Физический механизм процесса суперфиниширования СУПЕРФИНИШНЫЕ СТАНКИ

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.

Физический механизм процесса суперфиниширования
0 votes, 0.00 avg. rating (0% score)

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *