Точность и качество поверхности при суперфинишировании

By | 17 августа, 2011

В настоящее время к ответственным деталям машин предъявляются высокие требования к точности и качеству поверхности. Допустимые отклонения должны составлять не более, в мкм: от круглости—1; волнистости — 0,5; цилиндричности — 5; шероховатость поверхности должна быть равна Ra =0,6—0,08 и Ra =0,02— 0,01. На поверхности не должно быть структурно-фазовых изменений, растягивающих напряжений, микротрещин. Все эти требования обеспечивает процесс суперфиниширования.

Современная технология суперфиниширования, основанная на применении абразивных брусков (в-том числе алмазных и эльборовых) с повышенными режущими свойствами, кинематическом регулировании интенсивности процесса, увеличении частоты осциллирования брусков, доходящей до ультразвуковых колебаний, а также жесткости прижима их к деталям, позволяет снимать припуски в 20—30 мкм, существенно исправляя при этом погрешности геометрической формы деталей.

Точность суперфиниширования зависит от жесткости системы, включающей устройство для передачи давления на брусок, базирующие элементы и деталь. Способ передачи давления на брусок оказывает существенное влияние на интенсивность уменьшения отклонения от круглости и его конечную величину. Лучшие результаты достигаются при передаче его непосредственно от штока гидро- или пневмоцилиндра суперфинишной головки.

Точность и качество поверхности при суперфинишировании

Рис. 3.19. Круглограмма поверхностей до (а) и после (б) суперфиниширования (Х2000 и Х4000).

 

 

Большинство современных станков оснащено гидравлической системой прижима бруска с обратным клапаном, что обеспечивает уменьшение отклонений от круглости с 3—5 до 0,8—1,5 мкм за 30 с и до 0,3—0,7 мкм за 60—90 с обработки. Уменьшение отклонений от круглости с успехом осуществляют также при бесцентровом суперфинишировании.

На рис. 3.19 представлены круглограммы роликов после бесцентрового шлифования (рис. 3.19,а) и последующего суперфиниширования (рис. 3.19,6).

При всех видах суперфиниширования достаточно интенсивно исправляется волнистость поверхности Конечная величина ее составляет 0,1—0.3 мкм. При бесцентровом суперфинишировании резко уменьшается разноразмерность обрабатываемых деталей. Если исходная разноразмерность роликов составляла 7—10 мкм, то после одного рабочего хода она уменьшается до 2—4 мкм, а после 2—3 ходов — до 1—2 мкм.

При центровом суперфинишировании для более интенсивного исправления погрешностей в поперечном сечении, особенно нежестких деталей (L/d> 10), применяют головки, работающие «в обхват», с двумя противоположно расположенными брусками либо с тремя брусками, размещенными под углом 120° друг к другу. При этом интенсивность исправления погрешностей формы повышается в 2—3 раза, а наименьшие значения отклонений от круглости составляют 0,5—1,2 мкм.

Точность формы детали в продольном сечении зависит от соотношения длины бруска и длины обрабатываемой детали L, а также от величины перебега бруска.  При суперфинишировании имеется тенденция к образованию такой погрешности формы, как седлообразность, что обусловливается различным временем контакта бруска со средним и крайним участками обрабатываемой поверхности.

Исправление конусообразности при суперфинишировании может быть достигнуто путем увеличения времени обработки на участке большего диаметра.

Современная технология суперфиниширования позволяет легко обеспечивать шероховатость поверхности в пределах Ra =0,02—0,01 мкм. При этом не только высота, но и частота, форма и направление микронеровностей поддаются регулированию за счет изменения механизма и кинематики процесса.

Суперфиниширование создает на обработанной поверхности плотную сетку штрихов — неровностей. Например, при работе бруском зернистостью М23 с обепечением шероховатости поверхностей Ra =0,32— 0,16 мкм на 1 мм длины приходится 80—90 неровностей, а бруском М7 до Ra=0,08—0,04 мкм—140—160 неровностей. (Приведенные данные относятся к неровностям более 0,05 мкм.)

Исследования показывают, что частота неровностей после суперфиниширования значительно выше, чем после шлифования. Это объясняется воздействием на поверхность большого числа мельчайших абразивных частиц и наличием высокочастотных колебаний бруска. Форма микронеровностей также существенно отличается от таковой после шлифования. Наиболее вероятные значения радиусов закругления вершин неровностей после шлифования составляют 10—15 мкм, а после суперфиниширования— от 20 до 100 мкм в зависимости от зернистости бруска и режима обработки. Изменяя характер взаимодействия абразивных зерен с металлом (при переходе от резания к трению) при суперфинишировании можно значительно увеличивать радиусы закругления вершин неровностей. Это обстоятельство может быть использовано, например, для повышения контактной жесткости поверхностей.

Путем изменения соотношения скоростей рабочих движений при суперфинишировании можно регулировать направление неровностей, что позволяет создать более благоприятные условия работы трущихся поверхностей. При шлифовании, такая возможность отсутствует, так как следы обработки имеют постоянное направление, определяемое вращением круга.

До недавнего времени считалось, что суперфиниширование из-за низких скоростей резания и малых усилий прижима бруска не изменяет поверхностный слой обработанных деталей. Однако проведенные исследования показали, что при суперфинишировании в поверхностном слое происходит значительное дробление кристаллических блоков, возникают остаточные напряжения I и II рода, увеличивается плотность дислокаций. Каких-либо фазовых изменений в поверхностном слое не наблюдается. При исследовании остаточных напряжений I рода было установлено, что при суперфинишировании возникают напряжения сжатия, величина которых в условиях преобладающего резания составляет 200—400 МПа (20—40 кгс/мм2), а при трении — полировании 700—900 МПа (70—90 кгс/мм2). Глубина напряженного слоя колеблется в пределах 5—15 мкм, причем наибольшие значения зафиксированы в слое глубиной 1—1,5 мкм. Наличие остаточных напряжений сжатия свидетельствует об интенсивном пластическом деформировании металла и о незначительном выделении тепла при данном методе обработки.

Измерения микротвердости показали, что суперфиниширование упрочняет поверхностный слой. При обработке отожженных образцов микротвердость на их поверхности достигает 2100—2300 МПа (210—230 кгс/мм2), в более глубоком слое она уменьшается и на глубине 15—17 мкм составляет около 1600 МПа (160 кгс/мм2), что соответствует исходной твердости отожженной стали 45. При суперфинишировании закаленных образцов с исходной твердостью около 6000 МПа (600 кгс/мм2) микротвердость поверхностного слоя увеличивается до 7150—7300 МПа (715—730 кгс/мм2), причем глубина наклепанного слоя не превышает 6—10 мкм.

Таким образом, процесс суперфиниширования формирует поверхностный слой металла, упрочняет его на 15—40% и образует в нем остаточные напряжения сжатия, благоприятно влияющие на износостойкость и усталостную прочность деталей.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *