
книги из ГПНТБ / Маталин, А. А. Новые направления развития технологии чистовой обработки
.pdfформы, 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
, |
Рис. 13. Влияние съема металла (а), ше- |
| |
роховатости (б) и исходной шероховато |
|
сти (в) на продолжительность хонинго |
|
вания латуни брусками: |
|
1 — КЗЮ128МЗ; 2 , - К328/40МЗ; 5 -К З М /1 0 М З . |
|
и размеры обрабатываемого отверстия сохраняются не |
|
изменными при уменьшении высоты шероховатости до |
|
12—13-го классов и интенсивном наклепе поверхностного |
|
слоя металла. Износ брусков практически отсутствует. |
|
Схема осуществляется при высокой прочности удержания |
|
абразивных зерен связкой. Во многих случаях для осу |
|
ществления этой схемы применяются эластичные рези |
|
новые связки Р1 и Р4 с эластичным подслоем [43, 44] и |
|
литые бруски типа КЗЗ/2М2К. [31]. |
|
Схема полирования используется при необходимости |
|
получения 12—13-го классов чистоты поверхности дета |
|
лей из вязких нержавеющих сталей типа 1Х18Н9Т, твер |
|
дых закаленных сталей типа ШХ15, ХВГ, легированных |
|
сталей типа 18ХНВА, бронзы, дюралюмина и других ма |
|
териалов. Хонингование по этой схеме производится после |
|
предварительного хонингования по 1-й схеме с самозата |
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
нистости бруска, |
уменьшилась в 2,5 раза (в первом слу |
чае с Rz =1,77 |
до Яг =0,55 мкм, во втором с Яг = 1,38 |
до Яг= 0,51 мкм). |
|
По мнению исследователей метода хонингования элас |
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.
|
|
J |
~тгГг= |
|
|
|
|
Id t — Y \ |
|
АР |
п |
|
i |
|
'\ |
..A If |
|
|
6 |
Щ |
- |
|
|
|
|
Рис. 14. Профилограммы поверхностей стали ЗОХГСА: |
|||
а —-исходная шероховатость |
—0,53 |
мкм, 10-й |
класс чистоты (увеличение |
|
60 000 *); б — шероховатость |
0,08 мкм, 13-й класс чистоты после хонингова |
|||
ния эластичными брусками |
АС20/14Р9 |
(увеличение |
120 000*). |
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
Ш 4 |
|
|
|
|
указанных |
схем |
хонингова |
|
|
|
79 |
|
ния позволяет в каждом кон |
||||
|
|
|
|
|
кретном |
случае осуществить |
||
|
|
|
|
|
высокопроизводительную об |
|||
|
|
|
710 |
|
работку |
точных |
отверстий |
|
V 1 |
|
|
|
|
высокого качества. |
|||
|
|
|
|
|
Хонингование |
осущест |
||
д . |
|
|
|
|
вляется при сочетании вра |
|||
wZ |
\ |
к |
711 |
|
щательного и возвратно-по |
|||
|
|
|
|
|
ступательного движений аб |
|||
|
|
|
О ' NO |
<---- |
разивных брусков, в резуль |
|||
|
|
|
тате которых на обработан |
|||||
| |
|
|
7Т.5 |
' |
ной поверхности |
образуется |
||
1------- Д------ г- |
|
|
714 |
|
регулярная |
сетка штрихов, |
||
|
|
|
|
|||||
|
|
|
t.cex |
|
пересекающихся под некото |
|||
Рис. 15. Изменение шероховато |
рым «углом сетки», завися |
|||||||
щим от соотношения величин |
||||||||
сти при хонинговании различ |
окружной и осевой скоростей |
|||||||
ных материалов |
эластичными |
|||||||
брусками АС20/14Р9—50% [44]: |
движения брусков. Наиболь |
|||||||
1 — сталь ХВГ; 2 — бронза |
|
|
ший съем металла и макси |
|||||
Бр.ОЦО 5—5—5; 3—дюралюминий Д1. |
мальный износ брусков на |
|||||||
|
|
|
|
|
блюдаются |
при |
угле сетки |
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
ву и свойствам. |
малых отверстий |
диаметром от 2 до |
||
Хонингование |
||||
15 мм в |
деталях |
из твердых |
материалов (высадочные |
|
матрицы |
из стали, закаленной |
до |
HRC 58—60, твердо |
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