Суперфиниширование

Министерство общего и профессионального образования Российской Федерации

Волгоградский государственный технический университет

Кафедра'' Технологии материалов''

Реферат

Тема: '' Суперфиширование''.

Выполнил:

Студент гр. М-434

Просин Д.А.

Проверил:

Петрова В.Ф.

Волгоград 2000

ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПРОЦЕССА СУПЕРФИНИШИРОВАНИЯ

Общие признаки и Особенности процесса суперфиниширования

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 заготовка

может совершать также движение подачи вдоль оси заготовки. На рис.

1.1 приведенa схемa рабочих движений. При суперфинишировании

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-

[pic]

/ — 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 поверхности 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

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 микрорельеф 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 ).

Области применения операции суперфиниширования.

Суперфиниширование применяют в качестве финишной операции, в

основном при обработке наружных поверхностей деталей,

эксплуатируемых в условиях трения скольжения или качения; в ряде

случаев суперфинишированием обрабатывают также внутренние и

торцовые поверхности, например дорожки качения наружных колец

радиальных и упорных подшипников качения. Как правило,

суперфиниширование производят после операций шлифования, а для

нетермообрабо-танных деталей — после операций тонкого точения.

Суперфинишированию подвергаются поверхности деталей, установленных

как в центрах (рис. 1.7, а), так и на опорных валках, т. е.

бесцентровым методом (рис. 1.7,6). Можно суперфинишировать пологие

конические поверхности, для чего при центровой обработке головка с

бруском разворачивается на требуемый угол, а при бесцентровой —

используются специальные профильные опорные валки. Для

суперфиниширования внутренних поверхностей (отверстий) небольшой

длины (рис. 1.7, б) деталь устанавливают в патроне, а брусок

закрепляют в специальной державке, которую вводят в обрабатываемое

отверстие. При суперфинишировании внутренних сферических

поверхностей (рис. 1.7,г), главным образом желобов колец

шарикоподшипников, деталь вращается, а брусок совершает

колебательное движение относительно центра качаний, выбранного

так, чтобы радиус качаний совпадал с радиусом желоба.

Суперфиниширование плоских торцовых поверхностей (рис. \.7,д)

выполняется с помощью вращающегося •шлифовального круга, шпиндель

которого может совершать также колебательное движение. Ось

вращения круга, как правило, смещена но отношению к оси

[pic]

Рис. 1.7. Схемы суперфиниширования деталей различной конфигурации:

а—цилиндрических и конических (в центрах), б—цилиндрических и

пологих конических (на опорных валках); в—отверстии; г— внутренних

сферических поверхностей; д — плоских торцовых поверхностей, е —

выпуклых торцовых поверхностей

детали. При обработке выпуклых торцовых поверхностей (рис. 1.7, е)

ось вращения круга наклоняется по отношению к оси детали под

некоторым углом.

Широкое распространение суперфиниширование получило в

производстве подшипников для доводки дорожек качения колец и

роликов. В автомобильной и тракторной промышленности

суперфинишированием обрабатывают шейки коленчатых и

распределительных валов, поршневые пальцы, валы коробок передач,

штоки амортизаторов. В станкостроении суперфиниши-руют шпиндели и

пиноли, в других отраслях машиностроения — гладкие и ступенчатые

валы, оси, роторы, калибры и другие детали.

Выбор брусков для суперфиниширования

Одним из условий наиболее эффективного выполнения операции

суперфиниширования является правильный выбор размеров брусков.

Рабочую ширину бруска В (рис. 4.1, а) выбирают в зависимости от

диаметра обрабатываемой детали D, т. е.

В= (0,4— 0,7) D,

причем с увел

Рис. 4.1. Форма и размеры брусков для суперфиниширования

ичением диаметра детали отношение B/D уменьшается. При

использовании чрезмерно широких брусков затрудняются доступ

смазочно-охлаждающей жидкости в зону обработки и удаление отходов,

что приводит к ухудшению качества

поверхности детали. Кроме того, при очень большой дуге контакта

бруска с деталью наблюдается обламывание кромок бруска, особенно в

начале обработки, когда усилия резания резко изменяются под

влиянием погрешностей геометрической формы детали.

Таблица 4.7

Выбор ширины и числа брусков для суперфиниширования

Для обработки деталей больших диаметров следует применять два

бруска (рис. 4.1, б) и более, используя для этого специальные

державки. В табл. 4.7 приведены данные по выбору оптимальных ширины

и числа брусков при суперфинишировании в зависимости от диаметра

детали. При обработке деталей со шпоночными канавками, пазами,

окнами ширина бруска должна быть не менее полуторной ширины канавки

или паза (рис. 4.1, в), а при обработке разверток (рис. 4.1, г) под

бруском должно одновременно находиться не менее трех зубьев.

Длина бруска L составляет 1,5—3 его ширины В. При большей длине

возможен перекос бруска по отношению к оси детали, что приводит к

его неравномерному изнашиванию и ухудшению качества поверхности

детали. При обработке коротких открытых участков деталей без

продольной подачи длина бруска должна быть равной длине

обрабатываемой поверхности, что способствует получению правильной

геометрической формы детали (рис. 4.1, 1).

Предпочтительным является встречное суперфиниширование.

Выбор межцентрового расстояния А и расчет поверхности контакта 5к

круга с деталью могут быть выпол-ныны с помощью следующих формул:

[pic]

Торцовое суперфиниширование осуществляется как в режиме

самозатачивания и преобладающего резания, так и в режиме трения —

полирования. При обработке чугуна СЧ 21-40 высокие результаты по

съему металла (25— 30 мкм/мин) достигнуты кругом 63СМ10МЗКЛ при

скорости и =2 м/с и давлении р=0,3 МПа. При обработке деталей из

закаленной стали (60—65 НКСэ) лучшие результаты достигнуты

инструментом из эльбора. Круги из эльбора ЛОМ28МЗК 100% при и=3 м/с

и р=0,\ МПа обеспечивают повышенный съем (30—60 мкм/мин), причем

износ кругов из эльбора в 50—100 раз меньше, чем электрокорундовых.

Круги длительное время сохраняют высокую режущую способность,

однако повышение твердости сверх оптимальной приводит к быстрому

прекращению резания. Снижение давления до 0,05 МПа и увеличение

частоты вращения детали до 700— 1000 мин~1 переводят процесс в

режим трения—полирования. При этом параметр шероховатости /?а=0,02—

—0,08 мкм. Шаржирования обработанной поверхности абразивом не

происходит.

Высокая точность формы деталей достигается при торцовом

суперфинишировании. Так, при обработке колец диаметром 150 мм

отклонение от плоскостности не превышает 3—5 мкм. В настоящее время

проводятся работы по применению торцового суперфиниширования для

обработки колец упорных роликоподшипников, концевых мер длины,

сферических поверхностей.

Список используемой литературы

1. З.И. Кремень, И.Х. Страшевский '' Хонингование и суперфиниширование

деталей'' Ленинград, ''Машиностроение'' 1988г.

-----------------------

[pic]

[pic]