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

двух раз и снизить шероховатость поверхности на 1—2 класса чистоты при высокой стабильности и надежности технологического процесса. Выход годных деталей в пре­ делах технических условий возрастает на 10—50%, коли­ чество брака по механической обработке уменьшается в

10—20 раз, снижаясь до 0,1—0,2%.

Применение брусков из синтетических алмазов взамен абразивных снижает расходы по инструменту на опера­ циях хонингования чугунных деталей в 3—10 раз. При этом экономия на 1 карат синтетических алмазов при хо­ нинговании чугунных деталей составляет 5—13 руб. без учета повышения качества, надежности и долговечности обрабатываемых изделий. При обработке стальных дета­ лей эффективность применения алмазного хонингования несколько ниже. В Пермском политехническом институте разработана новая разновидность способа алмазного хо­ нингования отверстий диаметром до 50 мм [36, 43], при которой обработка отверстий осуществляется алмазными брусками, жестко закрепленными в стальной головке. Диаметр брусков больше диаметра отверстия заготовки на величину натяга, требуемого для обрабатываемой де­ тали (для закаленной стали 0,015—0,020 мм). При этом хонинговальная головка с тремя брусками вводится в от­ верстие, вызывая упругую деформацию поверхностей соприкосновения брусков с деталью за счет контактных давлений, достигающих при обработке закаленной стали

140—180 кГ/см2.

Хонинговальная головка работает со скоростью вра­ щения 60—70 м/мин и скоростью возвратно-поступатель­ ного движения 6—7 м/мин. Обработка ведется со смазкой керосином с добавкой 10% олеиновой кислоты; расходом жидкости — 7 л/мин.

По мере снятия припуска упруго-деформированная деталь постепенно возвращается в исходное состояние, в результате чего осуществляется автоматическая радиаль­ ная подача. Величина последней постепенно снижается

от максимума на первых циклах обработки до нуля после снятия установленного припуска. Соответственно умень­ шается величина удельного давления, съем металла и си­ лы резания. При этом процесс микрорезания постепенно заменяется полированием, которое становится ведущим видом деформации на стадии выхаживания при натяге, равном нулю.

С увеличением натяга возрастает скорость съема металла с обрабатываемого изделия и интенсивность исправления погрешностей геометрической формы, од­ нако контактное давление, упругая деформация детали н потребная осевая сила возрастают прямо пропорцио­ нально.

С повышением окружной скорости вращения бруско­ вой головки увеличивается производительность операции и на 2 разряда — 1 класс снижается шероховатость обра­ батываемой поверхности, однако несколько увеличивает­ ся овальность обработанного отверстия. С увеличением скорости возвратно-поступательного движения возраста­ ют осевое усилие и конусность обрабатываемого отвер­ стия. Шероховатость поверхности при этом остается неизменной. При укрупнении зернистости растет произ­ водительность обработки, уменьшается контактное дав­ ление и снижаются усилия резания, однако заметно воз­ растает шероховатость поверхности.

Хонингование жесткими брусковыми головками без разжима брусков дает возможность с высокой произво­ дительностью получить точность размеров в пределах 0,003—0,006 мм при овальности и конусности в пределах 0,001—0,002 мм и при шероховатости поверхности 12— 14-го классов чистоты. Этим методом обрабатываются отверстия 012Г в алюминиевом поршне двигателя мото­ пилы. Точность размера обеспечивается с помощью реле времени в пределах допуска 0,005 мм (овальность —

0,001—0,002 мм, конус — 0,0005—0,001 мм). Трудоем­ кость обработки — 21 сек; производительность — 1000—

82

1200 шт. в смену; стойкость брусков на металлической связке Ml превышает 100 000 обработанных деталей.

Впроцессе хонингования алюминиевого сплава с на­ тягом 0,07 мм брусками со связкой Ml толщиной алмазо­ носного слоя 1,0 мм стойкость одного комплекса брусков составила 250 000 обработанных деталей.

При обработке тех же деталей брусками со связкой БЗ их стойкость была ограничена 3000—5000 деталей.

Всвязи с относительно малой стойкостью брусков со связкой БЗ при обработке алюминиевых сплавов реко­ мендуется применять их для чистовой обработки со сня­ тием припуска 0,01—0,02 мм с применением натяга не более 0,02 мм. Снятие основной части припуска следует производить брусками со связкой Ml.

Для предварительного хонингования алюминиевых сплавов рекомендуются бруски АСП80/63М1 — 100% и Для окончательного — бруски АСОЮБЗ— 100%. Для хо­

вания различных материалов приведены в табл. 13. Хонингование жесткими брусковыми головками при­

меняется для обработки различных материалов и обеспе­ чивает производительность обработки, высокую точность и достижение 10—11-го классов чистоты. При хонингова­ нии с о0=64,5 м/мин и о в.п=6,5 м/мин брусками АСО80/63БЗ— 100% при обработке стали Р18 был до­ стигнут 11-й класс чистоты. При обработке других ма­

По удельной производительности хонингования, выра­ женной объемом металла, снятого с 1 см2 площади в час, указанные материалы можно расположить в следующей последовательности (в порядке возрастания производи­

6* 83

Суперфиниширование

Суперфиниширование представляет собой процесс до­ водки деталей абразивными или алмазными брусками, совершающими короткие возвратно-поступательные пере­ мещения относительно вращающейся обрабатываемой поверхности. При обработке длинных поверхностей, кро­ ме возвратно-поступательных перемещений бруски полу­

(10—13-го классов).

В отличие от хонингования, при котором бруски при­ жимаются к обрабатываемой поверхности жестким при­ жимным устройством, суперфиниширование осуществля­ ется в условиях упругого прижима брусков пружиной при умеренном удельном давлении брусков (2—4 кГ/см2) . При этом окружная скорость вращения детали обычно составляет 20—30 м/мин, а число двойных ходов бруско­ вой головки — 50—500. Процесс осуществляется при смазке смесью керосина с маслом.

В этих условиях самозатачивание брусков очень огра­ ничено и процесс протекает в условиях быстрого притуп-

85

ления абразивных зерен при малой доле микрорезания и преобладающем значении полирования и выглаживания неровностей. Съем металла незначителен и часто ограни­ чивается высотой неровностей 0,002—0,004 мм, соответ­ ствующей обработке шлифованием. Исправление геоме­ трической формы заготовки ограничивается пределами снимаемого припуска, а повышение точности размеров практически невозможно.

Поэтому до последних лет процесс суперфиниширо­ вания рассматривался в качестве метода быстрого повы­ шения качества поверхности (снижение шероховатости, устранение тончайших дефектных слоев поверхностного слоя) при минимальном исправлении погрешностей фор­ мы заготовки и при сохранении неизменной точности ее размеров. Это явилось причиной ограничения применения суперфиниширования небольшим числом ответственных деталей массового производства.

Теоретические и экспериментальные исследования, проведенные во ВНИИАШ, Одесском политехническом институте, Северо-Западном политехническом институте и других научных организациях, показали, что закономер­ ности процесса суперфиниширования принципиально не отличаются от закономерностей протекания процессов абразивной обработки другими методами, в частности хонингования. При совершенно одинаковых режимах про­ цессы суперфиниширования и хонингования протекают с одинаковыми закономерностями (рис. 17) [31] и при меньших значениях съема металла и износа брусков и соответственно меньшей высоте неровностей при супер­ финишировании с упругим прижимом брусков. При оп­ ределенных параметрах оба процесса могут осуществ­ ляться в условиях непрерывного самозатачивания брус­ ков и интенсивного съема металла (окружная скорость v0 — 3—И м/мин), т. е. могут обеспечить размерную об­ работку деталей. С повышением скорости вращения изде­ лия съем металла и износ брусков увеличивается. Так,

86

при увеличении скорости до 11 м/мин (рис. 17) микроре­ зание заменяется полированием и выглаживанием, а дальнейшее повышение скорости приводит к снижению

б

Рис. 17. Сопоставление процес­ сов хонингования стали с жест­ ким прижимом бруска (1) и суперфиниширования с упругим прижимом бруска К328/20М2К

ик сближению величин износа брусков, съема металла

ишероховатости поверхности, достигаемой при суперфи­ нишировании и хонинговании.

Приведенные экспериментальные данные показывают возможность активного управления процессом формиро­ вания поверхности при суперфинишировании.

При необходимости увеличения съема металла супер­

87

финиширование так же, как и хонингование может осу­ ществляться при ведущей деформации микрорезанием, а при необходимости уменьшения шероховатости процесс переводится в стадию полирования. Это позволяет осу­ ществлять операцию суперфиниширования со снятием пуска, необходимого для повышения точности размеров, и устранением погрешностей формы обрабатываемой де­ тали. Одновременно с этим могут бкть достигнуты высо­ кие классы чистоты поверхности изделия, что всегда являлось основным преимуществом суперфиниширования.

Современная технология суперфиниширования осно­ вана на применении устройств упругого прижима брусков повышенной жесткости, применении новых видов абра­ зивных, алмазных и эльборовых брусков с высокими ре­ жущими свойствами, на кинематическом регулировании интенсивности процесса и увеличении частоты колебания брусков, доходящей до ультразвуковых режимов [15]. Суперфиниширование целесообразно проводить в две стадии: 1) с преобладанием микрорезания, когда снима­ ется припуск порядка 0,01—0,03 мм; при этом устраняет­ ся дефектный слой металла, созданный предшествующей обработкой, уменьшаются погрешности геометрической формы заготовки, снижается шероховатость, повышается точность размера изделия; 2) преобладанием полирова­ ния без изменения размеров изделия; в этой стадии обра­ ботки достигаются 12—13-й классы чистоты, создается благоприятная форма неровностей поверхности, суще­ ственно увеличивающая размеры фактической опорной поверхности; происходит значительное упрочнение (на­ клеп) поверхностного слоя металла и формируются сжи­ мающие остаточные напряжения, благоприятные для об­ разования положительных эксплуатационных свойств.

При рациональном проведении операции суперфини­ ширования предварительно шлифованных заготовок волнистость их поверхности снижается с 1,0—3,0 до 0,3— 0,5 мкм. Шероховатость суперфинишированной поверх­

88

ности характеризуется неровностями минимальной высо­ ты (11—13-го классов чистоты) и малого шага, с большим закруглением вершин. Шаг неровностей после суперфи­ ниширования в четыре — восемь раз меньше, чем после шлифования, а величина среднего радиуса закругления вершин при 11-м классе чистоты составляет в среднем 40—80 мкм при максимальных значениях 200—300 мкм, в то время, как после шлифования она равняется в сред­ нем 10—15 мкм.

Благоприятная форма неровностей способствует фор­ мированию при суперфинишировании в 2—3 раза боль­ ших по площади контакта размеров опорной поверхности, чем при шлифовании с тем же классом чистоты [15].

Большие пластические деформации на второй стадии суперфиниширования приводят к наклепу поверхностного слоя металла, вызывающему повышение его микротвер­ дости на 20—25% при обработке закаленных, и на 25— 30% — при обработке отожженых сталей. Одновременно в поверхностном слое формируются остаточные напряже­ ния сжатия, достигающие 70—90 кГ/мм2 [15].

При применении алмазных брусков, обладающих по­ вышенной абразивной способностью, и правильном назна­ чении режимов обработки суперфиниширование позволя­ ет за 80—90 сек снимать припуски, достигающие 0,02—0,07 мм, исправлять значительные погрешности гео­ метрической формы детали. При этом стойкость брусков оказывается в 100—150 раз выше стойкости абразивных брусков. Так, если абразивным бруском в пределах его стойкости удается обработать 60—70 деталей, то алмаз­

40Х и ШХ15 брусками АС14/20 — АС40/28 с удельным давлением 12—16 кГ/см2, окружной скоростью 80— 90 м/мин и с углом сетки а=75° за 30—40 сек достигает­ ся шероховатость 10—12-го классов при удельном расходе алмаза 0,06—0,18 мг/г снятого металла [1].

89

Наиболее значительный съем металла происходит на первой стадии процесса. Так, при доводке стали 50Г HRC 50 бруском АС 14/20 за первые 2 мин удаляется при­ пуск 8 мкм, а за каждые последующие 5 мин — 2—3 мкм

[9].

Алмазным суперфинишированием в настоящее время успешно обрабатываются детали из легированных сталей

40ХНВА, 18Х2НЧВА, 38ХМЮА, 50Г, 40Х, ШХ15, 20Х,

твердых сплавов и других материалов. При этом число двойных ходов брусков в ряде случаев поднимается до

2000—3000 в мин.

Шероховатость поверхности деталей из различных материалов после алмазного суперфиниширования обыч­ но соответствует 9—12-му классам чистоты. При необхо­ димости достижения более высоких классов (13—14-го) рекомендуется применение для суперфиниширования брусков с более мягкими абразивами, оказывающими большее, чем алмаз полирующее действие на обрабаты­ ваемую поверхность.

Суперфиниширование деталей осуществляется на спе­ циальных станках в виде самостоятельных операций. В условиях серийного производства суперфиниширование может быть выполнено в одной операции с токарной об­ работкой детали с помощью специальной суперфинишной головки, установленной на суппорте токарного станка. В этом случае при незначительном увеличении продол­ жительности токарной операции может быть достигнуто уменьшение высоты шероховатости обработанных поверх­ ностей до 9—10-го классов чистоты [27, 29].

В связи с непрерывным повышением требований к точности и качеству поверхности ответственных деталей машин происходит быстрое совершенствование методов доводки абразивными и алмазными брусками и разраба­ тываются новые процессы, являющиеся модификацией процессов хонингования и суперфиниширования («мик­ рофиниш», «микродоводка» и др.). Развитие этих методов

90