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

интенсификации и повышения эффективности процесса. Уве­ личение зернистости может быть ограничено только допу­ скаемой величиной шероховатости поверхности, которая должна быть получена на данной операции. Зернистость брусков в процессе исследования выбиралась равной 200/160; 250/200; 315/250; 400/315; 500/400. Результаты ис­ следований приведены на рис. 43. На рис. 43, а показаны

стости алмазов:

/ •— производительность; 2 — машинное время; 3 — количество обработан­ ных деталей; 4 — удельный расход.

зависимости машинного времени t и производительности Q от зернистости, а на рис. 43, б — зависимости удельного расхода алмазов qa и количества обработанных деталей N от зернистости.

Как видно из рис. 43, при повышении зернистости от 200/160 до 500/400 происходит увеличение производитель­ ности в 1,6 раза и снижение удельного расхода в 10 раз. Шероховатость поверхности при этом увеличивается с Rz = = 13,1 мкм (V5) до Rz = 20,5 нкм (V4).

ПЕРСПЕКТИВЫ АЛМ АЗНО ГО ХОНИНГОВАНИЯ

В Институте сверхтвердых материалов разработана тех­ нология изготовления алмазных эластичных брусков на каучукосодержащих связках Р1, Р4, Р9, Р14Е и др. Такие алмазные бруски состоят из связки, эластичного безалмазного подслоя и лавсановой или металлической основы. Эластичные бруски применяют для отделочного хонингова-

102

Таблица 15

Шероховатость поверхности при отделочном алмазном хонинговании брусками на эластичной связке

ЮЗ

Продолжение табл. 15

ния поверхностей, которые должны иметь высокий класс чистоты. При обработке такими брусками происходит авто­ матическое саморегулирование глубины внедрения алмазов в обрабатываемый металл, что позволяет получить мини­ мальную шероховатость поверхности и одновременно макси­ мальную контактную жесткость деталей машины.

Совместно с Пермским политехническим институтом бы­ ло проведено исследование работоспособности брусков на эластичных связках [17]. Влияние зернистости таких брусков на шероховатость поверхности определяли при обработке образцов из стали ЗОХГСА. После 30 сек хонингования бру­ сками на связке Р1 шероховатость, полученная после предварительной обработки жесткими брусками на метал­ лической связке, снижается в 2,5 -3,0 раза независимо от зернистости алмазов. Величина шероховатости была оди­ наковой после обработки брусками зернистостью АСО 80/63-100% и ACM 40/28-50% .

Эластичные хонинговальные бруски срезают только вы­ ступы исходной шероховатости, не внедряясь в основной металл. Наиболее интенсивное снижение шероховатости происходит при давлении 5—11 к Г / с лі2 и съеме 3 —5 мкм.

104

В результате обработки алмазными эластичными брусками обеспечивается получение 11—14-го класса чистоты по­ верхности. Наиболее интенсивное снижение шероховатости поверхности происходит в течение первых 30—60 сек ма­ шинного времени, затем оно стабилизируется. Существенным достоинством брусков на эластичных связках является пол­

зовое кольцо 5, в котором перемещается штанга 8 хо­ нинговальной головки, соединенной со шпинделем 2 стан­ ка, выполнено по посадке скольжения. Сателиты 6, закреп­ ленные на водилах 7, с помощью гибких валов 9 соединены с хонинговальными роликами 12, встроенными в раздви­ гающиеся колодки 10 и бронзовые подшипники 11.

При вращении шпинделя 2 станка вращение хонинго­ вальным брускам передается с помощью планетарного меха­ низма, зубчатый венец 3 которого соединен с кронштейна­ ми 1 штифтами 4. Кронштейны неподвижно закреплены на шпиндельной бабке станка. Штанга 8 хонинговальной го­ ловки, которая приводится во вращение от шпинделя 2 станка, заставляет сателиты 6 обкатываться по зубчатому венцу 3. При этом сателиты получают дополнительное

105

вращение вокруг своих осей. Водило 7 передает вращение с помощью гибких валов 9 хонинговальным брускам 12.

Радиальная подача осуществляется от штока и разжим­ ных конусов. Направление вращения роликов в головке та­ кой конструкции совпадает с направлением вращения го­ ловки. Скорость хонингования равна сумме основной ско­ рости вращения хонинговальной головки и дополнительной скорости относительного вращения роликов, которая зави­ сит от передаточного отношения планетарного механизма.

Одним из перспективных способов обработки является алмазное электролитическое хонингование — комбинирован­ ный процесс электрической обработки и хонингования. Этот процесс был разработан в 1962 г. фирмой «Микроматик». Этой же фирмой выпущены специальные станки для осущест­ вления такого процесса обработки. Благодаря сочетанию электролитической обработки, в процессе которой легко снимается припуск, и алмазного хонингования, при кото­ ром обеспечивается высокая точность геометрической формы отверстий и высокая чистота обработки, электролитическое хонингование является наиболее эффективным для обработ­ ки отверстий. Однако для успешного осуществления электро­ литического алмазного хонингования необходимо созда­ ние специальных станков. Решить весь комплекс задач, свя­ занных с процессами электролиза, коррозией и т. п., путем усовершенствования существующего оборудования не возможно.

Электрохимическое анодное растворение металла при хонинговании подчиняется законам Фарадея. Интенсив­ ность анодного растворения, т. е. фактическое количество вещества, выделившееся при электролизе с 1 см2 поверх­ ности, определяется по формуле

где Ѳ — электрохимический эквивалент, мгікулощ і — плотность тока, а/см2-, Т — время обработки, сек\ / — коэф­ фициент полезного действия электролиза (0,90— 1,0).

В отличие от электролитического шлифования, когда ток подводится непосредственно к токопроводящему кругу, при электролитическом хонинговании ввиду большой площади контакта инструмента с деталью такой подвод тока исклю­ чается из-за опасности возникновения коротких замыканий. Поэтому алмазные бруски на металлических связках изоли­ руют от корпуса хонинговальной головки. Катодом может

106

служить корпус хонинговальной головки. Однако наибо­ лее правильной является конструкция хонинговальных го­ ловок с отдельно вынесенными электродами (катодами), име­ ющими дистанционные упоры. При этом гарантируется определенный зазор между электродом и деталью. В каче­ стве упоров могут применяться алмазы или специальная ке­

тельным полюсом источника питания. Токосъемник укреп­ лен неподвижно на верхней бабке станка. Электролит по медным трубопроводам 5 подается к катодам 9. Алмазные бруски 1 от корпуса головки изолированы. Разжим брусков и катодов осуществляется одновременно от одного конуса. Для обеспечения эластичного прижима катодов к обрабаты­ ваемой поверхности между катодами и сухарями 8 помещена

107

плоская пружина 10. В катодах есть отверстия для по­ дачи электролита в зону анодного растворения. Электри­ ческий ток к катодам подается через корпус хонинговальной головки и медные трубопроводы. Для удобства монтажа и разборки хонинговальной головки трубопроводы выпол­ нены разъемными и соединены гибкими хлорвиниловыми трубками, вставленными в гибкие медные оплетки, одно­ временно предохраняющие трубки от разрыва.

В качестве электролитов используются водные раство­ ры NaN03, NaCl, KCl, NaF (5—20%) с добавлением 0,5— 2% NaN02 предохраняющего детали от коррозии (инги­ битор). Режимы электролитического хонингования такие же, как при обычном процессе хонингования. Рекомендуемая плотность тока (20—200 а!см2) достигается при использо­ вании низковольтных генераторов постоянного тока (/ = = 1200 Ч- 2400 а, U = 6 ч- 12 в).

В результате электрохимического хонингования произ­ водительность повышается в 3—5 раз, обеспечивается по­ лучение высокой точности (отклонение от геометрической

К недостатку метода следует отнести необходимость пре­ дохранения деталей и станков от коррозии, а также необ­ ходимость интенсивного отвода паров электролита и его фильтрации.

ВЛИЯНИЕ АЛМ АЗНОГО ХОНИНГОВАНИЯ НА КАЧЕСТВО ПОВЕРХНОСТИ, ТОЧНОСТЬ

И ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ ДЕТАЛЕЙ

Исследования показали, что при алмазном хонингова­ нии усилия резания и температуры меньше, чем при обыч­ ном абразивном, вследствие чего фазовое и структурное состояние тонких поверхностных слоев поверхностей, об­ работанных алмазным и абразивным хонингованием, раз­ личны.

Как известно, структура поверхностных слоев оказыва­ ет влияние на износостойкость при трении скольжения и качения, которая должна быть особенно высокой для таких деталей, как гильзы, цилиндры, втулки, поршневые коль­ ца и т. д.

108

В Институте сверхтвердых материалов проведены иссле­ дования структуры тонких поверхностных слоев и установ­ лена точность геометрической формы стальных и чугунных закаленных деталей, обработанных алмазными и обычными абразивными брусками.

Исследование поверхностных слоев стальных закаленных деталей. В качестве образцов для опытов использовали втулки из стали У8 (HRC 63—65). Для получения структу­ ры, обладающей повышенной чувствительностью к темпе­ ратурным изменениям, втулки после закалки не отпуска­ лись. Диаметр обрабатываемых отверстий 65 мм, длина 100 мм, толщина стенки 6 мм.

Хонингование производилось брусками К312СТ1К и брусками из синтетических алмазов высокой прочности той же зернистости АСВ 100/80 на связке Ml при 100%-ной концентрации.

Вкачестве СОЖ использовали керосин.

Впроцессе хонингования снимали слой толщиной при­

мерно 0,05—0,10 мм на диаметр. Таким образом, слой ме­ талла, измененный в процессе расточки, полностью уда­ лялся.

Исследования производились по комплексной методике, заключающейся в металлографическом и рентгеноструктур­ ном анализе и измерении микротвердости.

Металлографическое исследование производилось с по­ мощью металломикроскопа МИМ-7, микротвердость изме­ ряли прибором ПМТ-3. Рентгеноструктурное исследование производилось с помощью установки УРС-50И-М в излу­ чении FeKcz- В процессе исследований изучали полушири­ ну линии (ПО) а-фазы.

Во избежание завалов тонких поверхностных слоев при изготовлении шлифов производили никелирование образ­ цов (толщина слоя 20 мкм).

Металлографическое исследование показало, что в про­ цессе алмазного хонингования микроструктура поверхно­ стного слоя не претерпевает видимых изменений, не прои­ сходит также и изменение микротвердости.

После абразивного хонингования общее светлое поле мар­ тенсита закалки в поверхностном слое глубиной в среднем 15—20 мкм в разных местах потемнело и имеет зернистое строение. На глубине 5— 10 мкм наблюдается снижение

109

микротвердости до 672—709 кГІмм3, на глубине 20—25 мкм она достигает значения микротвердости основного металла (1000-1100 кГ/мм2).

Образцы подвергались рентгеноструктурному анализу. После обработки абразивными брусками полуширина ли­ нии (ПО) a -фазы меньше, чем у образцов, обработанных ал­

Таким образом, после алмазного хонингования в поверх­ ностных слоях деталей из закаленной сталиУ8 изменений не обнаружено.

Исследование поверхностных слоев закаленных чугунных деталей. В качестве образцов применяли гильзы Д-50 из чугуна СЧ 21-40, закаленных т. в. ч. на глубину 1,5 мм до HRC 40—45. Диаметр гильз 110 лш, длина 245 мм. Хонин­ гование производилось в три перехода алмазными и абра­ зивными брусками при режиме цБр = 80 м!мин\ пв.п = = 15 м/мин; Р = 5 -ь 10 кГІсм2. В качестве СОЖ применя­ ли керосин (при окончательном хонинговании применяли СОЖ следующего состава: 70% керосина и 30% машинного масла).

При этом обеспечивался съем 0,05—0,20 мм на диаметр, а шероховатость поверхности соответствовала 9-му классу чистоты при исходной шероховатости поверхности после рас­ тачивания Ѵ5 — Ѵ6.

Методика исследования поверхностных слоев стальных деталей оказалась непригодной для гильз из закаленного чугуна. Несмотря на то, что исследовали большое количе­ ство образцов, определенных результатов получить не уда­ лось. Ввиду неоднородности структуры и сложности соста­ ва серого чугуна невозможно уловить изменение микрост­ руктуры и микротвердости в тонком поверхностном слое. Поэтому в процессе исследования был использован метод по­ слойного рентгеноструктурного анализа. Сущность метода заключается в последовательном удалении электрополиров­ кой слоев металла и последующем рентгеноструктурном исследовании.

Электрополировку производили в сернофосфорно-хро- мовом электролите при плотности тока 50 аідм2 и темпера­ туре 70 —80° С. Для рентгенографического исследования применяли установку УРС-50И (излучение FeKo)- Регистри­ ровали линии (ПО) и (111) a -фазы. Оценка структурного со­

110