Суперфиниширование (superfinishirovanie)

Посмотреть архив целиком

Министерство общего и профессионального образования Российской Федерации



Волгоградский государственный технический университет



Кафедра'' Технологии материалов''









Реферат

Тема: '' Суперфиширование''.









Выполнил:

Студент гр. М-434

Просин Д.А.

Проверил:


Петрова В.Ф.








Волгоград 2000




ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПРОЦЕССА СУПЕРФИНИШИРОВАНИЯ

Общие признаки и Особенности процесса суперфиниширования


В настоящее время в серийном и массовом произ­водстве при изготовлении ответственных деталей предъ­являются высокие требования к точности и шерохо­ватости поверхности: некруглость менее 1 мкм, вол­нистость менее 0,2 мкм, нецилиндричность и непрямо­линейность образующей менее 2—5 мкм, параметр шероховатости Ra= 0,02— 0,8 мкм, отсутствие дефект­ного слоя металла (структурно-фазовых изменений, на­пряжений растяжения, микротрещин), определенные значения параметров формы микронеровностей и опор­ной поверхности.

Обеспечение этих требований достигается с по­мощью таких процессов абразивной обработки, как хо-нингование и суперфиниширование брусками из тради­ционных и сверхтвердых абразивных материалов. Эти процессы относят к процессам доводки; хонингование производится при одновременно выполняемых враща­тельном и возвратно-поступательном движениях инст­румента (головки с брусками), суперфиниширование— при вращении заготовки и колебательном движении бруска. Суперфинишная головка с бруском или заго­товка может совершать также движение подачи вдоль оси заготовки. На рис. 1.1 приведенa схемa рабо­чих движений. При суперфинишировании прижим бруска осуществляется с помощью гидравлических или пневматических систем.

При контакте рабочей поверхности бруска с обрабаты­ваемой поверхностью заготовки происходит царапание ме­талла одновременно большим числом абразивных час­тиц. Размер таких частиц при суперфинишировании—5—20 мкм, среднее число частиц на поверхности бруска 0.004-0.005 зерен на 1 мм2. Основ­ными видами взаимодействия абразивных зерен с ме­таллом являются микрорезание со снятием тончайших стружек и трение с пластическим оттеснением металла. Для интенсивного резания необходимо, чтобы абразив­ный брусок самозатачивался путем скалывания и вы­рывания затупившихся зерен из связки. При исполь­зовании брусков из сверхтвердых абразивных мате­риалов (алмаза, эльбора) зерна длительное время со-


/ — деталь; 2 — брусок (V.— окруж­ная скорость детали. S —осевая пода­ча, Оос — скорость осевой подачи, n— частота колебании бруска, а — размах колебаний, ас — угол сетки).

храняют свою остроту, преобладает микроскалывание зерен,а не вырывание их,что значительно повышает стойкость брусков.

Путем выбора оптимальных характеристик брусков и регулирования параметров обработки (скорости, дав­ления) можно управлять процессом обработки, осу­ществляя на первой стадии непрекращающееся резание металла в течение достаточно длительного времени, необходимого для исправления погрешностей формы заготовки, удаления исходной шероховатости и дефект­ного слоя. Скорость съема металла при этом состав­ляет 2—4 мкм/с. Для получения поверхности с малой шероховатостью (0,04—0,08 мкм), а также для создания благоприятного микрорельефа по­верхности деталей и упрочненного поверхностного слоя металла процесс обработки на заключительной стадии может быть переведен в режим преобладающего гра­ничного трения, при котором съем металла резко сокра­щается, а брусок выглаживает обрабатываемую по­верхность. Такой переход можно осуществить, изменяя параметры обработки: повышая окружную скорость за­готовки или инструмента, снижая давление бруска и частоту колебаний бруска.

Ранее применявшийся процесс обработки брусками с самопрекращением резания и съема металла был не­управляемым и не мог обеспечивать стабильного ка­чества деталей, так как самопрекращение съема ме­талла часто происходит значительно раньше, чем уда­ляется припуск, необходимый для исправления погреш­ностей формы и устранения дефектного слоя.

В отличие от шлифования, при котором контактная поверхность составляет незначительную часть рабочей поверхности круга, при суперфиниширо­вании брусок постоянно соприкасается с деталью по всей рабочей поверхности, причем в начальный момент времени брусок прирабатывается к обрабатывае­мой поверхности. Такой контакт пары брусок — заго­товка способствует повышению производительности обработки и точности формы деталей. Давление при суперфинишировании на поверхности контакта бруска с деталью составляет 0,1—1 МПа, что в 10—100 раз меньше, чем давление при шлифовании. Скорость резания при обработке брусками 10—100 м/мин, т. е. в 15—100 раз ниже, чем при шлифова­нии. В результате при суперфиниши­ровании тепловыделение в зоне обработки значительно ниже, чем при шлифовании, а контактная темпера­тура не превышает 60—100 °С. Таким образом, отсутствуют физические причины образования в по­верхностном слое микротрещин и прижогов, а также остаточных напряжений растяжения.

. При суперфинишировании с упругим (через пружину) поджимом бруска жесткость системы мала, а сила резания практически постоянна, независимо от формы заготовки, вследствие чего происходит незна­чительное исправление погрешностей формы. В настоя­щее время разработаны и широко применяются кон­струкции суперфинишных головок с более жесткой гидравлической системой прижима бруска, которые значительно повышают производительность и точность обработки.

Характерным признаком процесса суперфиниширо­вания является повышенная частота (20—50 Гц) коле­баний абразивного бруска. Колебательное движение интенсифицирует процессы и резания металла, и самозатачивания бруска, создает более однородный микро­рельеф с меньшей шероховатостью обработанной по­верхности. В настоящее время разработаны и используются станки и головки для наружного супер­финиширования внутренних поверхностей (например, дорожек качения наружных колец подшипник

ов ).


Области применения операции суперфиниширования.

Суперфиниширование применяют в качестве фи­нишной операции, в основном при обработке наружных поверхностей деталей, эксплуатируемых в условиях трения скольжения или качения; в ряде случаев супер­финишированием обрабатывают также внутренние и торцовые поверхности, например дорожки качения на­ружных колец радиальных и упорных подшипников качения. Как правило, суперфиниширование произво­дят после операций шлифования, а для нетермообрабо-танных деталей — после операций тонкого точения. Суперфинишированию подвергаются поверхности де­талей, установленных как в центрах (рис. 1.7, а), так и на опорных валках, т. е. бесцентровым методом (рис. 1.7,6). Можно суперфинишировать пологие ко­нические поверхности, для чего при центровой обра­ботке головка с бруском разворачивается на требуемый угол, а при бесцентровой — используются специальные профильные опорные валки. Для суперфиниширования внутренних поверхностей (отверстий) небольшой длины (рис. 1.7, б) деталь устанавливают в патроне, а брусок закрепляют в специальной державке, которую вводят в обрабатываемое отверстие. При суперфинишировании внутренних сферических поверхностей (рис. 1.7,г), главным образом желобов колец шарикоподшипников, деталь вращается, а брусок совершает колебательное движение относительно центра качаний, выбранного так, чтобы радиус качаний совпадал с радиусом желоба. Суперфиниширование плоских торцовых поверхностей (рис. \.7,д) выполняется с помощью вращающегося •шлифовального круга, шпиндель которого может со­вершать также колебательное движение. Ось враще­ния круга, как правило, смещена но отношению к оси

Рис. 1.7. Схемы суперфиниширования деталей различной конфигура­ции: а—цилиндрических и конических (в центрах), б—цилиндриче­ских и пологих конических (на опорных валках); в—отверстии; г— внутренних сферических поверхностей; д — плоских торцовых поверх­ностей, е — выпуклых торцовых поверхностей

детали. При обработке выпуклых торцовых поверх­ностей (рис. 1.7, е) ось вращения круга наклоняется по отношению к оси детали под некоторым углом.

Широкое распространение суперфиниширование по­лучило в производстве подшипников для доводки до­рожек качения колец и роликов. В автомобильной и тракторной промышленности суперфинишированием обрабатывают шейки коленчатых и распределительных валов, поршневые пальцы, валы коробок передач, штоки амортизаторов. В станкостроении суперфиниши-руют шпиндели и пиноли, в других отраслях машино­строения — гладкие и ступенчатые валы, оси, роторы, калибры и другие детали.

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.

Таблица 4.7

Выбор ширины и числа брусков для суперфиниширования





Д
ля 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 ПРОЦЕССЫ СУПЕРФИНИШИРОВАНИЯ

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-


5.4. Торцовое суперфиниширование

Существующие промышленные методы финишной об­работки плоских высокоточных поверхностей — доводка монослоем свободного абразивного зерна (пастами, су­спензиями) или закрепленного зерна (шаржированными притирами) — имеют ряд недостатков. При обработке сво­бодным зерном производительность процесса и стойкость абразивного слоя ограничены невозможностью повышения скорости и давления выше критических значений (и= =0,5—1 м/с; /?==0,2—0,3 МПа), с увеличением которых происходят удаление абразивной смеси с притира и из­мельчение зерен. Поверхностный слой металла может на­сыщаться свободными абразивными частицами, что сни­жает износостойкость деталей. При обработке шаржиро­ванными притирами монослой закрепленных зерен быстро затупляется, вследствие чего стойкость его невысока, а производительность с течением времени снижается.

Способ торцового суперфиниширования, при котором многослойный инструмент с закрепленным зерном пред­ставляет собой круг чашечной формы (или набор брус­ков) со сплошной или прерывистой торцовой рабочей поверхностью, таких недостатков не имеет. В этом слу­чае инструмент вращается и может дополнительно со­вершать осциллирующее движение; деталь, установ­ленная на магнитном или вакуумном столе, вращается (см. рис. 1.7, д, е). Траектории абразивных зерен по обра­батываемой поверхности в зависимости от соотношения чисел оборотов круга и детали представляют собой либо циклоидальные кривые (/гд/Пк<1), либо эллиптические кривые («д/Пк> 1). Предпочтительным является встреч­ное суперфиниширование.

Выбор межцентрового расстояния А и расчет повер­хности контакта 5к круга с деталью могут быть выпол-ныны с помощью следующих формул:

Торцовое суперфиниширование осуществляется как в режиме самозатачивания и преобладающего резания, так и в режиме трения — полирования. При обработке чугуна СЧ 21-40 высокие результаты по съему металла (25— 30 мкм/мин) достигнуты кругом 63СМ10МЗКЛ при ско­рости и =2 м/с и давлении р=0,3 МПа. При обработке деталей из закаленной стали (60—65 НКСэ) лучшие ре­зультаты достигнуты инструментом из эльбора. Круги из эльбора ЛОМ28МЗК 100% при и=3 м/с и р=0,\ МПа обеспечивают повышенный съем (30—60 мкм/мин), причем износ кругов из эльбора в 50—100 раз меньше, чем электрокорундовых. Круги длительное время сохра­няют высокую режущую способность, однако повышение твердости сверх оптимальной приводит к быстрому прекращению резания. Снижение давления до 0,05 МПа и увеличение частоты вращения детали до 700— 1000 мин~1 переводят процесс в режим трения—поли­рования. При этом параметр шероховатости /?а=0,02— —0,08 мкм. Шаржирования обработанной поверхности абразивом не происходит.

Высокая точность формы деталей достигается при тор­цовом суперфинишировании. Так, при обработке колец диаметром 150 мм отклонение от плоскостности не пре­вышает 3—5 мкм. В настоящее время проводятся ра­боты по применению торцового суперфиниширования для обработки колец упорных роликоподшипников, концевых мер длины, сферических поверхностей.

Список используемой литературы


Случайные файлы

Файл
122333.doc
120491.doc
158064.rtf
EVKRE.DOC
podvig.DOC




Чтобы не видеть здесь видео-рекламу достаточно стать зарегистрированным пользователем.
Чтобы не видеть никакую рекламу на сайте, нужно стать VIP-пользователем.
Это можно сделать совершенно бесплатно. Читайте подробности тут.