Алмазное хонингование глубоких отверстий
ИССЛЕДОВАНИЯ ОБРАБАТЫВАЕМОСТИ ЧУГУННЫХ И СТАЛЬНЫХ ДЕТАЛЕЙ ПРИ АЛМАЗНОМ ХОНИНГОВАНИИ
Для выявления оптимальных режимов резания и ха-рактеристики алмазных брусков, обеспечивающих наи-более эффективное хонингование отверстий в деталях из закаленного чугуна и азотированной стали, проводи¬ли исследования на натурных образцах цилиндровых втулок глубинных насосов. В процессе алмазного хонин¬гования измеряли съем металла в единицу времени, удельный расход алмазов, шероховатость обработанной поверхности и точность геометрической формы отверстия втулок.
Интенсивность съема металла и удельный расход ал-мазов зависят от основных параметров процесса: режи¬ма резания, характеристики алмазных брусков, состава смазочно-охлаждающей жидкости, конструкции хона и станка. Выбор режима хонингования зависит от боль¬шого числа факторов, наиболее важными из которых являются характеристика обрабатываемого металла (химический состав и механические свойства), размеры обрабатываемого отверстия, жесткость заготовки, ше-роховатость поверхности отверстия, точность его разме¬ра и погрешности геометрической формы до хонингова¬ния, требуемая точность размера и шероховатость по-верхности после хонингования, характеристика брусков, конструкция и жесткость хонинговальной головки.
Хонингование втулок из закаленного чугуна. Экспе-риментально-исследовательские работы по определению влияния характеристики брусков и режимов резания на съем металла и удельный расход алмазов проводились при хонинговании втулок глубинного насоса и образцов диаметром 43 мм и длиной соответственно 300 и 20 мм
из закаленного (HRC 36—45) чугуна СЧ 28-48. Полу-ченные данные были апробированы в производственных условиях машиностроительного завода им. Ф. Э. Дзер-жинского при хонинговании чугунных втулок глубинно¬го насоса.
Для экспериментов был использован вертикально-хонинговальный станок модели ЗМ82, оснащенный хо-нинговальной головкой плавающего типа. В качестве смазочно-охлаждающей жидкости применяли керосин.
Величина съема металла определялась по линейным измерениям диаметров втулок (или образцов) до хонин-гования и после него. Износ алмазных брусков опреде-лялся их взвешиванием на аналитических весах АД-200 (с точностью до 0,1 мг).
Давление брусков на обрабатываемую поверхность определяли с помощью специального пружинного дина-мометра (по усилию на штоке конуса), предваритель¬но тарированного по образцовому динамометру ДОСМ1.
При выборе характеристики брусков за критерий оценки показателей процесса алмазного хонингования принимались удельная интенсивность съема металла, снятого единицей площади режущей поверхности алмаз-ного бруска в минуту [г/(см2 • мин)], удельный расход алмаза (мг/г) и шероховатость поверхности после обра-ботки Ra (мкм).
Влияние материала абразива и зернистости на пока-затели процесса хонингования определялось на брусках АСВ, АСР и АСК зернистостью от 50/40 до 315/250 на связках Ml, МС15, МС8 и МП2 при 100%-ной концен-трации алмазов.
Хонингование производилось с окружной скоростью
44.5 м/мин, скоростью возвратно-поступательного дви-жения хонинговальной головки 14 м/мин и давлением брусков 12 кгс/см2.
Результаты экспериментальных данных показывают, что с повышением зернистости алмазных зерен шерохо-ватость обрабатываемой поверхности и производитель-ность процесса увеличиваются. С повышением зернисто-сти брусков с 50/40 до 200/160, т. е. в 4 раза, шерохова-тость поверхности возросла почти в 6,5 раза от 0,25 до
1.5 мкм, а производительность в 3,3 раза от 0,32 до
1.6 г/(см2- мин).
Для лучшего использования возможностей алмазных брусков при выборе зернистости алмазных зерен и чис¬
ла операций хонингования следует исходить из величи¬ны снимаемого припуска и достигаемой шероховатости поверхности.
Проведенные работы подтвердили, что алмазные бру¬ски АСВ 100/80 при однооперационном хонинговании деталей из закаленного чугуна надежно обеспечивают шероховатость обработанной поверхности Ra = 0,63ч- -=-0,32 мкм с интенсивным снятием припуска 0,05— 0,06 мм на диаметр.
Большое влияние на эксплуатационные показатели процесса хонингования оказывают вид алмазного зерна и механические свойства связки. Были проведены срав-нительные испытания алмазных брусков на различных связках и видах алмазных зерен (табл. 7).
Таблица 7
Результаты алмазного хонингования
Зернистость Связка Удельная интенсивность съема, г/(сма *мин) Удельный расход алмаза, мг/г
АСВ 100/80 Ml 0,43 0,05
АСВ 100/80 MCI 5 0,42 0,03
АСВ 100/80 МС8 0,40 0,08
АСР 100/80 МС15 0,45 0,07
При однооперационном алмазном хонинговании де-талей из закаленного чугуна лучшие показатели процес¬са обеспечивают алмазные бруски АСВ на связке МС15.
Основным фактором, обеспечивающим возможность снятия припуска, является давление брусков на обраба-тываемую поверхность. Давление брусков оказывает непосредственное влияние на глубину резания при хо-нинговании и интенсивность съема металла. От величи¬ны давления зависят также износ и стойкость алмазных брусков.
Чем больше удельная интенсивность съема металла при малой величине давления, тем выше режущая спо-собность алмазных брусков.
Для выявления зависимости производительности про-цесса, а также износа алмазных брусков от давления были подвергнуты хонингованию закаленные чугунные (СЧ 28-48) втулки при давлениях 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16,
Рис. 13. Изменение удель¬ной интенсивности съема металла Q и удельного износа алмаза q в зави¬симости от давления брусков рУд при v0K = =44,5 м/мин
18, 20 кгс/см2 и при различных окружных скоростях 16,5; 23,4; 30; 37,5 и 44,5 м/мин и постоянной скорости возвратно-поступательного движения 14 м/мин.
Эксперименты проводили хонинговальной головкой плавающего типа, оснащенной алмазными брусками АСВ 100/80 — МС15—100. Результаты экспериментов, приведенные на рис. 13, показывают, что интенсивность съема металла увеличивается с увеличением давления брусков. При более высоком давлении руд=14-т- 4-20 кгс/см2 интенсивность съема металла возрастает незначительно. Снижение интенсивности съема металла Q с увеличением руд является следствием того, что глу-бина внедрения алмазных зерен растет непропорцио-нально давлению брусков.
Эксперименты показали, что удельный расход алма¬за для интервала давления руд=4-^20 кгс/см2 составля-
Рис. 14. Изменение удель¬ной интенсивности съема металла Q и удельного износа алмаза q от дав¬ления брусков руд при различных окружных скоростях v0K хона:
/—16,5 м/мин; 2—23,4 м/мин;
3—30,0 м/мин; 4—37,5 м/мин
5—44,5 м/мин
Рис. 15. Изменение удель¬ной интенсивности съема металла Q от окружной скорости при Руд= = 12 кгс/см2
ет примерно 0,032 мг/г. Так как при хонинговании за-каленного чугуна брусками АСВ на связке MCI5 выкра-шивания и выпадания зерен не наблюдалось, то расход алмазов является следствием их изнашивания.
Среднее значение удельного расхода алмазов для брусков АСВ 100/80—MCI5—100% при заводских испы-таниях на чугунных втулках составило 0,04 мг/г.
С увеличением у0к от 16,5 до 44,5 м/мин наблюда¬лось увеличение производительности процесса (рис. 14). Эта зависимость при руд=12 кгс/см2 и Увп=14 М/МИН приведена на рис. 15.
Для исследования влияния скорости возвратно-посту¬пательного движения хонинговальной головки на пока¬затели процесса были проведены опыты при vm = 6\ 8; 10; 12; 14 м/мин, руд = 4-^20 кгс/см2 (рис. 16). Кривая зависимости Q от vBU при и0к = 44,5 м/мин и руд= = 12 кгс/см2 приведена на рис. 17.
Следует отметить, что верхние пределы v0K И VBTL ог-раничивались технологическими возможностями станка мод. ЗМ82.
Рис. 16. Изменение удель¬ной интенсивности съема металла Q и удельного износа алмаза q от дав¬ления брусков /?уД при различных скоростях воз- вр атно-посту пательного движения vBn хона: *—5,7 м/мин; 2—7,5 м/мин; 5—10,0 м/мин; 4—12,0 м/мин;
5—14,0 м/мин
Рис. 17. Изменение удельной интенсивности съема ме¬талла Q от скорости воз¬вратно-поступательного дви¬жения хона при v0K =
= 44,5 м/мин и Руд =
= 12 кгс/см2
На показатели процесса хонингования существенное влияние оказывает угол а наклона траектории движения зерен.
При хонинговании чугуна величину угла а рекомен-дуется брать 12°—20° При принятых скоростях (^ок = 45 м/мин и vBU=\4 м/мин) угол а был равен 20°
Из графиков (рис. 14 и 16) следует, что с повышени¬ем скоростей VQK и vBU удельный расход алмазов не¬сколько уменьшается.
Хонингование втулок из азотированной стали. При
хонинговании втулок глубинных насосов, изготовляемых из азотированной стали 38ХМЮА, возникают специфи-ческие трудности, связанные с малой жесткостью и вы-сокой твердостью (HRA^80) этих деталей.
Об этом свидетельствуют результаты опытов, пред-ставленные на рис. 18. С повышением скоростей враще-ния и возвратно-поступательного движения хонинго-вальной головки съем металла увеличивается, однако при ^ок = 44,5 м/мин наблюдается интенсивное тепловы-деление, и в результате нагрева втулок точность хонин-
Ь
МГ/Г
ОЛ 0,3 0.2
гования ухудшается. Поэтому увеличивать и0к свыше 40 м/мин нецелесообразно.
Значительное повышение скорости возвратно-посту-пательного движения хонинговальной головки приводит к появлению вибраций, вызываемых большими инерци-онными силами. Поэтому vBU следует рекомендовать в пределах 12—14 м/мин.
Рис. 19. Влияние удельного давления брусков руд на удельную интенсивность съема металла Q и удель¬ный износ брусков q при Рок = 30 м/мин, Рвп =
= 14 м/мин
С повышением скоростей хонинговальной ГОЛОВКИ Уок и vBTl удельный износ брусков, как и при алмазном хо-нинговании закаленного чугуна, несколько уменьшается (см. рис. 18).
С увеличением давления до руд=8 кгс/см2 удельный съем металла растет, а затем начинает уменьшаться (рис. 19). Например, при увеличении давления от 8 до 10 кгс/см2 удельная интенсивность съема металла сни¬зилась от 0,7 до 0,6 г/(см2-мин), и при этом наблюда¬лось засаливание алмазных брусков.
С повышением давления удельный расход алмазов увеличивается (см. рис. 19). Рекомендуется устанавли¬вать давление не выше 6 кгс/см2.
В результате проведенной работы по хонингованию втулок из азотированной стали 38ХМЮА получены дан-ные, приведенные в табл. 8.
При однооперационном хонинговании тонкостенных деталей типа втулок глубинных насосов из азотирован¬ной стали 38ХМЮА лучшие показатели процесса обе-спечивают алмазные бруски АСВ 100/80 на связке MCI 5.
Для оптимизации процесса размерного хонингования втулок глубинного насоса из азотированной стали 38ХМЮА рекомендуются следующие значения парамет-ров: Руд = 8 КГС/СМ2, 1>ок = 40 м/мин, Увп=14 м/мин, брус¬ки АСВ 250/200—MCI5.
Таблица 8
Результаты хонингования втулок
Хірактеристика брусков Удельная интенсив-ность съема металла, г/(см* • мин) Удельный расход алмазов, мг/г
АСВ 100/80—Ml—100% 0,59 0,62
АСР 100/80—МС15—100% 0,65 0,30
АСВ 100/80—МС15—100% 0,67 0,24
Примечание. Режим хонингован v = 30"м/ МИН, £>вп =14 м/мин
Руд = 6 КГС/С'Л
При этих значениях параметров Qmax = 0,55г/(см2Х Хмин).
Силы резания. Для определения влияния режимов резания на силовые параметры процесса алмазного хонингования были изготовлены чугунные и стальные втулки глубинных насосов с минимальной погрешностью геометрической формы отверстия в пределах 10 мкм.
Втулки обрабатывали четырехколодочной хонинго-вальной головкой, оснащенной алмазными брусками АБХ 16X5X100 — АСВ 100/80—MCI 5—100%.
Для измерения крутящего момента и осевой силы была изготовлена месдоза, которая монтировалась на столе станка под установочным приспособлением. На месдозу наклеивали проволочные тензодатчики. Тари¬ровка тензодатчиков проводилась непосредственно на месдозе при статическом нагружении. Для измерения деформации втулки в радиальном направлении на втул¬ки также наклеивали по окружности два тензодатчика. Результаты измерений записывались на осциллограф типа Н-102Т.
Увеличение радиальной силы Ррад вызывает непро-порциональное возрастание силы резания Ррез (рис. 20).
В случае хонингования закаленного чугуна СЧ 28-48
с увеличением радиальной силы Ррад с 256 до 576 кгс, т. е. в 2,25 раза, общая сила резания ^Ррез -V Рок + РІС )
возросла лишь с 130 до 193 кгс, т. е. только в 1,48 раза (см. рис. 20).
Рок: Рої
160 190 120 100 60 во
го
Рис. 21. Изменение окружной Рок и осевой РОС сил резания и коэф фициента абразивного резания /а при хонинговании стали 38ХМЮА, 80 (штриховые линии) и чугуна СЧ 28—48, HRC 36^45 (сплошные линии) от давления брусков на обрабатываемую поверх¬ность руд (а) при ц0к=23,4 м/мин, Увп^Н М/МИН; скорости реза¬ния v хона (б) при Руд = 8 кгс/см2, а=26,5°; угла а (в) при v = = 12 м/мин, Руд = 8 кгс/см2
На рис. 21 приведены зависимости окружной и осе¬вой сил и коэффициента абразивного резания от давления брусков на обрабатываемую поверхность. С увеличением давления силовые параметры процесса возрастают, а коэффициент абразивного резания умень¬шается. С увеличением скорости резания v силовые параметры процесса и коэффициент абразивного резания уменьшаются (рис. 21, б). С увеличением величины угла а до определенного значения силовые параметры Рок, Рос процесса и коэффициент абразивного резания воз¬растают; дальнейшее увеличение величины угла а вызы¬вает уменьшение этих параметров. Увеличение концен¬трации алмазов от 50 до 150 приводит к возрастанию сил резания Рок и Рос приблизительно на 20—30%.
