Суперфиниширование

Суперфиниширование - отделочный метод обработки абразивными брусками. Для него характерны колебательные (осциллирующие) движения (рис. 291) и продольные подачи абразивных брусков или детали, постоянная сила прижатия бруска к детали и малое давле­ние в зоне обработки. Обработка происходит без существенного изменения размеров и ма­крогеометрии поверхности. По мере снятия вершин гребешков увеличивается контактная поверхность, уменьшается давление брусков, стружка заполняет поры брусков, режущая способность брусков снижается, процесс обра­ботки прекращается.

В начальный период обработки следующей детали абразивные бруски, соприкасаясь с ше­роховатой поверхностью, самозатачиваются и восстанавливают режущие свойства.

Суперфинишированием можно обрабаты­вать цилиндрические, конические, плоские и сферические поверхности деталей из закаленной стали, реже — из чугуна и бронзы. При этом шероховатость поверхности снижается до Ra = 0,012 ÷ 0,1 мкм, опорная поверхность увеличивается с 20 — 30 до 80-90 %, удаляется дефектный поверхностный слой.

Припуск на сторону на 10 — 20% должен превышать высоту неровности поверхности, чтобы не оставалось следов предыдущей обра­ботки после суперфиниширования (табл. 75). В качестве режущего инструмента применяют главным образом абразивные бруски, реже — чашечные и плоские круги.

При обработке деталей из чугуна, цветных металлов и незакаленной стали применяют инструмент из карбида кремния; бруски из электрокорунда используют для суперфини­ширования деталей из закаленных сталей.

В процессе суперфиниширования работо­способность брусков быстро снижается из-за заполнения режущей поверхности и пор ме­таллической стружкой, вызывающей засалива­ние брусков. Поэтому наиболее эффективным для суперфиниширования является применение абразивных брусков, у которых поры запол­нены серой, стеарином, кумарином и другими органическими веществами, выполняющими роль твердого смазочного материала. Под влиянием выделяющейся теплоты в зоне реза­ния на режущей контактной поверхности бру­ска смазочный материал частично плавится и смазывает рабочие участки инструмента и детали, уменьшает работу трения и препят­ствует налипанию металлической стружки на режущую поверхность бруска. В результате достигается увеличенный съем металла при одновременном снижении параметра шерохо­ватости обрабатываемой поверхности и повы­шении стойкости брусков.

По сравнению со стандартными абра­зивными брусками бруски с твердым сма­зочным материалом обеспечивают увели­ченный на 30-50% съем металла, двух-, трех­кратное снижение параметра шероховатости поверхности и до 5 раз повышают стойкость инструмента. Для эффекта смазывания необходимо подобрать режимы суперфиниширо­вания, обеспечивающие достаточное выделение теплоты для расплавления смазочного мате­риала на режущей поверхности бруска.

Характеристика абразивных брусков, рабо­тающих с твердым смазочным материалом, должна отличаться от характеристики стан­дартных не пропитанных брусков; твердость брусков, подлежащих пропитке, обычно выби­рают на 10—20 единиц HRB ниже. Диа­пазон разброса твердости брусков в комплекте допускается более широкий (примерно HRB 15 — 30). Зернистость пропитываемых брусков может быть увеличена на 1 — 2 номера по сравнению со стандартными.

Для пропитки брусков твердый смазочный материал вводится в виде расплава или рас­твора. В случае использования смазочного ма­териала в виде расплава он нагревается в ван­не до температуры, на 10-15°С превышаю­щей температуру плавления твердого смазочного материала, до полного плавления. Одновременно абразивные бруски нагреваются до температуры, превышающей на 10—15ºС тем­пературу плавления смазочного материала, и выдерживаются при этой температуре 60 мин. После этого нагретые бруски уклады­вают в ванну с раствором твердого смазочно­го материала на 5 мин. Высота слоя расплавленного смазочного материала должна соста­влять 70—80% высоты брусков. Пропитка считается законченной, когда смазочный материал заполнит весь объем абразивного ин­струмента. После окончания пропитки бруски извлекают из ванны и укладывают на подстав­ку в перевернутом положении, где они охлаждаются до температуры 20°С. В тех случаях, когда твердый смазочный материал вводится в виде раствора, после пропитки бруски сушат при 80-100°С в течение 2-8 ч. Пропитку выполняют при соблюдении правил техники безопасности.

Ширину брусков и их число выбирают в за­висимости от диаметра обрабатываемой дета­ли. Для деталей малых диаметров ширина брусков не должна превышать 0,5D детали. Если деталь имеет шпоночную канавку, ши­рина бруска должна быть не менее полутор­ной ширины шпоночной канавки. При обра­ботке прерывистых шлицевых поверхностей ширина бруска должна охватывать не менее двух шлицев. Детали диаметром 60 мм и бо­лее обрабатывают двумя — четырьмя бруска­ми, закрепленными по два на каждой державке. В среднем угол охвата брусками соста­вляет 60—75°. Длину брусков выбирают в зависимости от длины обрабатываемой де­тали. Для коротких деталей длина бруска рав­на длине шейки, если обработка осуществляет­ся без продольной подачи брусков.

При обработке коротких шеек, ограни­ченных буртами, длину бруска выбирают меньше длины шейки.

Для обработки длинных деталей длину бруска выбирают в 1,5—3 раза меньше длины детали. При врезном суперфинишировании (с осцилляцией без продольной подачи) нередко на шейке образуется седлообразность с утол­щением на 0,3—3,0 мкм по краям детали С целью уменьшения седлообразности приме­няют бруски с выточкой в средней части. Для получения точной цилиндрической поверхно­сти используют короткие бруски, длина ко­торых составляет 1/3 длины обрабатываемой шейки. Брускам сообщаются осциллирующее и продольное движение. При этом длина хо­да бруска должна обеспечивать перебег бруска с каждой стороны на величину его качания.

Державки для суперфиниширования (рис. 292) допускают самоустановку брусков по обрабатываемой поверхности детали путем ка­чания корпуса относительно оси АА. Качание ограничивается регулировочной гайкой 1 или амортизируется пружинами 5.

При суперфинишировании необходимо вы­брать окружную скорость Y_вр, и давление бру­сков. Скорость колебательного движения Y_кол ограничивается возникающими инерционными силами при реверсировании и обычно не пре­вышает 5 — 7 м/мин при амплитуде колебаний до 6 мм; К= Y_вр/Y_кол. С уменьшением К более полно восстанавливается режущая способ­ность брусков и увеличивается интенсивность съема металла, но возрастает параметр шеро­ховатости поверхности. Поэтому целесообраз­но вести обработку с переменным значением К, которое регулируется изменением скорости вращательного движения: в начале цикла принимают Y_вр = (2 ÷ 4)Y_кол, а в конце цикла Y_вр = (8 ÷ 16)Y_кол. Для мягких материалов и шероховатой поверхности значение К боль­ше, для твердых материалов — меньше.

Дополнительное медленное возвратно-по­ступательное движение детали относительно брусков (Y_пр = 1 ÷ 2 м/мин) ускоряет процесс съема металла и улучшает условия обработки. Давление брусков на обрабатываемую поверх­ность определяет интенсивность протекания процесса.

При суперфинишировании применяют низ­кие давления. Чистовую обработку выпол­няют при минимальном давлении: 0,1 — 0,3 МПа для деталей из стали, 0,1—0,2 МПа для деталей из чугуна, 0,05—0,1 МПа для де­талей из цветных металлов.

Состав рабочей жидкости влияет на каче­ство обработанных поверхностей. С увеличе­нием вязкости рабочей смеси режущее дей­ствие брусков уменьшается, и притупление наступает быстрее. Наилучшей рабочей жид­костью следует считать смесь керосина (80—90%) с веретенным или турбинным мас­лом (10-20%).

Суперфинишные станки отличаются повы­шенным давлением абразивных брусков на обрабатываемую поверхность и замыканием кинематической цепи механизма подачи бру­сков. После подхода режущего инструмента к обрабатываемой детали и создания необхо­димого натяга поршень пневмоцилиндра по­дачи «запирается» в этом положении, благода­ря чему резко уменьшаются отжатия режуще­го инструмента. Суперфинишные станки имеют агрегатное исполнение с высокой сте­пенью автоматизации. Это позволяет прово­дить многопозициоиную обработку различных поверхностей детали или нескольких деталей в автоматическом цикле.

На рис. 293 показана схема обработки на двухпозиционном суперфинишном автомате двух цилиндрических шеек, конической и тор­цовой поверхностей первичного вала коробки передач с производительностью 80 шт/ч. Для обработки торца имеется устройство кинема­тического замыкания обратной связи. В про­цессе суперфиниширования параметр шеро­ховатости поверхности уменьшается с Ra = 0,4÷0,8 мкм до Ra = 0,05 ÷ 0,1 мкм, биение торца снижается с 0,015—0,04 до 0,01-0,025 мм.

В суперфинишных станках для обработки шеек коленчатых валов, для которых одновре­менно с уменьшением параметра шероховато­сти поверхности желательно уменьшить от­клонение от круглости шеек, применена конструкция трехбрусковых головок 1 (рис. 294). Режущие бруски расположены под углом 120° друг к другу, обеспечивая охват обрабатывае­мой шейки 2 с трех сторон. Верхняя державка 5 с бруском связана с гидроцилиндром ра­диальной подачи; остальные две державки с брусками 3 и 4 получают синхронное с верх­ней державкой перемещение с помощью шестеренчатореечной передачи 6.

Расположение брусков с трех сторон позво­ляет головке лучше самоустанавливаться по обрабатываемой шейке.