Хонингование

Хонингование снижает отклонения формы и повышает размерную точность, уменьшает параметр шероховатости поверхности, сохра­няет микротвердость и структуру поверхност­ного слоя, увеличивает несущую поверхность и остаточные сжимающие напряжения.

Наибольшая эффективность достигается алмазным хонингованием. Износ алмазно-ме­таллических брусков по сравнению с абра­зивными уменьшается в 150—250 раз, благо­даря чему упрощается наладка и стабилизи­руется качество обработки. Хонингованием обрабатывают детали из стали, чугуна и цветных металлов, преимущественно отвер­стия (сквозные и глухие, с гладкой и прерыви­стой поверхностью, цилиндрические и конические, круглые и некруглые), диаметром 6 — 1500 мм, длиной от 10 мм до 20 м.

При хонинговании абразивным бруском совершаются возвратно-поступательное и вра­щательное движения, в результате которых на обработанной поверхности абразивными зер­нами образуются царапины.

При хонинговании в резании одновременно участвует большое число абразивных зерен, в результате чего обеспечиваются высокая производительность, низкие давление и темпе­ратура в зоне резания (50— 150°С) и, как след­ствие, сохранение исходной структуры поверх­ностного слоя. Бруски работают в условиях самозатачивания и не требуют правки.

В основе построения технологической на­ладки лежит необходимость сохранения в про­цессе хонингования положения оси обрабаты­ваемого отверстия детали после предыдущей операции обработки. Это условие определяет способ крепления инструмента и детали.

На рис. 285 показаны схемы крепления ин­струмента и детали. Первая схема предусма­тривает жесткое крепление хонинговальной го­ловки и плавающее крепление детали в при­способлении (рис. 285, а). Этот способ хонин­гования значительно упрощает конструкцию головки и не требует точного центрирования обрабатываемой детали по оси шпинделя станка. Конструкция зажимного приспособле­ния также значительно упрощается, так как деталь не зажимается, а лишь ограничивается от проворота, вызываемого крутящим момен­том. При «плавающем» положении детали по­чти полностью исключаются деформации, возникающие при зажиме детали, что повышает точность хонингуемого отверстия. Этот спо­соб применим для деталей, у которых нижняя и верхняя опорные плоские поверхности па­раллельны между собой и перпендикулярны оси обрабатываемого отверстия.

Второй способ предусматривает жесткое крепление хонинговальной головки и обра­батываемой детали в плавающем приспосо­блении (рис. 285,б). Этот способ применим для обработки мелких и среднегабаритных де­талей, имеющих одну опорную базу, перпен­дикулярную оси отверстия.

При обработке тяжелых корпусных деталей или деталей с отверстиями малого диаметра и большой глубины при l:d = 2,5, а также на станках с малой жесткостью шпинделя приме­няется шарнирное крепление хонинговальной головки на шпинделе станка и жесткое крепле­ние обрабатываемой детали. В тех случаях, когда наладкой обеспечивается точное центри­рование детали при отклонении от соосности шпинделя станка и обрабатываемого отвер­стия, не превышающем 0,03—0,05 мм, приме­няется одношарнирное крепление хонинго­вальной головки (рис. 285, в); если отклонение от соосности шпинделя и отверстия детали превышает 0,05 мм, необходимо использовать двухшарнирное крепление головки и жесткое крепление детали (рис. 285, г). Шарнирное кре­пление хонинговальной головки не может ис­ключить влияния отклонения от соосности ин­струмента и отверстия на геометрические параметры хонингуемого отверстия. Принуди­тельный отвод от оси шпинделя приведет к увеличению радиального давления брусков на участках входа и выхода инструмента из отверстия и ухудшению геометрических пара­метров обрабатываемого отверстия. Поэтому при обработке длинных и точных отверстии (гильзы, цилиндры блоков и др.) в тех слу­чаях, когда трудно обеспечить допуск соосно­сти шпинделя и обрабатываемого отверстия, кроме двухшарнирного крепления хонинговальной головки используется «плавающее» крепление обрабатываемой детали или режу­щих брусков (рис. 285, д).

Простейшая конструкция жестко закре­пленной хонинговальной головки (рис. 286) со­стоит из корпуса 1, несущего режущие бруски, штанги 2 с коническим хвостовиком, соеди­няющим головку со станком, и штока 3, ко­торый получает осевое перемещение от меха­низма подачи станка и раздвигает конусами  режущие бруски 5.

В процессе хонингования осуществляется три основных рабочих движения: радиальный разжим, вращение и возвратно-поступательное движение режущих брусков. Несмотря на по­стоянные радиальные силы разжима брусков, они работают в условиях непрерывно изме­няющихся давлений. В начальный период ка­сания брусков с вершинами гребешков грубо обработанной поверхности давления сильно возрастают, вызывая увеличенный съем и ин­тенсивное самозатачивание брусков. По мере увеличения контакта поверхности бруска с де­талью давления уменьшаются, интенсивность съема и параметр шероховатости обрабаты­ваемой поверхности снижаются.

Станок или специальный патрон должны обеспечивать цикл хонингования по следую­щей программе: быстрое выдвижение брусков до касания с поверхностью отверстия после ввода инструмента в отверстие; подача бру­сков с малым радиальным давлением 0,2—0,4 МПа для обработки в течение 2 — 3 с; подача с давлением 1,2—1,5 МПа для снятия остав­шегося припуска по гладкой поверхности; бы­стрый отвод брусков перед выводом инстру­мента из отверстия.

Для чистовых операций в конце цикла хо­нингования вводят выхаживание при давлении 0,2—0,4 МПа. При обработке маложестких тонкостенных деталей (типа гильз) целесо­образно хонингование вести не с постоянным радиальным давлением, а с принудительной радиальной подачей брусков.

Снимаемый припуск и выбор операций за­висят от того, насколько нужно повысить точ­ность формы отверстия и уменьшить пара­метр шероховатости (табл. 70 и 71). Если основная цель операции сводится к уменьше­нию отклонений формы отверстия, припуск устанавливается по разности между отклоне­ниями формы отверстия в исходном состоя­нии и заданными отклонениями. После уста­новления общего припуска назначают число операций, распределяют припуск по опера­циям и подбирают характеристику режущих брусков. Обработка в несколько операций вы­звана невозможностью обеспечить большой съем металла и одновременно низкий пара­метр шероховатости поверхности одними и теми же брусками. Большой припуск при хонинговании можно снять крупнозернистыми брусками, которые, срезая металл, сохраняют параметр шероховатости поверхности, необхо­димый для самозатачивания брусков. Поэтому основной припуск следует снимать на первой операции. На чистовых операциях припуск должен быть достаточным лишь для удаления шероховатости поверхности после предвари­тельного хонингования. Параметр шерохова­тости поверхности Ra = 0,4÷0,8 мкм надежно обеспечивается одной операцией хонингова­ния. В условиях поточного производства для получения меньшего параметра шероховато­сти рекомендуется осуществлять хонингование в две операции и более.

Алмазный инструмент на металлической связке применяют для обработки деталей из чугунов и закаленных сталей со снятием боль­ших припусков (0,05 мм и выше), из твердых сплавов, для хонингования на автоматическом цикле с применением активного контроля, для обработки отверстий диаметром до 10 мм, не­скольких деталей пакетом, шлицевых и разоб­щенных поверхностей (табл. 72).

Для обработки деталей из стали, чугуна и цветных металлов может быть также при­менен абразивный инструмент (табл. 73). При чистовом хонинговании с получением па­раметра шероховатости Ra = 0,1 ÷ 0,2 мкм и выше следует применять алмазные бруски зернистостью 80/63 на эластичной связке Р11.

Число режущих брусков в хонинговальной головке выбирают максимальным. Наиболее эффективно снижает отклонения формы хонинговальная головка с четным числом (8, 6, 4, 2) диаметрально расположенных брусков по окружности. В этом случае бруски работают попарно, шток радиальной подачи брусков разгружается от одностороннего действия ра­диальных сил, отжимающих хонинговальную головку.

Длину l брусков выбирают в зависимости от длины L обрабатываемого отверстия. Меньшие отклонения формы отверстия дости­гаются при l= (0,5 ÷ 0,75)L.

Для обработки коротких деталей с точ­ностью 6 - 8-го квалитета при L < d допускае­мая длина абразивных брусков равна (1,0 - 1,2)L.

Длина выхода брусков соответствует при­мерно 1/3l (рис 287, а). От длины выхода бру­ска из отверстия зависит отклонение от цилиндричности отверстия. Если отверстие до хонингования имеет форму конуса, необходимо увеличить выход брусков до 1/2l со стороны меньшего диаметра и соответственно умень­шить длину выхода брусков с противополож­ной стороны (рис 287, б)

При наличии седлообразности отверстия детали выход брусков следует уменьшить до (1/4—1/6)l (рис. 287, в) В случае бочкообразности отверстия выход брусков необходимо уве­личить до (l/2-1/3)l (рис. 287, г). Окончатель­ную длину выхода брусков уточняют в процессе наладки в зависимости от характера и отклонений формы отверстия до хонингова­ния, качества брусков и других технологиче­ских условий. Ширину брусков выбирают с учетом числа одновременно работающих брусков в хонииговальной головке. Отноше­ние режущей поверхности брусков к обрабаты­ваемой поверхности отверстия должно быть равно 0,5—0,6 при хонинговании гладких от­верстий и 0,8 — 1,0 при хонинговании шлицевых отверстий. Для деталей малой жестко­сти это отношение выбирают минимальным. При обработке глухих отверстий необходи­мо предусматривать канавку для выхода бру­сков. Если по конструктивным соображениям ширина канавки не может превышать 5 мм, то для устранения сужения отверстия в нижней части станок оборудуют устройствами для за­медления скорости продольного хода и вы­держки вращающегося хона в конце каждого хода. При снятии малых припусков (до 0,02 мм на диаметр) отверстия можно хонинговать без замедления продольного хода короткими брусками, так как они изнашиваются более равномерно. Длина брусков должна быть при­мерно в 2 раза меньше длины обрабатываемо­го отверстия. Многорядные отверстия хонингуют различными способами. Если обрабаты­ваемые отверстия расположены близко друг к другу, то следует применять хонинговальную головку с длинными абразивными бру­сками, которые при каждом ходе последова­тельно обрабатывают все отверстия (рис. 288, а).

Во избежание отклонений формы отвер­стия и неравномерного изнашивания брусков необходимо хорошо направлять хонинговальную головку. Длину брусков выбирают такой, чтобы при входе в обрабатываемое отверстие они направлялись одним или двумя обрабо­танными отверстиями.

Для отверстий, отстоящих одно от другого на большом расстоянии, применяют хонинговальные головки с многорядным расположе­нием абразивных брусков (рис. 288,б). Отвер­стия должны иметь допуск соосности 0,01 мм. Бели обрабатываемые отверстия имеют раз­личную длину, то для каждого из них подбирают соответствующую длину l_x хода абра­зивных брусков (рис. 288, в). При этом следует, по возможности, для каждого отвер­стия выдержать условия l/L ≤ 3/4 и l_в = 1/3l, где l, L, l_в — соответственно длины бруска, от­верстия и выхода брусков из отверстия.

При обработке точных отверстий со сня­тием малых припусков (0,01—0,015 мм) ка­ждое отверстие обрабатывают отдельно хонинговальной головкой с короткими бруска­ми.

В тех случаях, когда при хонинговании нужно устранить отклонения от соосности двух коротких отверстий, далеко разнесенных друг от друга, целесообразно осуществлять хонингование «в линию». Для этого приме­няют головки с режуще-направляющими бру­сками (рис. 289), которые позволяют сохра­нить во время хонингования постоянный контакт брусков с двумя опорами. Режуще-на­правляющие бруски имеют три участка: в се­редине режущий 1 и по краям — направляю­щие 2. Длина направляющих участков, равная 1/3 длины режущей части, соответствует длине выхода брусков в процессе хонингования. Ре­жущие и направляющие пластины закреплены на одной металлической державке и предста­вляют единый брусок. Направляющие пла­стины изготовляют из бронзы того же соста­ва, что и связка алмазно-металлических режу­щих пластин. В процессе хонингования режу­щий и направляющие участки бруска рабо­тают в одинаковых условиях и изнашиваются одинаково, постоянно находясь в контакте с двумя обрабатываемыми отверстиями в лю­бом положении головки. Этим обеспечивается взаимное выравнивание положения осей двух обрабатываемых отверстий при хонинговании.

Для обработки шлицевых и других прерывистых поверхностей требуется хонинговальная головка с шириной брусков, в 2 — 3 раза превышающей ширину паза. Алмазные бруски состоят из металлического безалмазного слоя и алмазоносного слоя.

При установке и креплении брусков важно предотвратить разновысотностъ брусков в одном комплекте. Необходимо, чтобы режу­щие поверхности брусков при сборе в хонинговальной головке располагались по одной окружности. Алмазные бруски можно считать подготовленными к хонингованию лишь в том случае, если поверхность контакта алмазных брусков с обрабатываемым отверстием будет составлять не менее 60% номинальной режу­щей поверхности алмазных брусков и будет обеспечен полный контакт по всей длине бру­ска.

Алмазно-металлический брусок состоит из металлической стальной державки, на кото­рую напаивается алмазно-металлическая пластина. Верхний алмазоносный слой пла­стины имеет толщину 0,6—2 мм и наружный радиус, соответствующий радиусу хонингуе­мого отверстия. Нижний безалмазный слой имеет толщину 2—2,5 мм. Прочность крепле­ния алмазно-металлической пластины к дер­жавке во многом зависит от толщины и твер­дости безалмазного слоя.

Чтобы исключить в процессе хонингования деформацию пластины, вызывающую отрыв пластины от башмака, желательно, чтобы твердость безалмазного слоя была не менее НВ 90 и толщина не менее 2 мм.

Установка и припаивание одновременно всего комплекта брусков должны выполняться в специальном приспособлении. После пайки для более точного расположения бруски при­рабатываются в сборе с хонинговальной го­ловкой. Приработка производится притироч­ной пастой на хонинговальном станке по отверстию хонингуемой (бракованной) заго­товки при условии равенства окружной скорости и скорости продольного хода. Притироч­ной пастой является абразивный порошок из зеленого карбида кремния зернистостью 5, смешанный с тавотом в пропорции 1: 2. Пасту наносят кисточкой на алмазные бруски. При­работка алмазных брусков производится до тех пор, пока площадь контакта не достигнет 60—70%. Продолжительность притирки ком­плекта брусков составляет 10 — 15 мин. Ал­мазные бруски на эластичной связке Р11 при­клеиваются к металлической державке эпок­сидной смолой.

Режимы хонингования начинаются с выбо­ра скорости возвратно-поступательного дви­жения головки. Большинство моделей станков допускают хонингование со скоростью про­дольной подачи Y_пр = 12 ÷ 20 м/мин. Для уменьшения инерциальных нагрузок при хонинговании коротких деталей применяют меньшие скорости поступательного перемеще­ния. Для выбора числа двойных ходов голов­ки в минуту можно принимать следующие скорости поступательного движения в зависи­мости от требуемой длины хода: 18—20 м/мин при длине хода больше 150 мм; 12—16 м/мин при длине 100—150 мм; 8 — 12 м/мин при длине 50—100 мм; 5 —В м/мин при длине меньше 50 мм.

Длина хода инструмента l_x= L + 2l_в - l. По­сле назначения Y_пр необходимо выбрать ско­рость вращения головки Y_вр. На производи­тельность резания и параметр шероховатости хонингованной поверхности влияет отношение К = Y_вр/Y_пр. С уменьшением значения К по­вышается интенсивность самозатачивания бру­сков и растет производительность резания, но увеличивается параметр шероховатости по­верхности. При увеличении значения К бруски скорее притупляются, заглаживаются, но уменьшается параметр шероховатости поверх­ности. Поэтому при хонинговании с большим припуском и небольшими требованиями к ше­роховатости поверхности следует К прини­мать возможно меньшим; при чистовом хонинговании К выбирают наибольшим (табл. 74).

Пропорциональное повышение Y_вр и Y_пр увеличивает производительность резания; при этом параметр шероховатости поверхности изменяется мало.

Изменением соотношения между скоростя­ми вращения и продольного перемещения можно регулировать протекание процесса хонингования в желаемом направлении. Для уменьшения изнашивания недостаточно твер­дых брусков следует повышать отношение К, т. е. уменьшать угол а, снижая скорость посту­пательного движения.

Для улучшения самозатачивания брусков повышенной твердости угол а пересечения абразивных царапин следует повышать прежде всего увеличением скорости продольного пере­мещения, а затем снижением скорости враще­ния головки.

При обработке глухих отверстий и отвер­стий малого диаметра хонинговальной голов­ке целесообразно сообщать дополнительное осциллирующее движение с частотой 350—650 ход/мин. После выбора значений Y_вр и Y_пр устанавливают радиальное давление брусков, определяющее поперечные подачи за каждый ход головки.

Для лучшего использования режущего ин­струмента, повышения точности обработки и снижения шероховатости поверхности ра­диальные давления не следует увеличивать бо­лее 1,4 МПа при резании алмазно-металличе­скими брусками и более 1 МПа при использо­вании абразивных брусков. Станок должен иметь двухступенчатую систему разжима бру­сков; в начале операции (первые 2 — 5с), когда бруски работают по шероховатой поверхно­сти, целесообразно, чтобы радиальное давле­ние не превышало 0,3—0,4 МПа с последую­щим автоматическим переключателем на по­вышенное давление.

Наиболее простым и надежным средством контроля в процессе хонингования является автокалибр. Например, при обработке отвер­стия зубчатых колес (рис. 290) калибр-пробка 2 расположена над головкой 1 и постоянно поджата пружиной 4 к торцу корпуса головки. Наружный диаметр автокалибра соответ­ствует окончательному диаметру обрабаты­ваемого отверстия. В процессе хонингования калибр 2 совершает вместе с головкой 1 воз­вратно-поступательные движения. Когда диа­метр обрабатываемого отверстия зубчатого колеса 3 достигнет заданного размера, калибр, следуя за брусками, войдет в отверстие колеса и фланцем через рычаг 5 разомкнет контакт электродатчика 6. Последует команда на окон­чание процесса и отвод брусков в исходное по­ложение. Система автокалибра обеспечивает точность хонингуемого отверстия 15 мкм. Ав­токалибром можно проверять гладкие и раз­общенные обрабатываемые поверхности.