книги из ГПНТБ / Сагарда А.А. Алмазно-абразивная обработка деталей машин

возрастают, а затем постепенно устанавливается постоян­ ный тепловой режим. Минимальный нагрев наблюдается при использовании брусков с алмазами АСВ (в 2—3 раза ниже, нем при обработке обычными абразивными бруска­ ми). Средние температуры при алмазном хонинговании со­ ставляют 30—40° С, при абразивном — 75—95° С, а уста­ новившаяся температура поверхностного слоя соответствен­ но 40—50° С и 95—100° С. При использовании брусков с алмазами АСР и кубонитом температуры выше в результате большего тепловыделения. Максимальные температуры во время испытаний были зафиксированы на тех же режимах обработки при давлении Р = 12,5 кГ/смг. Средние темпера­

Си 58° С.

Впроцессе исследований была проверена возможность хонингования брусками КЗ 12 — 100% — МІ. При этом ре­ зание практически не происходило (съем 0,13 а), шерохо­ ватость оставалась исходной, а тепловыделение и усилие реза­ ния были примерно такими же, как при работе чистой связкой МІ. Таким образом, обычные абразивные материалы из-за низкой износостойкости могут работать только в услови­ ях активного самозатачивания. То обстоятельство, что ал­ мазы благодаря своей высокой износостойкости могут ра­ ботать на металлических высокотеплопроводных связках,

является их основным преимуществом с точки зрения сни­ жения температуры в процессе хонингования.

Влияние режимов алмазного хонингования на основные показатели процесса производилось при использовании брусков АСВ 100/80 — МІ — 100% и следующих режимов

На рис. 37 приведены графики зависимости основных параметров при разных давлениях. Обработка производи­ лась брусками АСВ 100/80 — 100% — МІ в течение 1,5 мин. Как видно из указанных графиков, общее тепло­ выделение, силы резания и съем с увеличением давления возрастают примерно пропорционально. Чистота поверх­ ности при указанном диапазоне режимов обработки практи­ чески остается неизменной.

92

Увеличение скорости вращательного движения приво­ дит к увеличению тепловыделения. Оптимальной при хо­ нинговании закаленной стали является скорость примерно 40 мімин. Усилия резания минимальны при скорости ѵвр =

— 40 мімин, причем их величина резко возрастает при

Рис. 37. Зависимость основ­ ных параметров процесса хо­ нингования от удельных дав­ лений при:

I

to

■0,8

0.6

■01«

0,2

О

1>вр = 62 мімин и ѵв п — 8 -г* 10 мімин. При указанных скоростях получены минимальный съем и максимальное удельное тепловыделение.

Оптимальным по всем показателям является следующий режим обработки: ѵвр = 40 м!мин\ ѵвп = 8 -f- 10 м/мин-, Р = 5 4 -7,5 кГ/см2.

Увеличение скоростей и давлений приводит к нежела­ тельному увеличению тепловыделения, что может вызвать ухудшение качественных показателей процесса алмазного хонингования.

В процессе исследований установлено, что наибольшее влияние на /ср и Іп оказывает скорость вращательного дви­ жения (рис. 38). Обработка производилась брусками АСВ

93

обычном абразивном хонинговании, что недопустимо. При изменении скоростей возвратно-поступательного движения и удельных давлений температуры изменяются примерно на 10—15° С.

Влияние концентрации исследовали в процессе обработ­ ки брусками АСВ 100/80 — МІ с концентрацией алмазов 50, 100, 150 и 200%. Режим обработки оставался постоян­ ным: уВр = 40 м!мин\ ув.п = 8 м!жин\ Р = 10 кГ/см2.

Рис. 38. Зависимость средней температуры (а) и температуры поверх­ ностного слоя (б) от времени хонингования и скорости вращения:

1 — оВр = 100 мімин; 2 — оар = 62 м/мин: 3 — пвр = 40 м/мин.

Как видно из рис. 39, при увеличении концентрации ал­ мазов в алмазоносном слое общее тепловыделение уменьша­ ется в результате уменьшения работы внешнего трения (уменьшается площадь трения связки по стали). Одновре­ менно снижаются усилия резания и производительность. Это объясняется уменьшением удельного давления на каж­ дое зерно с повышением концентрации. При этом уменьша­ ется глубина внедрения зерен, поэтому снижается произ­ водительность, а также уменьшается нагрузка на зерна, а, следовательно, и вероятность скалывания алмазных зерен и вырывания их из связки, в результате чего уменьшается удельный расход алмазов. Таким образом, концентрацию алмазных брусков необходимо выбирать в каждом конкрет­ ном случае в зависимости от того, что важнее получить: высокую производительность или низкую технологическую себестоимость. Чистота поверхности при изменении концент­

94

рации колеблется в пределах одного класса. Удельное тепло­ выделение с повышением концентрации возрастает в ре­ зультате увеличения количества микроисточников тепла в зоне резания (объем пластических деформаций возрастает более интенсивно, чем снижается работа внешнего трения).

\

!

-ІА

1.2

-1,0

2 -2 - 0,8

-0,5

/ ОЛ

Концентрация, %

Рис. 39. Зависимость основных параметров процесса хонинго­ вания от концентрации брусков.

Температуры с повышением концентрации возрастают. Это объясняется уменьшением количества связки в алмазо­ носном слое, что снижает интенсивность теплоотвода из зо­ ны резания. Для получения минимальных температур ре­ комендуются бруски с концентрацией 50 и 100%.

Влияние связок на основные параметры определяли при использовании брусков АСВ 100/80— 100% на связке МІ, металлосиликатных связках МС15, МС6, МС7; керамиче­ ской К5 и гальванической (никель). Режим обработки оста­ вался постоянным. Результаты исследований приведены в табл. 13.

Минимальное тепловыделение происходит в процессе обработки брусками на керамической пористой связке К.5 (пористость 25%) и гальванических брусках, у которых ал­ мазные зерна выступают высоко над связкой, что способст­ вует снижению трения. При обработке керамическими брусками достигается наибольшая производительность, а удельное тепловыделение — наименьшее. Однако расход

95

Таблица 13

Зависимость основных показателей от применяемой связки алмазных брусков

(28 мг/г)\ его величина значительная и при использовании гальванических брусков из-за недостаточно прочного удер-

.жания алмазов. Минимальный расход алмазов при доста­ точно высокой производительности наблюдается в процессе •обработки брусками на связке МС15.

Рис. 40. Зависимость средней температуры (а) и температуры поверх­ ности (б) от времени хонингования при различных связках брусков:

/ — К5; 2 —МС7; 3 — гальваническая: 4—МС15; б — МС6; б—МІ.

Минимальный нагрев происходит при работе брусками «а связке МІ (рис. 40). Добавление в металлическую связ­ ку стекла, силикатов и других компонентов, снижающих ее теплопроводность, приводит к увеличению температуры. В случае применения керамической связки (практически нетеплопроводной) происходит резкое увеличение tcp и іп, которые достигают уровня температур при обычном абра-

'•96

зивном хонинговании. На примере алмазных брусков на керамической связке особенно наглядно видна исключитель­ ная важность теплоотвода из зоны резания при хонингова­ нии: общее и удельное тепловыделение на связке К5 мини­ мальные, а температура детали максимальная. Таким обра­ зом, необходимо применять алмазные бруски только на металлической связке высокой теплопроводности, иначе

0,8 -8

0,7 -7

0,6 -6

0,5 -5

0,4 -4

0,3 -3

0,2 -2

O.f -/

О -О

Рис. 41. Зависимость показателей процесса хонингования от времени обработки

эффективность алмазного хонингования будет снижена. В процессе исследований установлено, что наиболее при­

=10 кГІсм2).

Влияние времени хонингования на показатели процесса

определяли при использовании брусков АСВ 100/80 — M l— 100% (цВр = 40 м/мин-, ѵБ.п = 8 м/мин; Р = 5 кг/см2).

Хонингование производили в течение 0,25; 0,50; 1,0; 1,5; 3,0; 5,0 и 8,0 мин (рис. 41).

Общее тепловыделение увеличивается прямопропорцио­ нально времени хонингования. Съем во времени растет при

снижении его интенсивности в единицу времени, так как

.по мере съема гребешков от предыдущей операции увеличи­ вается количество зерен, вступающих в контакт с обрабаты­ ваемым металлом, а, следовательно, уменьшается удельное давление на каждое зерно, глубина их внедрения и возра­ стает удельное тепловыделение. Усилие резания и шерохо­ ватость поверхности снижаются с увеличением времени хо­ нингования. Съем при этом растет значительно медленнее, чем общее и удельное тепловыделение, что отрицательно сказывается на показателях процесса.

ХОНИНГОВАНИЕ ЗАКАЛЕННЫХ ЧУГУНОВ

Проблема алмазного хонингования закаленных чугунов оставалась в течение длительного времени нерешенной, несмотря на усилия многих исследователей. Из закаленных чугунов изготавливают такие массовые изделия, как гиль­ зы тракторных и атомобильных дизельных двигателей, втулки глубинных насосов и др. В процессе абразивного хо­ нингования не обеспечивается требуемая точность и произ­ водительность обработки, невозможно осуществить актив­ ный контроль и многостаночное обслуживание, что особенно важно в условиях массового производства.

В Институте сверхтвердых материалов разработан про­ цесс высокоэффективного чернового хонингования закален­ ных чугунов благодаря созданию новой металлической по­ ристой связки и применению крупнозернистых синтетиче­ ских алмазов новых марок АСК и АСС.

Образцами для исследования служили гильзы трактор­ ного двигателя Д-50 (материал СЧ 21-40, твердость HRC > > 40). Внутренний диаметр гильз ПО мм, длина 245 мм. Исследования проводили на вертикально-хонинговальных станках модели 3A83 и 3M83, использовали бруски АБХ 125 X 12 X 1,5—100%, количество брусков в головке — 6 шт.

Наиболее рационально применять бруски на пористой связке. В этом случае обеспечивается повышение произво­ дительности и улучшение условий резания.

Пористые связки можно получить путем введения в них до спекания газовыделяющего агента, водорастворимых со­ лей и древесных стружек, а также отгонки в вакууме лету­ чих элементов.

98

ВИнституте сверхтвердых материалов создана принци­ пиально новая металлическая пористая связка МП2. Ме­ няя технологические параметры изготовления связки, мож­ но изменять пористость в пределах от 10% до 35%.

Втабл. 14 приведены сравнительные результаты испы­ таний брусков на новой пористой связке и на металличе­ ской связке Ml. (зернистость 315/250, концентрация — 100%). Для сравнения приведены также данные, получен­ ные при обработке чугуна брусками из карбида кремния зеленого. Из приведенных в таблице данных следует, что алмазные бруски на связке Ml превосходят по стойкости абразивные в 17 —40 раз, а на связке МП2 — в 34—140 раз. При использовании брусков на пористой связке с синтети­ ческими алмазами марок АСК и АСС обеспечивается повы­ шение их стойкости по сравнению с брусками на серийной связке Ml с теми же марками алмазов в 3—4 раза, а по срав­ нению с абразивными брусками — в 80—140 раз. Таким образом, эффективность использования алмазных брусков для операции чернового хонингования закаленных чугун­ ных гильз бесспорна. Производительность процесса алмаз­ ного хонингования при использовании брусков зернистос­ тью 315/250 на 30% выше производительности абразивного’ хонингования, причем она возрастает с повышением проч­ ности алмазных зерен. Шероховатость поверхности при об­ работке брусками на связке Ml достигает V4, а на связке-

МП 2 — Ѵ5, т. е. на 1 —2 класса ниже по сравнению- с шероховатостью, получаемой при абразивном хонингова­ нии. Более чистая поверхность при хонинговании бруска­ ми на связке МП2 получается вследствие более прочного удержания алмазов и образования площадок затупления на зернах. В результате снижения чистоты поверхности на 1 — 2 класса на операции чернового алмазного хонингования стойкость брусков и производительность на последующей операции получистового хонингования увеличиваются при­ мерно в 2 раза.

Так как было установлено, что прочность алмазов оказы­ вает существенное влияние на показатели процесса хонин­ гования, были проведены специальные испытания брусков зернистостью 315/250 на связке МП2 с алмазами разной проч­ ности в пределах, предусмотренных техническими условия­ ми на каждую марку. Испытывали алмазы марки АСВ (прочность 1200, 1500 и 1700 г), AQK (прочность 2000, 2400 и 3000 г) и АСС (прочность 4500 и 6Ö00 г).

100

На рис. 42, а представлены графики зависимости про­ изводительности и машинного времени, на рис. 42, б — коли­ чества обработанных деталей и удельного расхода алмазовот прочности алмазов. С изменением прочности алмазов от 1200 г до 6000 г производительность процесса возрастает с 13000 мм31мин до 16500 мм3/мин, т. е. в 1,3 раза. Машинное время соответственно снижается и достигает 22 сек при съе­ ме припуска 0,15 мм на диаметр и 12 сек при съеме припус-

Рис. 42. Зависимость показателей процесса хонингования от прочности алмазов:

ка 0,10 мм. Наиболее существенное влияние прочность алмазов оказывает на стойкость брусков. При изменении прочности в указанных пределах (в 5 раз) количество обра­ ботанных деталей увеличивается с 1000 шт. до 7000 шт. (в 7 раз). Изменение прочности практически не оказывает влияния на шероховатость поверхности, которая сохраня­ ется в пределах 5-го класса. Некоторое снижение шеро­ ховатости поверхности при повышении прочности объясня­ ется увеличением площадок затупления в результате боль­ шей стойкости брусков. Бруски из алмазов марки АСВ на пористой связке для данного процесса не рекомендуются.

До настоящего времени для алмазного хонингования ре­ комендовались бруски с зернистостью алмазов до 200/160. Повышение зернистости при хонинговании приводит к по­ вышению производительности, снижению удельного расхо­ да алмазов, усилий резания и температур процесса, общего и удельного тепловыделения. Таким образом, повышение зернистости является наиболее рациональным путем

101