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.

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,<9), так как при более коротком бруске образуются вогнутые (рис. 4.1,е), а при более длинном бруске — выпуклые (рис. 4.1, ж) краевые зоны, что неже­лательно.

Обработку без продольной подачи коротких участков, ограниченных буртиками и уступами, производят брус­ками, длина которых

1==1об— а,

где /об — длина обрабатываемой поверхности; а — раз­мах колебаний бруска.

В ряде случаев для повышения точности геометричес­кой формы детали в средней части рабочей поверхности бруска делают вырезы (рис. 4.1,з, и).

При суперфинишировании дорожек качения колец шарикоподшипников обработку производят торцовой по­верхностью бруска, который совершает колебания (каче­ния) относительно геометрической оси желоба. В этом слу­чае высоту бруска Н выбирают равной ширине дорож­ки качения. Уменьшение высоты бруска приводит к тому, что края желоба остаются необработанными, а увеличе­ние — способствует более интенсивному съему металла по краям желоба и искажению его профиля. Ширина бруска В ==(1—1,3) Н для радиальных и В =(0,8—1) Н для упорных подшипников; уменьшение ширины бруска может привести к тому, что в процесс суперфиниширования не будет в полной мере исправлена исходная волнистость детали, а увеличение — к искажению профиля желоба.

Общий подход к выбору ширины и длины бруска дол­жен основываться на том, что для исправления волнисто­сти и огранки, образовавшихся на поверхности детали пос­ле предшествующей суперфинишированию обработки, не­обходимо, чтобы длина и ширина рабочей поверхности бруска были больше длины волны соответственно в про­дольном и поперечном сечениях детали.

Обрабатываемые детали поступают для суперфиниши­рования, как правило, после операций шлифования. В некоторых случаях, например при обработке цветных металлов, суперфиниширование производят после тонкого точения. Поскольку суперфиниширование незначительно исправляет овальность деталей, а исправление конусо-образности, седлообразности, бочкообразности связано

с большими затратами времени, то достигать требуемой точности обработки следует на предшествующих операциях

Припуск /7сф, снимаемый при суперфинишировании, определяется из следующих соотношений:

при обработке поверхностей вращения

/7сф==2(/?„,„+Ав);

при обработке торцовых поверхностей

Ясф =/?,„+ Ив,

где /?„1„= (8— 10)/?а—параметр шероховатости поверх­ности детали после предшествующей обработки; ив — максимальная высота волны после предшествующей обра­ботки.

В табл. 4.8 приведены значения припусков на супер­финиширование в зависимости от исходных волнистости и шероховатости. При необходимости удаления дефектного слоя металла, превосходящего высоту неровностей шеро­ховатости, припуск следует увеличить на глубину этого слоя.

Размерная точность детали, достигнутая предшествую­щей обработкой, как правило, сохраняется при супер­финишировании, т. е. снятие припуска происходит в пре­делах допуска на размер. Поэтому целесообразно из­готовлять детали, подлежащие суперфинишированию, по верхнему предельному размеру.

Для получения высокого качества поверхности следует обеспечить наименьшее биение детали, что достигается путем тщательной обработки ее центровых отверстий и центров суперфинишного станка, а также за счет наибо­лее качественного выполнения операции шлифования. Зна­чительное биение детали при высоких окружных скоростях, применяемых на заключительных переходах операции су­перфиниширования, может явиться причиной ударов бруска по обрабатываемой поверхности, что ухудшает ее качество. Некачественно выполненные термообработка и шлифование деталей являются причиной образования при суперфинишировании мелких трещин и так называемых комет, которые представляют собой углубления (пороки металла) с расходящимися пучками глубоких рисок, образовавшихся при попадании в эти углубления свобод­ных абразивных частиц.

В качестве абразивного инструмента для суперфини­ширования используют мелкозернистые бруски, пре­имущественно на керамической связке. Такие бруски изготовляют методом прессования или литья. На опера­циях бесцентрового суперфиниширования часто приме­няют бруски на бакелитовой связке с графитовым напол­нителем (на последней стадии обработки). При супер­финишировании прессованные бруски имеют ограничен­ное применение. Обычно их используют для относительно грубой обработки, когда параметр /?д составляет 0,2 мкм и более. При этом используют, как правило, бруски зер-нистостей М40—М28. Во всех остальных случаях (более низкая шероховатость, отсутствие единичных дефектов) применяют литые бруски, обладающие более однородной структурой, чем прессованные, они быстрее прирабаты­ваются к поверхности детали и устойчиво работают в режиме затачивания. Поэтому использование литых брусков позволяет увеличить съем металла в 1,6—2,8 раза и уменьшить шероховатость обработанной поверхности в 1,2—3 раза.

Выбор абразивного материала брусков определяется материалом обрабатываемой детали. 'Суперфиниширо­вание термообработанных конструкционных сталей твер­достью 56—64 НКСэ производят брусками из бело­го электрокорунда и зеленого карбида кремния. При этом, как правило, бруски из белого электрокорунда используют на предварительных операциях (переходах) для обеспечения интенсивного съема металла, а из зеле­ного карбида кремния — на чистовых операциях (пере­ходах) для обеспечения требуемой шероховатости. Кроме того, при обработке деталей, имеющих пре­рывистую поверхность (отверстия, масляные карманы, шлицевые пазы и т. д.), предпочтительнее использовать бруски из электрокорунда 24А, так как он менее хрупкий материал, чем зеленый карбид кремния, и лучше противостоит ударным нагрузкам.

Бруски из эльбора следует использовать при супер­финишировании деталей из труднообрабатываемых сталей и сплавов, таких, как быстрорежущие стали Р9Ф5 и Р12Ф5 (975—985 НУ), жаропрочные сплавы ЭИ347 (847 НУ) и ЭИ992 (192 НУ), коррозионно-стойкой стали 9Х18 (824 НУ) и пр. Исследования, про­веденные во ВНИИАШе, показали, что при обработке закаленных труднообрабатываемых материалов эльбор обеспечивает значительно большую производительность, чем карбид кремния и алмаз. Так, при суперфиниширова­нии стали ЭИ347 интенсивность съема металла эльборными брусками в 1,4—1,5 раза выше, чем брусками из зеленого карбида кремния, а при обработке быстрорежу­щих сталей — в 5—7 раз.

ПРОГРЕССИВНЫЕ ПРОЦЕССЫСУПЕРФИНИШИРОВАНИЯ

Суперфиниширование с наложением ультразвуковых колебаний

Одним из способов интенсификации процесса супер­финиширования является наложений на брусок ультра­звуковых колебаний. Устройство, обеспечивающее этот метод обработки, приведено на рис. 5.1 и представляет собой акустический узел, состоящий из магнитостриктора 4 и концентратора 5, который преобразует электрические колебания ультразвукового генератора в механические. Узел крепится к доводочной головке' 3. Брусок /, прикле­енный к оправке 2, крепится к концентратору 5, который сообщает ему ультразвуковые колебания.

Использование ультразвука создает более благоприят­ные условия для срезания и дробления стружки, удаления отходов из зоны резания, способствует улучшению усло­вий самозатачивания бруска и устранению налипов на его рабочей поверхности. Указанное явление хорошо ил­люстрируется на примере изучения сил резания при супер­финишировании. Как видно из рис. 5.2, наложение на бру­сок ультразвуковых колебаний при одинаковых условиях обработки (иок-=120 м/мин, Пбр=7 Гц, брусок 63СМ10)

Рис. 5.1. Устройство для обработки дорожки каче­ния кольца шарикоподши­пника с наложением на брусок ультразвуковых ко­лебании

снижает удельную тангенциальную со­ставляющую силы резания Рг в 1,3— 2 раза.

Увеличение амплитуды ультразвуковых колебаний способствует снижению нагрузки на режущие кромки бруска. Так, для случая суперфиниширования с постоян­ной интенсивностью съема металла, равной 0,8 мм^с, имеют место следующие соотношения между амплитудой ультразвуковых колебаний Оуз и удельной тангенциаль­ной составляющей силы резания Рг: при йуз=2. мкм Р,=42,5 Н/см²; при Оуз==3 мкм Р,=25,7 Н/см²; при а„=4 мкм А=23,1 Н/см²

Рис 5.2. Зависимость удель­ной тангенциальной составляющей силы резания Р, от давления бруска р-

1 — суперфиниширование по обычной схеме, 2 — суперфини­ширование с ультразвуковыми колебаниями

Тот факт, что наложение на брусок ультразвуковых ко­лебаний облегчает условия резания и улучшает самозата-чивание бруска, указывает на целесообразность исполь­зования этого метода обработки при суперфинишировании деталей из труднообрабатываемых материалов, имеющих низкую твердость и высокую пластичность (цветные, титановые, жаропрочные сплавы, коррозионно-стойкие стали и др.). Основной проблемой при суперфиниширова­нии этих материалов по обычной схеме является образо­вание налипов металла на режущей поверхности бруска, которые приводят к ухудшению качества обрабатываемой поверхности вследствие появления на ней от-