Алмазное хонингование глубоких отверстий

ИСПРАВЛЕНИЕ ИСХОДНЫХ ПОГРЕШНОСТЕЙ ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ ФОРМЫ ГЛУБОКИХ И ТОЧНЫХ ОТВЕРСТИЙ АЛМАЗНЫМ ХОНИНГОВАНИЕМ

На финишних операциях возникает необходимость устранения погрешности геометрической формы в виде некруглости, нецилиндричности и изогнутости оси от­верстия, оставшихся от предыдущих операций. Напри­мер, при изготовлении стальных азотированных втулок необходимо обеспечить не только минимальные исходные погрешности геометрической формы отверстий перед финишной операцией, но также следует создать на опе­рации хонингования такие условия, при которых обеспе­чивалось бы исправление исходных погрешностей при минимальных припусках на обработку.

Факторы, обусловливающие точность формы отвер­стия при алмазном хонинговании. Погрешности формы отверстия после хонингования обусловливаются погреш­ностями, создаваемыми самим процессом, и погрешно­стями предшествующей обработки.

Причинами образования погрешностей формы отвер­стия в поперечном сечении (некруглость) при хонинго­вании могут быть: а) плохая самоустанавливаемость хона по обрабатываемому отверстию вследствие недо­статков конструкции хона и его крепления в шпинделе станка; б) недостаточная соосность обрабатываемого отверстия со шпинделем станка, что приводит к оваль­ности отверстия, прежде всего у его краев; в) деформа­ция детали в результате зажима, что предопределяет возникновение овальности отверстия после снятия дета­ли с приспособления; г) нагрева детали в сочетании с неодинаковым отводом тепла от различных участков об­рабатываемой поверхности; д) большие радиальные си­лы в сочетании с неравномерной жесткостью по окруж­ности и длине детали: на участках с меньшей жестко­стью диаметр отверстия после обработки получается меньшим.

Погрешности формы в продольном сечении при хо­нинговании возникают вследствие тех же причин, что и погрешности в поперечном сечении. Кроме того, точность формы в продольном сечении в значительной степени зависит от конструкции хона, длины брусков и величи­ны выхода брусков из отверстия [11].

При хонинговании сквозных отверстий на образова­ние погрешности формы в продольном сечении кроме перечисленных выше факторов оказывает влияние вре­мя переходного периода движения хонинговальной го­ловки около крайнего положения, состоящее из отрезка времени от начала уменьшения скорости хода до нуле­вой скорости, времени нахождения в крайнем положе­нии и времени разгона [И].

Наиболее трудноустранимыми геометрическими по­грешностями отверстий при хонинговании являются не- круглость отверстия и изогнутость его оси. При хонин­говании глубоких и точных отверстий в тонкостенных деталях исправление этих погрешностей формы весьма затруднительно.

При алмазном хонинговании исходные геометричес­кие погрешности отверстий исправляются более интен­сивно, чем при хонинговании брусками с обычными аб­разивами.

С увеличением зернистости алмазных брусков и же­сткости хонинговальной головки интенсивность исправ­ления исходной некруглости отверстий возрастает. В не­которых случаях удается при припуске 0,1—0,15 мм уменьшить некруглость до 0,08—0,10 мм и конусообраз- ность от 0,1 до 0,01 мм. Исправление некруглости про­текает интенсивнее с увеличением давления брусков на обрабатываемую поверхность и скорости возвратно-по­ступательного движения хонинговальной головки.

После алмазного хонингования деталей из закален­ной стали в одну операцию со снятием припуска 0,08— 0,12 мм на диаметр некруглость уменьшалась от 0,055 до 0,01 мм. Еще более эффективно исправляются исход­ные погрешности формы отверстия при хонинговании в две операции [11, 14].

Практика обработки гильз топливной аппаратуры показала, что увеличение концентрации алмазов в брус­ках способствует повышению геометрической точности отверстий после хонингования [8].

При обработке прерывистых отверстий в корпусных деталях хоном с удлиненными брусками наблюдается улучшение соосности между этими отверстиями [11]. Ал­мазное хонингование применяется также для исправле­ния изогнутости оси отверстий малых диаметров в дета­лях топливной аппаратуры.

Исследования, проведенные НИИтракторсельхозма- шем (г. Москва) совместно со Стерлитамакским станко­строительным заводом им. В. И. Ленина, показали воз­можность значительного уменьшения изогнутости оси от­верстий благодаря применению алмазных хонинговаль­ных брусков, длина которых близка к длине образую­щей отверстия. Обрабатывались гильзы двигателя ЛТ-54 с режимами: 0_ОК = 47 м/мин,        а_Вп = 21 м/мин,                                            р_уд =

= 10 кгс/см². Из табл. 9 следует, что с увеличением дли-

Таблица 9

ны хонинговальных брусков от 125 до 250 мм изогну­тость оси интенсивно уменьшается, а удельный расход снижается [21].

Из приведенных примеров видно, что при хонинго­вании исходная изогнутость оси отверстия исправляется благодаря применению специальных направляющих уст­ройств или увеличению длины хонинговальных брусков.

Для осуществления исправления исходной изогнуто­сти оси отверстия методом хонингования абразивный инструмент должен отвечать следующим основным тре­бованиям: достаточная длина брусков, обеспечивающая значительное перекрытие изогнутости оси обрабатывае­мого отверстия; достаточная жесткость хонинговальной головки, исключающая возможность ее деформации при воздействии на нее переменных сил резания при хонин­говании; чем меньше значение допускаемой изогнуто­сти оси отверстия детали, тем больше должна быть жесткость хонинговальной головки; высокая стойкость абразивных брусков, исключающая возможность интен­сивной потери формы брусков при хонинговании; дли­тельность сохранения остроты абразивных зерен для обеспечения высокой производительности процесса.

Повышение твердости обычных абразивных брусков для обеспечения требуемой стойкости приводит к быст­рой потере их режущей способности. Понижение твердо­сти брусков вызывает быстрое изменение геометричес­кой формы брусков. Исправляющая способность хонин­гования резко повышается в случае применения алмаз­ных брусков.

Исправление исходной некруглости отверстий. Для

установления влияния режимов резания, ширины алмаз­ных брусков и некоторых конструктивных параметров хонинговальных головок на интенсивность исправления исходной некруглости отверстия тонкостенных цилинд­ровых втулок глубинного насоса, изготовленных из ста­ли 38ХМЮА, азотированной на твердость HRA^z80, и чугуна СЧ 28-48, закаленного до HRC 36—45, проводили серию экспериментов в производственных условиях ВНИИПТнефтемаша.

Обработка втулок производилась на вертикально-хо­нинговальном станке ЗМ82 по схеме: хонингуемая де­таль жестко закреплена по торцам, инструмент (хон) плавающий.

Эффективность исправления исходной некруглости отверстия оценивали по коэффициенту интенсивности исправления [11] где 6и — исходная погрешность геометрической формы обрабатываемого отверстия, мкм; б_к — погрешность гео-

метрической формы отверстия после хонингования, мкм; дD — съем металла на диаметр за период цикла хонин­гования, мкм.

Втулки обрабатывали четырехколодочной хонинго­вальной головкой обычной конструкции (с размерами брусков 100X8, 100X12 и 100X16 мм) и хонинговаль­ной головкой специальной конструкции, оснащенными алмазными брусками АСВ 160/125—MCI5—100%.

На рис. 22 приведена осциллограмма крутящего мо­мента, осевой силы и упругой деформации втулки из азотированной стали за один двойной ход хонинговаль­ной головки обычной конструкции. Наличие исходной овальности обрабатываемого отверстия приводит к су­щественному периодическому изменению крутящего момента и осевой силы.

Радиальная сила подачи и соответственно давление брусков на обрабатываемую поверхность циклически изменяются. Это продолжается до тех пор, пока не бу­дет устранена исходная овальность отверстия, после че­го все бруски будут иметь одинаковую величину давле­ния. С уменьшением исходной овальности отверстия (рис. 23) максимальные значения крутящего момента и осевой силы также уменьшаются, а минимальные зна­
чения крутящего момента и осевой силы возрастают и к окончанию цикла хонингования сближаются друг с другом.

Чем больше овальность отверстия и меньше ширина брусков, тем больше разность между диаметром раздви­гания брусков хона и наименьшим диаметром овала от­верстия. При этом соответственно увеличиваются ради­альная сила подачи и давление брусков на стенки от­верстия.

В процессе хонингования по мере уменьшения исход­ной овальности уменьшаются величины силовых пара­метров и упругой деформации втулки (рис. 24). С умень­шением ширины обрабатывающих брусков абсолютные величины окружной и осевой сил и упругой деформации втулки возрастают.

На рис. 25 представлен график зависимости измене­ния коэффициента интенсивности исправления исход­ной погрешности геометрической формы kn от величины исходной овальности, полученный при хонинговании опытной партии втулок с различной исходной некругло- стью (50, 70, 90, ПО, 130, 140 мкм). Коэффициент £_и не­сколько увеличивается с увеличением исходной оваль­ности.

Для установления зависимости съема металла, коэф­фициента &_и интенсивности уменьшения некруглости от­верстия от ширины брусков были проведены специаль­ные эксперименты по алмазному хонингованию азоти­рованных тонкостенных втулок с исходной некруглостыо
100 мкм. Хонинговальная головка обычной конструкции (см. рис. 4) была оснащена брусками размерами 100X8, 100Х 12 и 100Х 16 мм.

С увеличением ширины брусков съем металла на диаметр AD и коэффициент kn возрастают (рис. 26). Аб-

Рис. 26. Изменение съема металла на диаметр AD, коэффициента интенсив­ности исправления ис­ходной погрешности kn и овальности >6 втулки по времени при использова­нии брусков разной ши­рины: 16 мм (сплошные линии), 12 мм (штрихо­вые линии) и 8 мм !(штрихпунктирные ли­нии)

солютная величина некруглости за одинаковое время хонингования при широких брусках получается намного меньше, чем при узких. Так, например, при исходной некруглости втулок 100 мкм за 80 с хонингования брус­ками шириной 8 мм некруглость уменьшается всего до 40 мкм, а при хонинговании брусками шириной 12 мм до 10 мкм. Увеличение ширины брусков не оказывает зна­чительного влияния на возрастание коэффициента k_K.

Интенсивность исправления исходной некруглости от­верстия зависит также от режимов хонингования (рис. 27). Увеличение окружной скорости головки и дав­ления брусков способствует снижению коэффициента kn. С увеличением скорости возвратно-поступательного дви­жения хонинговальной головки коэффициент kn возрас­тает.

Между коэффициентом kn и технологическими фак­торами получена следующая зависимость:

„0,25 ₈0.31

k - 1,35-------- ^---- и-------

„“•⁴⁴*⁰'¹⁷<⁶⁵

Важными факторами, от которых зависит интенсив­ность устранения исходной овальности отверстия, явля­ются конструктивные параметры хонинговальной голов­ки. Были проведены эксперименты при работе хонинго-

вальной головкой специальной конструкции с жесткой характеристикой (см. рис. 5).

На рис. 28 приведены кривые изменения съема ме­талла на диаметр, коэффициента к_и и овальности отвер­стия по времени при работе этой головкой.

Сопоставление данных, приведенных на рис. 26 и 28, показывает, что для уменьшения исходной некруглости отверстия от 100 до 10 мкм при использовании обычной хонинговальной головки необходимо 80 с (см. рис. 26), а при хонинговании специальной головкой (см. рис. 28) требуется всего 30 с; коэффициент &_и при этом возрас­тает от 0,65 до 0,85.

На основании экспериментальных данных на рис. 29 приведены рекомендации о величине припусков для ис­правления исходной некруглости при работе хонинго­
вальными головками обычной и специальной конструк­ции.