масла и 30% ке­ росина.

При определенном давлении эластичный слой брусков обеспечивает полное прилегание их рабочей поверхности к обрабатываемой поверхности отверстия. Поэтому пе­ риод приработки бруска практически отсутствует и с пер­ вых секунд вся поверхность брусков участвует в хонинго­ вании. Так, в течение первых 30 секунд хонингования эластичными брусками АСО80/63Р1—100% и АС40/ 28Р1—50% исходная шероховатость, независимо от зер­

тичными брусками [44], алмазные зерна, находящиеся в эластичном слое, легко утапливаются в нем, и при хонин­ говании автоматически поддерживается постоянная глу­ бина внедрения зерен в обрабатываемую поверхность. Алмазные зерна эластичных хонинговальных брусков сре­ зают выступы неровностей исходной шероховатости, не образуя «новой» шероховатости. Поэтому величина ше­ роховатости поверхности, хонингованной эластичными брусками, не имеет прямой зависимости от размеров зер­ на в широком диапазоне зернистостей. Для подтвержде­ ния положения о независимости шероховатости поверх­ ности, хонингованной эластичными брусками, от зерни­ стости брусков авторами было проведено двукратное

72

хонингование поверхности стали ЗОХГСА сначала бруска­ ми АС20/14Р9—50% до получения 12—13-го классов чис­ тоты в течение 5 мин, а затем более крупнозернистыми эластичными брусками АС40/28 и АСО80/63 на связке Р1. После вторичного хонингования шероховатость по­ верхности не изменилась.

В процессе исследований установлено, что шерохова­ тость поверхности, хонингованной эластичными брусками, не зависит от их зернистости. Это объясняется не только постоянством глубины их внедрения в обрабатываемую поверхность, которое больше влияет на однородность об­ работанной поверхности, но в значительно большей мере связано с тем, что благодаря эластичной связке снижает­ ся давление отдельных зерен на обрабатываемую поверх­ ность и уменьшается глубина их внедрения, т. е. приводит к замене микрорезания полированием и выглаживанием неровностей. Об этом свидетельствует и форма неровно­ стей, полученных при хонинговании стали эластичными брусками (рис. 14,а). На профилограмме поверхности, хо­ нингованной эластичными брусками, явно видны пласти­ чески деформированные, заглаженные неровности (рис. 14,6).

Кривые изменения шероховатости поверхности при хонинговании эластичными брусками (рис. 15) показы­

73

вают, что этим методом удается достичь шероховатости 13-го класса при исходной шероховатости заготовок из стали ХВГ—10-го класса, бронзы Бр. ОЦС 5—5—5— 7-го класса и дюралюмииа Д1 — 8-го класса.

Целесообразное использование достоинств каждой из

90°. Обычно при хонинговании применяется соотношение скоростей возвратно-поступательно v B.„ и вращательного v0 движений в пределах 1 : 2—1 : 6, что создает угол сет­ ки порядка 20—60°.

В специальных случаях хонингования (обработка ко­ ротких отверстий, отверстий с кольцевыми канавками и продольными пазами и т. п.) угол сетки может изменять­ ся в более широких пределах. В частности, при хонинго­ вании прерывистых поверхностей для уменьшения износа

74

брусков и предотвращения местного повышенного съема металла, искажающего форму отверстия, стремятся к тому, чтобы любой край прерывистой поверхности пере­ секался бруском под наименьшим углом. Поэтому при обработке отверстий с кольцевыми канавками для устра­ нения заваливания канавок и местных выработок с уве­ личением окружной скорости головки угол сетки умень­ шается до 15—20°. При наличии у отверстия продольных канавок повышается скорость возвратно-поступательного движения, вследствие чего угол сетки увеличивается до 90°.

При существующих конструкциях станков скорость возвратно-поступательного движения не превышает 15— 20 м/мин. Скорость вращения находится с ней в соотно­ шении, определяемом величиной требуемого угла сетки, и обычно не превышает даже для алмазного хонингова­ ния 70—80 м/мин. В результате этого скорость резания при хонинговании невелика, поэтому температура в зоне резания не превышает 60—70°С. Это устраняет опасность структурных изменений металла и возникновения тепло­ вых растягивающих остаточных напряжений и темпера­ турных деформаций обрабатываемой детали.

Радиальная подача брусков, определяющая глубину резания, осуществляется с помощью гидравлического или механического устройства, обеспечивающего либо непре­ рывный прижим брусков к обрабатываемой поверхности с заданным постоянным удельным давлением, либо пе­ риодическую «дозированную» радиальную подачу брус­ ков. До последнего времени первый способ подачи при­ менялся в подавляющем большинстве случаев хонинго­ вания, однако опыт и исследования, проведенные в последние годы, показали значительные преимущества хонингования с дозированной подачей. При дозированной подаче брусков глубина резания, а следовательно и уси­ лие резания при хонинговании сначала постепенно уве­ личиваются до некоторой величины (начальный период

75

вступления зерен в резание и снятия неровностей и от­ дельных выступающих участков поверхности, обуслов­ ленных погрешностью формы заготовки, таких, как огран­ ка, волнистость и т. п.).

На втором этапе производится снятие основного при­ пуска до получения требуемого размера отверстия. При этом бруски работают всей поверхностью с постоянной глубиной резания, определяемой величиной дозированной подачи, и с постоянным усилием, а следовательно, и с вы­ сокой производительностью.

На третьем этапе, после прекращения подачи, про­ исходит выхаживание при постепенном уменьшении глубины резания и соответствующих усилий. Процесс переходит в стадию полирования, способствующую повы­ шению качества поверхности.

При хонинговании с непрерывным давлением в на­ чальный момент бруски в некоторой степени копируют первоначальную форму отверстия и обрабатывают не только выступы, но частично и впадины исходного макро­ рельефа [19], в связи с чем нагрузка на бруски возраста­ ет сразу до максимума. Исправление геометрической формы отверстия происходит менее интенсивно, чем в первом случае.

В начальный момент хонингования, когда неровности исходной поверхности имеют большую высоту и удельное давление бруска велико, съем металла имеет наибольшую величину. В дальнейшем с уменьшением высоты неровно­ стей увеличивается фактическая поверхность соприкосно­ вения бруска с обрабатываемой поверхностью, снижают­ ся удельное давление и съем металла. При продолжении хонингования зерна притупляются и теряют свои режу­ щие свойства, что приводит к дальнейшему снижению съема. Процесс микрорезания переходит в полирование, однако в связи с неизменной величиной радиального дав­ ления нагрузка на брусок не уменьшается, нагревание усиливается и начинается засаливание и выкрашивание

76

брусков. Износ брусков при хонинговании с постоянным давлением на 30—50% больше, чем при работе с дозиро­ ванной подачей. Особенно сильно ощущается преимуще­ ство дозированной подачи при снятии больших припус­ ков [19].

Исследованиями, проведенными в Одесском политех­ ническом институте, по хонингованию отверстий 028 и 36 мм в заготовках из сырых и закаленных сталей 40Х, 20Х, 45 алмазными и эльборовыми брусками при одина­ ковых режимах хонингования установлено, что при ра­ боте с дозированной подачей (станок ОФ-158) машинное время снижается на 20% по сравнению с подачей брусков с постоянным давлением (станок ОФ-38А). Погрешность размера в первом случае была меньше допуска первого класса при погрешности геометрической формы в преде­ лах половины допуска этого класса. При постоянном давлении брусков точность обработки соответствовала второму классу.

В настоящее время при хонинговании применяются два варианта установки и крепления инструмента и обра­ батываемой детали:

1) деталь закрепляется на станке жестко, а хонинго­ вальная головка крепится на двойном шарнире и может самоустанавливаться по отверстию детали. Этот метод является наиболее распространенным и целесообразным для обработки крупных и жестких деталей, которые не деформируются под влиянием усилий зажима;

2) хонинговальная головка закрепляется в шпинделе жестко, а деталь устанавливается на плавающем приспо­ соблении и самоустанавливается своим отверстием по инструменту. Этот вариант целесообразен для обработки сравнительно небольших и коротких деталей типа зубча­ тых колес, отверстий в головках шатунов, кольцах под­ шипников и т. п. [2].

Процесс хонингования применяется для обработки в деталях отверстий диаметром от 2 до 1000 мм, изготов­

77

ляемых из материалов, различных по химическому соста­

сплавные матрицы и др.) производится инструментом, у которого абразив или алмаз нанесен на поверхность ру­ башки, разжимающейся с помощью внутреннего кониче­ ского стержня. Для обработки отверстий диаметром 3— 15 мм в деталях из конструкционных материалов чаще применяются хонинговальные головки с 1,2 и 3 бруска­ ми, разжимающимися с помощью толкателей с кониче­ скими поверхностями. Хонингование производится при ручных возвратно-поступательных перемещениях головки и дает возможность получить точность размера в преде­ лах 0,005—0,006 мм и точность формы отверстий в преде­ лах 0,002—0,003 мм при шероховатости 9—11-го классов.

Хонингование отверстий диаметром 30—60 мм при длине, меньше или равной диаметру, успешно осуществ­ ляется по схеме «короткого» хонингования. При этом хо­ нинговальные бруски, имеющие длину, равную или не­ сколько меньшую длины отверстия, совершают быстрые возвратно-поступательные короткие движения. Величина

перебега брусков в подобных случаях не превосходит-^

их длины. Длина хода составляет 8—15 мм при числе ходов 250—300 в мин и числе оборотов головки 200— 300 об/мин. Заготовки предварительно шлифуются по 7-му классу чистоты с припуском 0,01—0,02 мм и с по­ грешностью формы в пределах 0,005 мм. Через 15—20 сек хонингования достигается размер детали с точностью 0,003—0,005 мм при погрешностях формы (конусность и некруглость) в пределах 0,002—0,003 мм и при шерохова­ тости 11-го класса.

При «коротком» хонинговании наиболее целесообраз­ но применять установку деталей на плавающем приспо­

78

соблении при жестком закреплении хонинговальной головки. Таким методом обрабатываются кольца подшип­ ников качения из закаленной до HRC 62—64 подшипни­ ковой стали, отверстия зубчатых колес из хромоникелевой стали HRC 62, отверстия стальных шатунов двигателей с HRC 62, отверстия в чугунных деталях и т. п.

При обработке деталей с длиной большей, чем размер диаметра, применяют обычные режимы хонингования. При этом в ряде случаев оказывается целесообразным сообщение хонинговальной головке дополнительных ко­ ротких (до 12 мм) осциллирующих движений с частотой 300—800 дв. ход/мин. Осцилляция усложняет траекторию движения абразивных зерен и на 20—30% увеличивает их путь и число пересечений обработочных рисок, что на 30—40% повышает производительность процесса [19]. Шероховатость поверхности, хонингованной с осцилля­ цией, грубее, чем после обычного хонингования.

Осцилляцию целесообразно применять при обработке отверстий диаметром до 40 мм для обеспечения необходи­ мых скоростей хонингования. При обработке отверстий диаметром более 40—50 мм большой вес хонинговальной головки обусловливает возникновение значительных инер­ ционных сил и толчков, снижающих точность обработки.

Хонингование больших отверстий диаметром 300— 1000 мм и длиной 1000—1500 мм дает возможность полу­ чить точность геометрической формы в пределах 0,01— 0,03 мм при шероховатости 7-го класса. В процессе хонин­ гования снимается припуск, достигающий 0,8—1,2 мм. Это позволяет обрабатывать заготовки после грубой пред­ варительной обработки. Производительность хонингова­ ния при этом значительно превосходит производитель­ ность других методов, в том числе и тонкой расточки.

Указанные достоинства метода хонингования обуслов­ ливают его широкое применение при обработке точных отверстий различных размеров в деталях из самых разно­ образных машиностроительных материалов.

79

В связи с тем, что нагрев зоны резания металла при хонинговании незначителен, при обработке сталей и чугунов не развивается процесс диффузии и адгезии и не сни­ жаются режущие свойства алмазов, как это имеет место при алмазном шлифовании этих металлов. Поэтому ал­ мазное хонингование черных металлов осуществляется с очень большой производительностью и обеспечивает вы­ сокую точность и качество обрабатываемой поверхности. Стойкость алмазных брусков в десятки и сотни раз выше стойкости абразивных, что предопределяет значительную экономическую эффективность алмазного хонингования.

Исследованиями, проведенными в институте сверх­ твердых материалов, установлено [47], что при алмазном хонинговании серых и легированных чугунов наилучшие результаты дает применение брусков с алмазами повы­ шенной прочности марки АСП на металлической связке Ml. Эти бруски могут также применяться для обработки сырой и закаленной стали при снятии небольших ^до 0,05 мм) припусков.

В условиях больших удельных нагрузок при хонинго­ вании закаленных сталей и чугунов рекомендуются бруски с алмазами высокой прочности марки АСВ на металло-силикатных связках типа МС (МС15 —для зака­ ленной стали, МС8 — для закаленных чугунов). Приме­ нение алмазов марки АСП в этих условиях приводит к их дроблению, снижению производительности и повыше­ нию удельного расхода, а также к повышению усилий ре­ зания и температур.

По стойкости алмазные бруски превосходят обычные абразивные при хонинговании чугунных деталей в 100—• 200 раз (в отдельных случаях в 500 раз и более), при хо­ нинговании стальных деталей — в 30—60 раз. Высокая стойкость алмазных брусков создает предпосылки для автоматизации процесса хонингования.

Замена абразивного хонингования алмазным позво­ ляет повысить точность обрабатываемых отверстий до

80