АБРАЗИВНО-АЛМАЗНАЯ ОБРАБОТКА

СУПЕРФИНИШИРОВАНИЕ

Суперфиниширование применяется для отделки наружных и внутренних плоских и фасонных поверхностей деталей с дости­жением чистоты 9—13-го класса. Детали после суперфиниширова­ния вследствие высокого класса чистоты поверхности и сохране­ния исходной структуры металла отличаются высокой износо­стойкостью.

Отличительной особенностью-суперфиниширования является проведение процесса при коротких и частых колебательных дви­жениях державки с абразивными или алмазными инструментами (до 2500 дв. ход./мин), при ее медленном возвратно-поступатель­ном перемещении и значительной скорости обрабатываемой де­тали. В начале процесса с обрабатываемой поверхностью контак­тирует меньшее число зерен; по мере приработки брусков начи­нает работать все большее число зерен, в результате чего съем металла увеличивается; по мере снятия вершин гребешков металла и уменьшения шероховатости поверхности площадь контакта настолько увеличивается, а удельное давление снижается, что процесс снятия металла прекращается.

Детали, поступающие на суперфиниширование, имеют обычно чистоту 7—8-го класса, т. е. под суперфиниширование остается припуск 2—3 мк, поэтому в зависимости от размеров детали и требуемого класса чистоты этот процесс длится обычно 10-—50 сек. Процесс суперфиниширования не вызывает изменения поверх­ностного слоя, несущая поверхность детали достигает 90% и из­носостойкость повышается в 4—5 раз по сравнению со шлифован­ными деталями.

Недостатком процесса суперфиниширования являются его относительно небольшая производительность и то, что этот про­цесс не исправляет погрешностей предшествующей обработки, несколько снижая волнистость. Поэтому необходимую точность деталей должен обеспечивать процесс шлифования.

Суперфиниширование осуществляется на специальных станках (табл. 42) или при помощи приспособлений на токарных и шлифо­вальных станках.

Схема суперфиниширования шейки коленчатого вала приве­дена на рис. 81.

Выпускаются следующие станки для суперфиниширования: вертикальные и горизонтальные, одношпиндельные и многошпин­дельные, работающие брусками и кругами, имеющие два, три и более движений детали и абразивного инструмента. Супер­финиширование отверстий производится брусками при вращении детали. Если обрабатываемые детали непо­движны, то головка, несущая бруски, по­лучает, кроме возвратно-поступательного перемещения, вращательное движение. При обработке плоских поверхностей торцом ча­шечного круга деталь или круг получают планетарное вращение.

В зависимости от размеров обрабатывае­мых деталей осциллирующие головки рабо­тают одним—четырьмя брусками, прижимае­мыми к обрабатываемой детали пружинами, сжатым воздухом или маслом. Для обработки деталей с диамет­ром до 10 мм, головка обычно имеет один брусок шириной до 20 мм, а для деталей диаметром свыше 100 мм — два и редко три-четыре бруска шириной 20—25 мм. Для суперфиниширова­ния применяют квадратные и плоские бруски. Размеры брусков выбирают в зависимости от размеров обрабатываемых деталей сечением от З X 3 до 40 X 40 мм и длиной до 250 мм. Обычно для деталей диаметром до 25 мм выбирают бруски сечением до 20 X X 20 мм, для деталей диаметром до 75 мм — сечением 25 X 25 мм и диаметром выше 75 мм — сечением до 40 X 40 мм. Размеры рабочей поверхности брусков должны превышать шаг микроне­ровностей, полученных при предшествующей обработке.

Выбор характеристики брусков зависит от тех же факторов, что и при других видах шлифования, а также в значительной сте­пени от исходного и требуемого класса чистоты поверхности. Чем грубее исходная поверхность, тем крупнее должна быть выбрана зернистость брусков. Так, при чистоте исходной поверхности

• 7-го класса применяют бруски зернистостью № 5—4. При исходной поверхности 8-го класса и выше применяют бруски зер­нистостью М40—М20. Применять в этом случае бруски более тонкозернистые, чем Ml4, имеющие 500—600 тысяч зерен на 1 см², не рекомендуется, так как производительность суперфиниширова­ния при этом снижается, а шероховатость поверхности изменяется очень мало — в пределах одного- двух разрядов.

Бруски зернистостью М40 обеспе­чивают чистоту 9-го класса, зернис­тостью М28-М20—чистоту 10-го клас­са и зернистостью Ml4 — чистоту 11-12-го класса.

Влияние зернистости на шерохо­ватость поверхности показано на рис. 82. При выборе вида материала брусков следует исходить из общего правила: для обработки материалов с высоким пределом прочности при разрыве применяют белый электроко­рунд, а для материалов с низким

пределом прочности при разрыве — зеленый карбид кремния. При применении тонкозернистых абразивных инструментов это правило не является обязательным. С одинаковым успехом в ряде слу­чаев можно применять бруски из белого электрокорунда и зеле­ного карбида кремния. Часто для суперфиниширования деталей из вязких сталей с успехом применяют бруски из карбида крем­ния.

При установлении требуемой степени твердости исходят из вида связки применяемых брусков и свойств материала обрабаты­ваемой детали. Для твердых и хрупких материалов выбирают степень твердости в пределах СМ1—С1 для брусков на керамиче­ской связке и С1—СТ1 для брусков на бакелитовой связке.

Для достижения шероховатости 10-го класса при суперфини­шировании деталей из сталей 20Х и ШХ15 выбирают бруски КЗМ28М1—СМ1К, для получения чистоты 11-го класса — бруски КЗМ14М1-—СМК и чистоты 12—13-го класса —Гбрускн из прока­ленного глинозема М28—М20 на бакелитовой связке,^подвергну­тые специальной термической обработке.

По рекомендации ВНИИАШ, для суперфиниширования на­чал и^пр имен ять бруски, изготовленные литьем на керамической связке из карбида кремния и белого электрокорунда зернистостью

М14—Ml, обеспечивающие шероховатость 11 —-12-го класса при исходной чистоте 9-го класса на деталях из сталей 20Х, 38ХМЮА: при работе этими брусками съем металла повышается в 2 раза. Для суперфиниширования деталей из цветных металлов, а также вязких сталей лучше применять бруски из карбида кремния на бакелитовой связке.

Перед началом работы рабочая поверхность бруска должна иметь форму, соответствующую кривизне поверхности детали, подлежащей обработке, чтобы брусок работал всей поверхностью, а не отдельными участками. Исследования этого процесса, про­веденные С. М. Кедровым и др., а также практика заводов автомо­бильной и подшипниковой промышленности позволили устано­вить, что с увеличением твердости брусков и числа их двойных ходов шероховатость поверхности уменьшается. Оптимальным углом а при проведении операции суперфиниширования за один проход является угол в 10—15°.

В зависимости от требуемого класса чистоты и вцда материала удельное давление устанавливается от 0,3 до 6 кГ/см²; при приме­нении литых брусков удельное давление 2 кГ/см². Удельное давле­ние до 1,5 кГ/см² не оказывает заметного влияния на шерохова­тость поверхности. С повышением удельного давления шерохова­тость поверхности и производительность увеличиваются.

Таким образом, при проведении процесса суперфиниширова­ния следует учитывать, что шероховатость поверхности умень­шается: с уменьшением удельного давления, с увеличением числа и уменьшением амплитуды колебаний, с уменьшением скорости детали и увеличением продольной подачи.

Суперфиниширование стальных и алюминиевых деталей реко­мендуется вести при следующих режимах: v_d = 20-н45 м/мин, число двойных ходов бруска 700—3000 в минуту, величина хода 1—6 мм, продольная скорость 0,5 м/мин, удельное давление 0,5— 0,3 кПсм² (чаще 1—1,5 кПсм²). Цветные металлы (бронза, ла­тунь и т. п.) рекомендуется суперфинишировать в две операции, причем для предварительной обработки выбирать бруски твер­достью М2—М3, а для окончательной — бруски твердостью С1—С2 и работать при удельном давлении не более 1,5 кГ/см², v_d — 10-н50 м/мин, числе двойных ходов 1000 в минуту с ампли­тудой их колебаний 4—5 мм.

При обработке подшипниковых колец, отличающихся высокой твердостью, скорость детали повышается до 100 м/мин; при обра­ботке алюминиевых поршней ее повышают до 140 м/мин. Удель­ное давление выше 2 кГ/см² применяют только при обработке очень твердых металлов. Чем тверже обрабатываемый материал, тем меньше толщина снимаемого слоя и меньше шерохова­тость.

Как и при хонинговании, процесс суперфиниширования сле­дует вести с применением смазочной жидкости, например керо- 284

сина с добавкой 10—20% индустриального или турбинного масла. Для уменьшения шероховатости и повышения производитель­ности в керосин добавляют 3% олеиновой кислоты. Хорошие ре­зультаты дают водные растворы с содержанием 0,5% тринатрий- фосфата и 0,25% нитрида натрия, но при применении такой жид­кости твердость брусков следует повышать на одну-две степени.

Иногда процесс суперфиниширования ведут с переменной ско­ростью: сначала при скорости вращения детали около 6 м!мин, а затем до 30 м/мин. При таком режиме достигается ускорение удаления следов предшествующей обработки.

Суперфиниширование деталей из твердых сплавов, в частности прокатных валков и др., ведется при помощи алмазных брусков на эпоксидной связке Д1, причем достигается получение чистоты 11-го класса при высокой производительности.