В ГОСТ 23505-79* даны следующие определения: «суперфиниширование — доводка, осуществляемая при одновременно выполняемых колебательном движении абразивного инструмента и вращении заготовки» и «бесцентровое суперфиниширование — суперфиниширование поверхности вращения, при котором технологической базой является обрабатываемая поверхность или ранее обработанная цилиндрическая поверхность».
Суперфиниширование — процесс отделочной обработки поверхностей заготовок мелкозернистыми абразивными, алмазными или эльборовыми брусками. Отличительная особенность процесса состоит в быстром колебательном (осциллирующем) движении брусков с частотой от 500 до 3000 дв. ход/мин, амплитудой 2-5 мм и небольшими удельными давлениями инструмента (0,05-0,3 МПа) на обрабатываемую поверхность.
Суперфиниширование целесообразно применять для улучшения эксплуатационных свойств деталей, работающих в условиях трения скольжения или качения, поскольку с помощью этого процесса можно получить поверхность шероховатостью до Ra = 0,08…0,16 мкм с минимальными волнистостью и огранкой, удалить дефектный слой металла, образованный при шлифовании, и достигнуть упрочнения поверхностного слоя без каких-либо структурных изменений.
Физическая сущность процесса суперфиниширования заключается в царапании обрабатываемой поверхности одновременно большим количеством мельчайших абразивных зерен [5, 14]. Основными видами взаимодействия зерен с металлом являются микрорезание со снятием тончайших (0,1-0,5 мкм) стружек и трение с пластическим оттеснением металла. При контакте рабочей поверхности бруска с обрабатываемой поверхностью происходит царапание металла одновременно большим числом абразивных частиц. Размер таких частиц при суперфинишировании составляет 5-20 мкм, а их среднее число на поверхности бруска 400-5000 зерен на 1 мм3. Соответствующим выбором условий суперфиниширования (характеристики инструмента, режимов обработки, смазочно-охлаждающей жидкости) можно обеспечить непрекращающееся резание металла в течение длительного времени. При интенсивном резании скорость съема металла достигает 1,0—2,5 мкм/с, происходит исправление погрешностей формы заготовки и удаление дефектного слоя.
Увеличение числа движений при суперфинишировании способствует лучшему использованию режущей способности абразивных зерен, поскольку большое число вершин и режущих граней зерен может участвовать в работе, а зерна в этих условиях режут различными гранями. При этом перемещение абразивных зерен в различных направлениях обеспечивает освобождение поверхности заготовки и бруска от стружки, продуктов износа связки и выкрошившихся зерен. 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 сохраняют свою остроту, преобладает микроскалывание зерен, а не вырывание, что значительно повышает стойкость брусков.
В отличие от шлифования, при котором контактная поверхность составляет малую часть рабочей поверхности круга, при суперфинишировании брусок прирабатывается к заготовке и соприкасается с ней по значительной части рабочей поверхности. При поверхностном контакте инструмент охватывает и срезает выступающие участки макро — и микронеровностей поверхности. Такой контакт пары брусок — заготовка способствует повышению производительности и точности обработки. Давление при суперфинишировании в 10-100 раз, а скорость резания в 20-100 раз меньше, чем при шлифовании. В результате тепловыделение в зоне обработки значительно ниже, чем при шлифовании, а контактная температура не превышает 50-80 °С. Таким образом, отсутствуют физические причины образования в поверхностном слое микротрещин и прижогов, а также остаточных напряжений растяжения.
До 60-70-х гг. ХХ в. существовало мнение, что суперфиниширование — самопрекращающийся процесс, при котором обработка происходит в пределах высоты микронеровностей без значимого изменения размеров и макрогеометрии поверхности. Как показали многочисленные современные исследования [16, 18, 28, 35, 36 и др.], при суперфинишировании осуществляется съем припусков до 0,005-0,01 мм на диаметр. При этом удаляются микронеровности и частично дефектный поверхностный слой основного металла, а также исправляются погрешности предыдущей обработки в поперечном сечении в виде отклонения от круглости (до 0,2-0,7 мкм) и волнистости (0,05-0,2 мкм). При суперфинишировании отклонение от круглости уменьшается на 50-80 % по отношению к исходной в зависимости от вида погрешности и снимаемого припуска. На исправление поперечного профиля заготовки в большой степени влияет форма исходной погрешности: овальность устранить затруднительно, значительно легче — огранку, особенно при большом числе граней. Погрешность геометрической формы в продольном сечении (конусообразность, бочкообразность, седлообразность) практически не уменьшается или уменьшается незначительно.
Путем выбора оптимальных характеристик брусков и режимов обработки (припуска, скорости, давления) можно управлять процессом, осуществляя на первой стадии непрекращающееся резание металла в течение достаточно длительного времени, необходимого для исправления погрешностей формы заготовки, удаления исходной шероховатости и дефектного слоя. Затем для получения низкой шероховатости, а также создания благоприятного микрорельефа поверхности и упрочнения поверхностного слоя металла процесс обработки переводят в режим преобладающего граничного трения, при котором съем металла резко сокращается, а брусок выглаживает обрабатываемую поверхность. Такой переход можно осуществить, повышая окружную скорость заготовки, снижая давление и частоту колебаний бруска.