Отделочная (финишная) абразивная обработка деталей машин

К финишным абразивным операциям относятся: тонкое шлифование; хонингование; суперфиниширование; доводка — притирка; полирование; ленточное шлифование; абразивно-жидкостная обработка; виброабразивная обработка; магнитно-абразивная обработка.

Тонкое шлифование. Топкое шлифование производится: мягкими мелкозернистыми шлифовальными кругами на больших скоростях резания (35…70 м/с); припуски на обработку лежат в пределах 0,04…0,08 мм на сторону; с обильной подачей смазывающе-охлаждающих сред.

Хонингование. Хонингование (рис. 5.25) — отделочный метод обработки внутренних поверхностей абразивными брусками. Обработку производят с помощью абразивных или алмазных брусков 1, закрепленных в хонинговальной головке (хоне) 4.

Хонингование применяется для повышения точности формы, размера и снижения шероховатости отверстий, а также создания специфического микронрофиля обработанной поверхности. Хонингование применяется в условиях серийного и массового производства после операций растачивания, развертывания, протягивания и шлифования.

В зависимости от вида крепления хона различают несколько схем хонингования:

• 1) хон жестко связан со шпинделем станка, а заготовке сообщают две степени свободы (см. рис. 5.25, а). Эту схему применяют для обработки заготовок с параллельными нижней и верхней плоскостями и перпендикулярной к ним осью отверстия;
• 2) при обработке мелких и среднегабаритных заготовок используют схему с жесткой связью хона и шпинделя станка, но заготовке сообщают до четырех степеней свободы (см. рис. 5.25, 6)
• 3) если несоосность шпинделя и обрабатываемого отверстия менее 0,05 мм, применяют одно шарнирное крепление хона (см. рис. 5.25, в);
• 4) если несоосность более 0,05 мм, используют двухшарнирное крепление хона (см. рис. 5.25, г);
• 5) при обработке тонкостенных заготовок или в случаях, когда трудно обеспечить соосность отверстия и шпинделя, применяют двухшарнирное крепление, а заготовке сообщают четыре степени свободы (см. рис. 5.25, д).

Рис. 5.25. Схемы хонингования:

1 — абразивный брусок; 2 — хон;

Dj, Г)₂ — вращательное и возвратно-поступательное движения резания Хону, как правило, сообщают три движения: вращение; возвратно-поступательное перемещение и радиальное движение подачи. Мри вибрационном хонинговании хону или заготовке придают дополнительное круговое или возвратно-поступательное движение с малой амплитудой (1…4 мкм) и частотой до 20 двойных ходов в минуту.

Скорость главного движения D, для обработки стали составляет 45…60 м/мин, для обработки чугуна — 60…75 м/мин. Соотношение скоростей движений D_x и D₂ составляет 1,5… 10.

На рис. 5.26, а показаны развертка обработанной поверхности и схема образования сетки.

Рис. 5.26. Развертка поверхности обработанной обычным (а) и вибрационным (б) хонингованием:

1,2 — крайние верхнее и нижнее положения бруска; 3 — положение бруска после одного двойного хода; t — шаг; h — перебег; d — диаметр обработанной поверхности.

Крайнее нижнее 1 верхнее 2 положения абразивных брусков устанавливают с перебегом /?. Перебег необходим для точной обработки отверстия. Минимальные отклонения формы получаются при перебеге h = 0,33 длины бруска и длине бруска, равной 0,5…0,75 длины обрабатываемого отверстия. При каждом двойном ходе бруски оказываются в положении 3, т.с. смещаются на шаг t. Изменяя соотношение D_{/D₂, можно менять угол наклона сетки. При вибрационном хонинговании вид сетки изменится (рис. 5.26, б).

Различают хоны с подпружиненными и с жестко закрепленными брусками.

Хоны с подпружиненными брусками не исправляют такие погрешности формы, как отклонение от прямолинейности оси отверстия, хоны с жестким креплением брусков исправляют все погрешности формы, но точность обработки при этом ниже.

Хонинговальные бруски изготавливают из электрокорунда, карбида кремния или из синтетических алмазов. Зернистость абразива — от № 8 до М20 (для алмазных брусков зернистость — от 400 до 14). Для обеспечения базирования хона по обработанной поверхности число брусков в головке должно быть кратно трем.

Суперфиниширование — отделочный метод обработки наружных поверхностей мелкозернистыми абразивными брусками, совершающими колебательные движения с амплитудой 2…5 мм и частотой до 2000 двойных ходов в минуту.

Сущность процесса состоит в микрорезании обрабатываемой поверхности одновременно большим количеством мельчайших абразивных зерен (до 10 000 зерен/мм²). При этом снимаются тончайшие стружки (до 0,01 мм), одновременно, скорость съема металла достигает 1… 1,5 мкм/с. Большинство зерен нс режет, а пластически деформирует металл, при этом сглаживаются микронеровности и она получат зеркальный блеск.

Хонингование осуществляется на специальном оборудовании. Хонинговальные станки различаются по расположению и числу шпинделей на вертикальные и горизонтальные, однои многошпиндельные.

Суперфиниширование. Суперфиниширование — отделочный метод обработки наружных поверхностей мелкозернистыми абразивными брусками, совершающими колебательные движения с амплитудой 2…5 мм и частотой до 2000 двойных ходов в минуту.

Суперфиниширование применяют для отделочной обработки трущихся поверхностей, когда необходимо повысить их эксплуатационные свойства. Это достигается благодаря обеспечению: малой шероховатости (Ra 0,6…0,05 мкм); уменьшению погрешностей формы до 0,3 мкм; нанесению на поверхность оптимального микрогеометрического рисунка; сглаживанию верхушек микронеровностей (увеличение площади фактической опорной поверхности).

К преимуществам суперфиниширования можно отнести: простоту применяемого оборудования; возможность использования универсальных токарных или шлифовальных станков и головок — вибраторов, высокую производительность и простую автоматизацию процесса.

Сущность процесса состоит в микрорезании обрабатываемой поверхности одновременно большим количеством мельчайших абразивных зерен (до 10 000 зерен/мм²). При этом снимаются тончайшие стружки (до 0,01 мм), одновременно скорость съема металла достигает 1… 1,5 мкм/с. Большинство зерен не режет, а пластически деформирует металл, при этом сглаживаются микронеровности и она получат зеркальный блеск.

Основными рабочими движениями (рис. 5.27, а) являются: вращение заготовки (D_OKp); возвратно-поступательное движение бруска (D_KOJl) и движение продольной подачи (Ц_фОЛ).

Иногда на брусок накладывают дополнительные ультразвуковые колебания, что позволяет увеличить скорость съема металла, и бруски при этом самозатачиваются.

По характеру прижима брусков различают два вида суперфиниширования: силовое и кинематическое. При силовом суперфииишировании (см. рис. 5.27, б) брусок 2 прижимается к заготовке 3 пневмоцилиндром или гидроцилиндром через жесткое промежуточное звено 1. Силовое суперфиниширование хорошо исправляет погрешности формы. При кинематическом суперфинишировании (рис. 5.27, в) брусок 2 прижимается к заготовке 3 пневмоцилиндром или гидроцилиндром через пружину 5. В результате затруднено исправление огранки и овальности обрабатываемой поверхности.

Рис. 5.27. Кинематика движений заготовки и инструмента при суперфинишировании:

а — движения резания; б — силовое суперфиниширование;

в — кинематическое суперфиниширование; 1 — промежуточное звено;

2 — брусок; 3 — заготовка; 4 — пружина Условием получения поверхности с низкой шероховатостью и малым дефектным слоем является наличие затухания процесса резания, что обеспечивается кинематическим суперфинишированием.

Процесс суперфиниширования можно разделить на четыре этапа (рис. 5.28): Г" Т₂, Г₃, 7ф Первый этап — кратковременный (0,5…1,5 с), характеризуется обновлением рабочей поверхности бруска. Шероховатость обрабатываемой поверхности высока, часть зерен выламывается из бруска относительно большими силами резания, и удаляются из зоны резания.

Второй этап характеризуется переходом к интенсивному резанию.

На третьем этапе (0,4…0,5 Т_п, где Т_п — полное время обработки) происходят интенсивное резание и упругопластическое деформирование обрабатываемой поверхности. Этап характеризуется повышенной скоростью съема металла и уменьшением расхода абразивного материала. По мере уменьшения высоты гребешков микронеровностей (исходной шероховатости обработанной поверхности) наступает момент, когда давление брусков уменьшается настолько, что масляная пленка начинает препятствовать процессу резания. Брусок «всплывает» над обрабатываемой поверхностью, и только отдельные зерна могут производить пластическое деформирование поверхности.

Рис. 5.28. Схема изменения площади соприкосновения обрабатываемой поверхности и бруска:

7j, Т₂, Т₃, Т₄ — этапы обработки; Г_ц — время цикла; Q — площадь контакта обрабатываемой поверхности и бруска; F — давление бруска На четвертом этапе (0,4…0,5 Г_ц) масляная пленка препятствует и резанию, и пластическому деформированию. Зерна могут осуществлять только упругое деформирование обработанной поверхности и снимать тонкие оксидные пленки (адгезионное разрушение).

На рис. 5.29 приведены наиболее распространенные схемы суперфиниширования: в центрах; с продольным или поперечным движением подачи; бесцентровое; плоских поверхностей (г); с фасонных вогнутых и выпуклых поверхностей.

Развитием суперфиниширования является микрофиниширование, характеризуемое: большими давлениями на брусок и жесткой фиксацией брусков, что значительно уменьшает погрешности предшествующей обработки.

Рис. 5.29. Схемы суперфиниширования:

а — в центрах: б — бесцентровое: в — фасонных цилиндрических поверхностей: г — плоскостей; д — выпуклых фасонных поверхностей Доводка. Доводка (притирка) — отделочная операция, при которой съем металла с обрабатываемой поверхности производится абразивными зернами, свободно распределенными в пасте или суспензии, нанесенной па поверхность притира. Операция выполняется на малых скоростях и при переменном направлении рабочего движения притира.

Сущность доводки — притирки (рис. 5.30) заключается в том, что абразивные зерна 4 находятся в составе связующей жидкости 5, между обрабатываемой поверхностью заготовки 1 и притиром 3 вдавливаются в поверхность притира, выполненного из более мягкого материала, чем заготовка, и шаржируются в нем.

При взаимном перемещении притира и заготовки абразивные зерна снимают тончайшие стружки 4. В качестве связующей жидкости используют машинное масло, керосин, стеарин, вазелин. Материалом для притира служат: серый чугун, бронза, красная медь, твердые породы дерева. В качестве абразива используют: порошки, микропорошки или субмикропорошки электрокорунда, карбида кремния, карбида бора, оксида хрома, оксида железа. В состав притирочных паст входят химически активные вещества: олеиновая или стеариновая кислота.

Рис. 5 JO. Притирка:

• 1 — заготовка; 2 — стружка; 3 — притир;
• 4 — абразивное зерно; 5 — связующая жидкость

Притирка — наиболее трудоемкая отделочная операция позволяет получить шероховатость обработанной поверхности Rz 0,01…0,05 мкм, отклонения формы — 0,05…0,3 мкм.

Полирование. Полирование — это заключительная операция механической обработки заготовки, выполняемая с целью уменьшения шероховатости поверхности и придания ей зеркального блеска. Различают полирование кругами, полирование абразивными лентами.

Полирование мягкими абразивными, войлочными (рис. 5.31, а), тканевыми, бумажными или лепестковыми (рис. 5.31, б) кругами применяется при декоративной окончательной отделке деталей или при подготовке поверхности под гальванические покрытия. В процессе полирования обрабатываемая поверхность заготовки под давлением прижимается к рабочей поверхности вращающегося абразивного круга.

Рис. 531. Полировальные войлочный (а) и лепестковый (б) круги На рабочей поверхности закреплен слой абразива или нанесена полировальная паста. Обработка ведется на: простых по конструкции станках; универсальных станках или с помощью ручных полировальных машин.

Полирование лентами (рис. 5.32) позволяет обеспечить: постоянство скорости резания; возможность обработки больших поверхностей, при этом отсутствует необходимость в балансировке и правке инструмента.

Рис. 532. Схемы полирования лентами:

а — плоских поверхностей; б — наружных фасонных поверхностей; в — внутренних фасонных поверхностей Полирование обеспечивает шероховатость поверхности Ra 0,16… 0,02 мкм; Rz 0,1…0,05 мкм.