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

структурой и находится на уровне, характерном для исходной структуры данного образца (рис. 25, б).

При шлифовании алмазным кругом происходит частич­ ный распад остаточного аустенита в поверхностном слое, который распространяется на глубину 10—15 мкм.

Различие в распределении и изменении содержания оста­ точного аустенита при алмазном и абразивном шлифовании указывает на различие в характере влияния этих видов об­

сокое тепловыделение и относительно незначительную дефор­ мацию металла в зоне резания. При шлифовании с глубиной резания 0,020 мм происходит нагрев до температуры, при ко­ торой распад остаточного аустенита происходит в условиях скоростного нагрева. При рентгенографическом исследовании на медном излучении, проникающем в сталь на глубину до 3 мкм установлено, что в этом случае содержание остаточно­ го аустенита растет. При глубине 0,020 мм содержание аустенита увеличивается до 20%, т. е. выше исходного со­ держания его в стали, что свидетельствует о появлении в поверхностном слое структур вторичной закалки. Это со­ ответствует и результатам металлографического исследова­ ния, показавшего, что глубина слоя вторичной закалки составляет примерно 1,5 мкм. Исследование на железном излучении, проникающем в сталь на глубину 10 мкм, пока­ зывает снижение содержания остаточного аустенита. Это вызвано распадом аустенита в более глубоких слоях, в ре­ зультате чего интегральная интенсивность его линий уменьшается. Таким образом, шлифование кругами из электрокорунда при глубине 0,020 мм приводит к обра­ зованию поверхностного слоя, состоящего из двух зон — вто­ ричной закалки и вторичного отпуска.

71

В обработанных алмазным кругом образцах незначитель­ ные тепловые изменения a-фазы сопровождаются распадом аустенита, что свидетельствует о деформационном характере наблюдаемого распада. Ввиду высокой твердости и прочно­ сти закаленной стали процесс деформации локализируется в сравнительно тонком слое.

При сопоставлении кривых зависимости ширины линий и содержания остаточного аустенита от глубины шлифова­ ния видно, что рост тепловых изменений мартенсита с по­ вышением глубины сопровождается увеличением содержа­ ния аустенита в поверхностном слое, хотя оно остается меньшим, чем в исходном состоянии. Рост содержания аустенита происходит не в результате вторичной закалки поверхностного слоя, а за счет уменьшения глубины де­ формированного слоя.

В процессе исследования армко-железа, проведенного для выявления структурных изменений с исключением фа­ зовых превращений, как правило, имеющих место в сталях, установлено, что при алмазном шлифовании возникают сжимающие напряжения, благоприятно действующие на качество поверхностного слоя, а при абразивном — растя­ гивающие напряжения.

При сопоставлении данных, полученных в результате исследования закаленной стали после абразивного и ал­ мазного шлифования, было установлено, что в процессе алмазного шлифования интенсивного теплообразования в зоне резания не происходит. Полученные данные о состоя­ нии поверхности образцов после алмазного шлифования ха­ рактерны для процесса обработки, сопровождающегося пла­ стической деформацией их поверхностного слоя. Темпера­ тура, до которой нагревается поверхностный слой в этом случае, недостаточна для размягчения карбидов и отпуска мартенсита, а распад остаточного аустенита происходит в результате пластической деформации.

Поверхность образцов после алмазного доводочного шли­ фования чашечными кругами, предварительно обработан­ ная абразивным кругом, имеет несколько сниженную мик­ ротвердость по сравнению с исходной. При металлографи­ ческом исследовании структурные изменения поверхност­ ного слоя не обнаружены.

При послойном рентгеноструктурном анализе обнаружен поверхностный слой с меньшей по сравнению с исходной ши­ риной линий a-фазы и уменьшенным процентом остаточного

72

аустенита. При алмазном доводочном шлифовании сущест­ венных изменений структуры поверхностного слоя не про­ исходит. Толщина отпущенного слоя после алмазной и аб­ разивной обработок одинакова. При помощи электронного микроскопа на поверхности образцов можно увидеть поло­ сы с вытянутой и равноосной структурой. Ширина и шаг полос с вытянутой структурой аналогичны ширине и шагу «белых полос» на поверхности после предварительной аб-

Рпс. 26. Поверхность образцов исходной структуры после предвари­ тельного и доводочного шлифования алмазными кругами (б) (X 5000).

разивной обработки. Очевидно, такая неоднородность вы­ звана тем, что под участками «белого слоя» расположен структурно-измененный слой, характер изменения струк­ туры которого соответствует структуре «белого слоя».

Поверхность образцов, которые предварительно шлифо­ вали алмазными кругами, имеет однородную структуру, не отличающуюся от структуры основного металла. При ис­ пользовании электронного микроскопа на поверхности та­ ких образцов видны равноосные карбиды, т. е. такие же, как в исходной структуре (рис. 26).

Таким образом, алмазное шлифование оказывает более благоприятное влияние на физическое состояние поверх­ ностных слоев закаленной стали.

Результаты испытаний на контактную прочность, про­ веденных П. Н. Шульманом [10], соответствуют результатам исследования физического состояния поверхностного слоя. Сопротивление контактному выкрашиванию стали, обра­ ботанной алмазным кругом, в 1,5 раза выше, чем стали, об­ работанной электрокорундовым кругом. Предел выносли­ вости при изгибе с кручением определялся на базе 10 млн. циклов нагружений. Предел выносливости образцов.

73

Долговечность деталей, обработанных кругами из син­ тетических алмазов, определяли на примере испытания вал­

В процессе испытаний установлено, что после алмазного шлифования валков их стойкость повышается от 15 до 60% в зависимости от режимов прокатки и характеристики про­ катанного металла.

АЛМАЗНОЕ ХОНИНГОВАНИЕ

ОСОБЕННОСТИ ПРО ЦЕССА ХОНИНГОВАНИЯ

При хонинговании совмещаются вращательное и воз­ вратно-поступательное движение инструмента. В результа­ те этого на обрабатываемой поверхности создается характер­ ная сетка (рис. 27). При таком движении инструмента можно эффективно исправлять конусность, овальность, корсетность, бочкообразность отверстий. К преимуществам процесса следует отнести также и то, что в результате хонин­ гования даже с применением обычных абразивных брусков срок службы трущихся пар увеличивается по сравнению со сроком службы, который имеет место при использовании других методов окончательной обработки. В табл. 11 при­ ведены результаты испытаний хромированных гидравличе­ ских цилиндров на износостойкость [13]. Приведенные дан­ ные свидетельствуют о значительных преимуществах про­ цесса хонингования.

По данным Г. Хаазиса [29] стойкость хонингованных •матриц на 25% выше стойкости матриц, обработанных лю­ бым другим методом.

При хонинговании инструмент и деталь самоустанавлива­ ются, что обеспечивает высокую точность обрабатываемых -отверстий. При этом отпадает необходимость правки ин­ струмента, а припуски могут быть сведены до минимума.

74

Инструмент, применяемый при хонинговании, можно разделить на две основные группы: жестко закрепленный и качающийся. Хонинговальная головка, соединенная со шпинделем станка через шарнирную штангу, является ка­ чающимся инструментом. В этом случае у головки есть два шар­ нира (расстояние между ними 200—400мм), которые могут сво­ бодно разворачиваться в любом направлении под углом 5—15°.

При обработке таким инструмен­ том деталь закрепляют непо­ движно на столе хонинговально­ го станка или в приспособлении. Использование приспособления должно обеспечивать быструю установку, прочное закрепление детали в процессе работы. Деталь в приспособлении не должна де­ формироваться. Короткие дета­ ли, как правило, зажимают с тор­ цов. Детали типа гильз желатель­

но крепить за пояски или бурты. Тонкостенные трубы можно закрепить гибкой лентой. При использовании качающегося инструмента благодаря шарнирному соединениюможно доби­ ться весьма малой несоосности хонинговальной головки и отверстия обрабатываемой детали. При значительной несоос­ ности появляются переменные боковые усилия, что приводит к отклонениям геометрической формы отверстия (овальнос­ ти). Инструмент такого типа применяется в настоящее время при хонинговании тяжелых изделий и длинных труб.

Жестко закрепленный инструмент впервые был предло­ жен фирмой «Нагель» (ФРГ). При обработке таким инстру­ ментом заготовку закрепляют в плавающем приспособле­ нии. Это позволяет расширить технологические возможно­ сти процесса хонингования.

Деталь устанавливают в приспособлении, обеспечиваю­ щем определенное перемещение в горизонтальной плоскости. После подвода инструмента деталь точно центрируется. В зависимости от размеров обрабатываемой детали горизон­ тальное перемещение колеблется в пределах 0,2—1,0 мм. При обработке детали предохраняют от скручивания с по­ мощью штифтов или бобышек.

75

Жестко закрепленный инструмент имеет ряд преиму­ ществ. При его использовании значительно упрощаются крепежные приспособления, благодаря простоте центри­ рования детали появляется возможность более полной ав­ томатизации хонинговальных станков. Кроме того, в пла­ вающем изделии не возникают перекосы и деформации, неизбежные при его зажиме. Применяя этот метод, можно

малой глубины и большого диаметра.

С увеличением диаметра обрабатываемого отверстия воз­ растает устойчивость жестко закрепленной хонинговальной

она получает еще две степени свободы и создаются наиболее благоприятные условия для совмещения осей детали и хо­ нинговальной головки. Так как стоимость приспособлений в этом случае больше, то их следует применять только в условиях массового производства.

Большое значение для достижения цилиндричности отверстия имеет правильная установка длины и величины хода хонинговальной головки (перебега хонинговальных брусков). Практика показала, что наилучшие результаты

76

получаются при выходе брусков из обрабатываемого отвер­ стия на Ѵ8 длины бруска. Так как у конца отверстия толь­ ко 2/3 поверхности брусков соприкасаются с поверхностью отверстия и на эту часть приходится все усилие разжима (поперечной подачи), давление брусков увеличивается и, соответственно, должно возрасти количество удаляемого ма­ териала. Однако это не приводит к увеличению диаметра (корсетности) отверстия, так как до и после момента изме­ нения направления возвратно-поступательного движения головки скорость этого движения и угол пересечения малы, а, следовательно, мало и количество удаляемого материа­ ла, т. е. этим компенсируется увеличение давления брус­ ков на выходе и входе в отверстие. При большем или мень­ шем выходе брусков из отверстия получаются соответствен­ но корсетность или бочкообразность отверстия, а при неравномерном перебеге — конусность. Если отверстие име­ ет погрешности геометрической формы до хонингования, то путем подбора перебега брусков эти погрешности могут быть ликвидированы. Кроме того, некоторые станки имеют устройство короткого хода, с помощью которого можно за­ держивать головку в любом месте отверстия и давать коле­ бания с небольшим ходом. После получения приблизитель­ но равных размеров по длине отверстия производят хонин­ гование при полном ходе.

При обработке отверстий длиной 100—500 мм длина брусков должна составлять примерно Ѵ3—Ѵ2 длины от­ верстия. В настоящее время наметилась тенденция приме­ нения удлиненных брусков. По данным И. Е. Фрагина [12] в результате применения алмазных брусков длиной 250 мм при обработке тракторных гильз длиной 250—270 мм по­ вышается производительность, в два-три раза снижается удельный расход алмазов и улучшается прямолинейность образующей цилиндра.

При обработке коротких отверстий длина бруска долж­ на быть немного меньше длины отверстия, а выход хона должен составлять Ѵ4 длины бруска. При хонинговании несквозных отверстий необходимо обеспечивать достаточ­ ный запас хода у дна отверстия, для чего делают специаль­ ную канавку или производят хонингование специальными головками.

Пазы и отверстия на обрабатываемой поверхности су­ щественно влияют на результаты хонингования. При обра­ ботке отверстий с кольцевыми пазами следует применять

77

повышенные скорости вращательного движения, а при про­ дольных пазах — повышенные скорости возвратно-пос­ тупательного движения.

Скорость вращательного движения хонинговальной го­ ловки определяется по формуле

где D — диаметр обрабатываемого отверстия, мм\ п — чис­ ло оборотов шпинделя станка в минуту.

Скорость возвратно-поступательного движения опреде­ ляется по формуле

Одним из показателей процесса является угол пересече­ ния рисок (следов) обработки а, тангенс половины которого определяется как отношение скорости возвратно-поступа­ тельного движения к скорости вращательного:

( 2 5 )

вр

При сравнении расчетного угла пересечения с действи­ тельно наблюдаемым при высоких скоростях обработки об­ наруживается расхождение в их величинах. Так как угол пересечения можно точно измерить по следам на поверх­ ности, а скорость вращательного движения легко рассчи­ тать, то ошибка может появиться только при определении скорости возвратно-поступательного движения, осуществляе­ мого, как правило, при использовании гидравлической си­ стемы.

На основании опытных данных Р. Розенбергер [28] вы­ вел следующую формулу для определения скорости воз­ вратно-поступательного движения:

78