Каково давление бруска на поверхность при суперфинишировании?

Технология суперфиниширования

Режим обработки при суперфинишировании определяется:

• окружной скоростью изделия;
• частотой колебательного движения бруска;
• удельным давлением рабочей поверхности бруска на обрабатываемую поверхность;
• скоростью продольной подачи бруска или изделия.

Наибольшее влияние на производительность и качество поверхности при суперфинишировании оказывает траектория движения абразивных зёрен по обрабатываемой поверхности, характеризующаяся углом сетки рисок α.

Оптимальное значение режущей способности абразивного бруска, а следовательно, процесса снятия припуска и удаления следов предшествующей обработки получают при угле сетки α = 30…50°. При больших окружных скоростях изделия и соответственно большом угле сетки (α = 65…85°) резания почти не наблюдается — происходит полирование поверхности изделия.

Практически установлено, что высокого качества поверхности и наименьшего времени обработки изделия одним бруском достигают при ступенчатом процессе, который характеризуется увеличением угла сетки α. Изменение режима обработки производится путём увеличения частоты вращения изделия в конце процесса в 6–10 раз при постоянной частоте колебания брусков.

Кинематика современных суперфинишных станков обеспечивает проведение процесса обработки в автоматическом цикле на двух режимах: черновом и чистовом. При черновом режиме производятся снятие припуска и исправление геометрической формы поверхности изделия, а при чистовом получают наименьшую шероховатость.

Окружная скорость изделия при обработке в центрах и бесцентровой обработке врезанием составляет при черновом режиме 0,13…0,25 м/с, при чистовом режиме 1,0…1,32 м/с.

При суперфинишировании брусками из эльбора с увеличением окружной скорости изделия не наблюдается перехода от режима резания к режиму полирования. Это объясняется тем, что зёрна эльбора длительное время сохраняют режущую способность. Однако во избежание образования налипов металла на рабочей поверхности бруска окружная скорость изделия не должна превышать 0,6 м/с.

Суперфиниширование шеек коленчатых валов производится при скорости изделия 0,2…0,5 м/с. На операциях суперфиниширования желобов колец подшипников применяются повышенные скорости изделия, до 6 м/с.

Частота колебательного движения брусков. Увеличение частоты колебания брусков при постоянстве всех остальных факторов режима обработки приводит к интенсификации процесса съёма металла и сокращению времени обработки. Экспериментально получены следующие коэффициенты, характеризующие изменение времени цикла обработки с увеличением частоты колебания брусков при неизменном угле сетки рисок α (см. таблицу №1).

Таблица №1

Практически частота колебания брусков при обработке на центровых и бесцентровых суперфинишных станках составляет 1500…2000 дв. ход/мин при размахе колебания 1,5…3 мм. При обработке очень мягких материалов частота колебаний снижается до 1000 дв. ход/мин.

Удельное давление. Интенсивность процесса обработки определяется удельным давлением бруска на изделие. С повышением давления (до определённого предела) съём металла увеличивается, шероховатость поверхности уменьшается. При дальнейшем увеличении давления съём металла может уменьшаться, а шероховатость поверхности при этом увеличивается. Кроме того, при больших давлениях происходит налипание металла на рабочую поверхность бруска (засаливание), что приводит к прекращению резания, а нередко и к образованию рисок на обрабатываемой поверхности. Удельное давление выбирается в зависимости от обрабатываемого материала и его твёрдости.

Удельное давление при суперфинишировании стали находится в пределах 0,14…0,45 МПа, а при обработке очень твёрдых материалов оно может достигать 0,6…0,8 МПа. При суперфинишировании серого чугуна удельное давление составляет 0,14…0,25 МПа, цветных металлов 0,1…0,2 МПа, лёгких металлов 0,03…0,05 МПа. Оптимальным удельным давлением при суперфинишировании брусками из эльбора является давление 0,25…0,3 МПа. Дальнейшее повышение давления приводит к образованию глубоких абразивных царапин на поверхности детали и налипанию металла на брусок. Суперфиниширование желобов колец подшипников производится на повышенных удельных давлениях: до 2 МПа при обработке абразивными брусками и до 8 МПа при обработке алмазными брусками.

Продольная подача. Увеличению съёма металла в единицу времени, улучшению качества обработки и сокращению времени обработки способствует продольная подача абразивного бруска, вызывающая изменение траектории движения абразивных зёрен. Скорость продольной подачи бруска при обработке врезанием выбирается в пределах от 0,005 до 0,034 м/с.

Точность формы детали в продольном сечении при суперфинишировании в центрах или при бесцентровой обработке врезанием зависит от наличия выхода (выбега) бруска за край обрабатываемой поверхности, а также от соотношения между длиной бруска и размером выбега. При суперфинишировании с малыми выбегами или без них образуется седлообразность поверхности. Получение прямолинейной поверхности детали достигается при выбеге, примерно равном 0,25…0,3 длины бруска. Меньший выбег бруска приводит к образованию вогнутой поверхности, больший — к заваливанию кромок.

Ориентировочные скорости продольной подачи изделия при бесцентровом суперфинишировании стальных закалённых деталей на станках моделей 3Д878 и 3Д879 приведены в таблице №2.

Таблица №2

Скорости продольной подачи изделия при бесцентровом суперфинишировании стальных закалённых деталей

При обработке деталей на станках модели 3Д880, которые имеют значительно большую суммарную длину брусков, скорости подачи могут быть увеличены на 20…25%.

Припуск, снимаемый при суперфинишировании, зависит от исходной шероховатости и волнистости обрабатываемой поверхности. Чтобы на обработанной поверхности не оставалось следов предыдущей обработки, необходимо иметь припуск на сторону, превышающий высоту неровностей исходной шероховатости и глубину волнистости. Ориентировочные значения припуска в зависимости от исходной и требуемой шероховатости поверхности детали приведены в таблице №3.

Таблица №3

Припуски на суперфиниширование

Исследованиями и практикой суперфиниширования установлено, что в процессе обработки на суперфинишных станках обеспечивается снижение шероховатости поверхности, увеличивается несущая площадь поверхности, повышается точность размера, увеличивается микротвёрдость поверхности, исправляется некруглость профиля детали и устраняется волнистость. Однако обработка деталей с большой величиной овальности или деталей, имеющих огранку с небольшим числом граней, требует большой затраты времени, а исправление их незначительно. Предшествующая суперфинишированию операция шлифования должна выполняться так, чтобы получить огранку с числом граней больше пяти, которая более интенсивно исправляется при суперфинишировании.

Дефекты профиля детали в продольном сечении — конусообразность, бочкообразность, седлообразность – при суперфинишировании практически не исправляются, и поэтому требуемая точность детали в продольном сечении должна быть достигнута на предшествующих операциях.

При обработке стальных закалённых деталей с предварительно шлифованной поверхностью снимаемый припуск составляет 5…8 мкм, что обычно укладывается в пределы допуска на размер, поэтому особого припуска на обработку в этом случае не оставляют. Если детали отшлифованы по верхнему предельному размеру, то точность размера по диаметру, полученная на предшествующей операции, после суперфиниширования, как правило, сохраняется. Но после суперфиниширования значительные дефекты предшествующей обработки – вырывы, срезы, грубые абразивные царапины и т.д. — выявляются и становятся особенно заметными.

При бесцентровой суперфинишной обработке напроход стальных закалённых деталей с предварительно шлифованной поверхностью до Ra = 0,63…0,32 мкм снимаемый припуск составляет 4–6 мкм на диаметр. В связи с этим разноразмерность диаметров деталей, поступающих на обработку, не должна превышать 3–4 мкм, т.к. в противном случае детали меньших размеров будут после суперфиниширования лишь частично обработаны, а на деталях больших диаметров будут образованы завалы кромок. Кроме того, обработка разноразмерных деталей тормозит и вызывает их продвижение под брусками и вызывает повышенный износ брусков.

Для бесцентровой обработки врезанием и обработки деталей в центрах предварительной рассортировки не требуется.

Суперфиниширование, как правило, производится с обильным поливом смазочно-охлаждающей жидкостью (СОЖ), подача которой осуществляется так, чтобы вращающееся изделие затягивало бы её под брусок. СОЖ удаляет частицы срезанного металла и выкрошившиеся из бруска абразивные зёрна, очищая тем самым рабочую поверхность бруска, создаёт поверхностную плёнку, препятствующую налипанию стружки на абразивные зёрна, а также обеспечивает оптимальное засаливание бруска, необходимое при чистовом режиме суперфиниширования.

В качестве СОЖ при суперфинишировании в большинстве случаев применяют смесь керосина с маслом. Для получения меньшей шероховатости на поверхности изделия в составе жидкости увеличивают процентное содержание масла. В этом случае измельченные абразивные зёрна вымываются из-под бруска не так интенсивно. Они заполняют поры бруска и образуют на его поверхности тонкозернистый абразивный слой, который затрудняет резание и полирует поверхность изделия. При уменьшении количества масла, т.е. вязкости СОЖ, возрастает способность жидкости вымывать зёрна и мельчайшую стружку из-под бруска, что увеличивает режущую способность бруска и одновременно шероховатость поверхности.

Добавление в состав жидкости 3% олеиновой кислоты ускоряет процесс съёма металла и в ряде случаев предотвращает налипание металла на рабочую поверхность бруска.

Смазочно-охлаждающие жидкости на основе керосина имеют ряд серьёзных недостатков: они дороги, огнеопасны, вредны для здоровья рабочих и загрязняют рабочее место. Поэтому для замены керосина при суперфинишировании применяют масляные и водные жидкости. При использовании вместо керосина водных жидкостей твёрдость абразивных брусков (твёрдость связки) под действием жидкости, пропитывающей брусок, уменьшается на 10…50% и, как следствие этого, наблюдается повышенный износ брусков и их поломка на концах.

Степень очистки СОЖ оказывает большое влияние на шероховатость обрабатываемой поверхности, особенно при получении наименьшей шероховатости, так как отдельные частицы металла, вкрапливаясь в брусок, могут оставлять абразивные царапины на обработанной поверхности. Поэтому рекомендуется не реже одного раза в три месяца производить замену СОЖ.

Средний объёмный расход жидкости должен быть не менее 0,08 л/с. С увеличением удельного давления, а также при работе с брусками из эльбора расход жидкости должен быть увеличен.

Источники:

• Мазальский В.Н. Суперфинишные станки. — 2-е изд., перераб. и доп. — Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1988. — 127 с.
• Суслов А.Г., Дальский А.М. Научные основы технологии машиностроения. — М.: Машиностроение, 2002. — 684 с.

Дополнительно на Геноне:

• Что такое суперфиниширование?