Особенности процесса суперфиниширования при хонинговании
В настоящее время в серийном и массовом производстве при изготовлении ответственных деталей предъявляются высокие требования к точности и шероховатости поверхности: некруглость менее 1 мкм, волнистость менее 0,2 мкм, нецилиндричность и непрямолинейность образующей менее 2—5 мкм, параметр шероховатости Ra= 0,02— 0,8 мкм, отсутствие дефектного слоя металла (структурно-фазовых изменений, напряжений растяжения, микротрещин), определенные значения параметров формы микронеровностей и опорной поверхности.
Обеспечение этих требований достигается с помощью таких процессов абразивной обработки, как хо-нингование и суперфиниширование брусками из традиционных и сверхтвердых абразивных материалов. Эти процессы относят к процессам доводки; хонингование производится при одновременно выполняемых вращательном и возвратно-поступательном движениях инструмента (головки с брусками), суперфиниширование — при вращении заготовки и колебательном движении бруска. Суперфинишная головка с бруском или заго-товка может совершать также движение подачи вдоль оси заготовки. На рис. 1.1 приведенa схемa рабочих движений. При суперфинишировании в хонголовке прижим бруска осуществляется с помощью гидравлических или пневматических систем.
При контакте рабочей поверхности бруска с обрабатываемой поверхностью заготовки происходит царапание металла одновременно большим числом абразивных частиц. Размер таких частиц при суперфинишировании—5—20 мкм, среднее число частиц на поверхности бруска 0.004-0.005 зерен на 1 мм2. Основными видами взаимодействия абразивных зерен с металлом являются микрорезание со снятием тончайших стружек и трение с пластическим оттеснением металла. Для интенсивного резания необходимо, чтобы абразивный брусок самозатачивался путем скалывания и вырывания затупившихся зерен из связки. При использовании брусков из сверхтвердых абразивных материалов (алмаза, эльбора) зерна длительное время со-
/ — деталь; 2 — брусок (V.— окружная скорость детали. S —осевая подача, Оос — скорость осевой подачи, n— частота колебании бруска, а — размах колебаний, ас — угол сетки).
храняют свою остроту, преобладает микроскалывание зерен,а не вырывание их,что значительно повышает стойкость брусков.
Путем выбора оптимальных характеристик брусков и регулирования параметров обработки (скорости, давления) можно управлять процессом обработки, осуществляя на первой стадии непрекращающееся резание металла в течение достаточно длительного времени, необходимого для исправления погрешностей формы заготовки, удаления исходной шероховатости и дефектного слоя. Скорость съема металла при этом составляет 2—4 мкм/с. Для получения поверхности с малой шероховатостью (0,04—0,08 мкм), а также для создания благоприятного микрорельефа по-верхности деталей и упрочненного поверхностного слоя металла процесс обработки на заключительной стадии может быть переведен в режим преобладающего граничного трения, при котором съем металла резко сокращается, а брусок выглаживает обрабатываемую поверхность. Такой переход можно осуществить, изменяя параметры обработки: повышая окружную скорость заготовки или инструмента, снижая давление бруска и частоту колебаний бруска.
Ранее применявшийся процесс обработки брусками с самопрекращением резания и съема металла был неуправляемым и не мог обеспечивать стабильного качества деталей, так как самопрекращение съема металла часто происходит значительно раньше, чем удаляется припуск, необходимый для исправления погрешностей формы и устранения дефектного слоя.
В отличие от шлифования, при котором контактная поверхность составляет незначительную часть рабочей поверхности круга, при суперфинишировании брусок постоянно соприкасается с деталью по всей рабочей поверхности, причем в начальный момент времени брусок прирабатывается к обрабатываемой поверхности. Такой контакт пары брусок — заготовка способствует повышению производительности обработки и точности формы деталей. Давление при суперфинишировании на поверхности контакта бруска с деталью составляет 0,1—1 МПа, что в 10—100 раз меньше, чем давление при шлифовании. Скорость резания при обработке брусками 10—100 м/мин, т. е. в 15—100 раз ниже, чем при шлифовании. В результате при суперфинишировании тепловыделение в зоне обработки значительно ниже, чем при шлифовании, а контактная температура не превышает 60—100 °С. Таким образом, отсутствуют физические причины образования в поверхностном слое микротрещин и прижогов, а также остаточных напряжений растяжения.
. При суперфинишировании с упругим (через пружину) поджимом бруска в хонинговальной головке жесткость системы мала, а сила резания практически постоянна, независимо от формы заготовки, вследствие чего происходит незначительное исправление погрешностей формы. В настоящее время разработаны и широко применяются конструкции суперфинишных головок с более жесткой гидравлической системой прижима бруска, которые значительно повышают производительность и точность обработки.
Характерным признаком процесса суперфиниширования является повышенная частота (20—50 Гц) колебаний абразивного бруска. Колебательное движение интенсифицирует процессы и резания металла, и самозатачивания бруска, создает более однородный микро-рельеф с меньшей шероховатостью обработанной поверхности. В настоящее время разработаны и используются станки и головки для наружного суперфиниширования внутренних поверхностей (например, дорожек качения наружных колец подшипник
ов ).
