Алмазное выглаживание поверхности детали

Алмазное выглаживание является простым, эффективным и вы­сокопроизводительным методом отделочно-упрочняющей обработ­ки, заключающимся в пластическом деформировании обрабатывае­мой поверхности скользящим по ней инструментом — закреплен­ным в оправке кристаллом алмаза. Алмазному наконечнику сообщается продольное перемещение — движение подачи. Деталь вращается с определенной скоростью. Во время обработки непос­редственно перед инструментом, а также по бокам его и под ним происходит упруго-пластическая деформация металла. После про­хождения инструмента упругая деформация восстанавливается. На­ходящиеся между гребнями микронеровностей впадины в процессе выглаживания заполняются материалом гребней, текущим в резуль­тате воздействия инструмента вниз и в сторону. Высота шерохова­тости значительно уменьшается, и упрочняется поверхностный слой детали, повышается его микротвердость, создаются благоприятные сжимающие напряжения.

Высокая твердость алмаза дает возможность обрабатывать практически все металлы. Однако, в наибольшей степени положи­тельное влияние алмазного выглаживания проявляется при ППД сталей с высокой поверхностной твердостью, в том числе закален­ных и цементованных сталей. Для таких материалов его примене­ние дает лучшие результаты, чем обкатывание роликами и шарика­

ми. Выглаживать можно все виды сталей, бронзы, латуни, сплавы алюминия, кроме сплавов на основе титана и циркония, которые налипают на инструмент.

В зависимости от способа внедрения алмазного инструмента различают жесткое и упругое выглаживание. При жестком выгла­живании инструмент закрепляют в станке подобно резцу, и он во время обработки внедряется в поверхность детали на заданную глу­бину. Жесткое выглаживание не получило широкого распростране­ния вследствие малых допусков на биение и геометрическую форму детали, а также высоких требований к жесткости системы СПИД.

Упругое выглаживание проще и удобнее для применения в производственных условиях. Основное преимущество устройств с упругим элементом — постоянство заданной силы выглаживания независимо от погрешностей установки и точности геометрической формы обрабатываемой поверхности. В зависимости от системы на­гружения приспособления для выглаживания могут быть механичес­кими, пневматическими, гидравлическими, магнитными, электромаг­нитными и комбинированными. Одна из многих существующих кон­струкций алмазных выглаживателей представлена на рис. 2.24.

По кинематике передачи силы от силового элемента (пружины) к инструменту устройства бывают прямого действия и рычажные. У устройств прямого действия сила от пружины или какого-либо другого силового элемента через шток, толкатель и т. д. передается

Рис. 2.24. Алмазный выглаживатель с силой нажатия сжатой жидкостью: 1 — выглаживатель; 2 — поршень (шток); 3 — корпус; 4 — манометр; 5 — масло; 6 — пружина; 7 — пробка

непосредственно на выглаживающий инструмент. У рычажных при­способлений сила передается на инструмент посредством рычага.

Основными параметрами алмазного выглаживания являются: форма и величина радиуса рабочей части алмаза; усилие выглажи­вания; подача; число проходов инструмента; скорость.

Существует две формы огранки рабочей части: по сфере и по боко­вой части цилиндра. Сферический инструмент — универсальный. Цилиндрическим обрабатывают наружные поверхности вращения. Величина радиуса алмаза зависит от твердости обрабатываемого материала и допустимой величины усилия. Усилие выглаживания больше 300 Н нецелесообразно, так как уменьшается стойкость ал­маза, и ухудшаются условия его работы. Поэтому основным крите­рием выбора величины радиуса является твердость обрабатываемо­го материала (табл. 2.7). Вес кристалла алмаза равен 0,4…0,9 кар. Использовать инструмент с радиусом свыше 3,5 мм неэффективно, так как требуются значительные усилия выглаживания, ухудшаю­щие условия работы и уменьшающие стойкость инструмента.

Таблица 2.7 Зависимость радиуса алмаза от твердости материала Материал Твердость мате­риала Рекомендуемый радиус алмаза /?, мм Закаленные и цементованные стали HRC50…65 1,3…2 Термообработанные стали HRC35…50 1,5…2,5 Мягкие стали, цветные сплавы НВЗОО 2,5…3,5

Величина оптимального усилия выглаживания зависит от механических свойств металла, размеров и формы обрабатываемой поверхности и рабочей части алмаза. Оптимальное значение Р оп­ределяется по следующим формулам:

Сила выглаживания больше 200.-300 Н для деталей из высоко­прочных материалов и больше 100…150 Н для деталей из материа­лов средней твердости, как правило, нецелесообразна. Глубина уп­рочненного слоя в зависимости от силы выглаживания и других пара­метров режима изменяется от 0,01 до 0,4 мм.

Эффект упрочнения зависит от величины подачи инструмента S, определяющей кратность приложения деформирующей силы к каж­дой точке обрабатываемой поверхности. Для закаленных сталей наи­более эффективны подачи 0,02…0,05 мм/об (при ~ 1,3…2 мм), для незакаленных сталей и цветных сплавов 0,03…0,06 мм/об (при ^алм “ 2’^* • -3,5 мм). При этих подачах достигаются оптимальная глу­бина и микротвердость упрочненного слоя. Наименьшая шерохова­тость достигается при подаче 0,02…0,04 мм/об детали.

Увеличение числа проходов выглаживатедя приводит к увеличению кратности нагрузки и поэтому действует подобно уменьшению пода­чи. С увеличением числа проходов до пяти упрочнение растет. При этом наиболее существенное упрочнение поверхностного слоя детали про­исходит при первом и втором проходах. После восьми проходов глу­бина упрочнения становится больше, а микротвердость поверхности снижается в результате перенаклёпа. С увеличением числа проходов до 2-3 шероховатость уменьшается, но в меньшей степени, так как повтор­ные проходы выполняются уже по сглаженной и упрочненной поверх­ности. Во всех случаях, где возможно применение оптимального уси­лия (Ропт), рекомендуется однопроходное выглаживание.

Изменение скорости выглаживания V в диапазоне 16…120 м/мин практически не влияет на упрочнение поверхностного слоя. Ее увели­чение от 120 до 200 м/мин приводит к небольшому увеличению параметра шероховатости и некоторому уменьшению упрочнения. При больших скоростях (200 м/мин и более) алмаз вследствие пере­грева сильно изнашивается.

На качество выглаживания существенно влияет процесс охлаж­дения. Действие СОЖ проявляется в создании местных, легко де­формируемых зон, охлаждении контактной поверхности, образова­нии на поверхности алмаза пленки, предохраняющей от износа и уменьшающей коэффициент трения и др. При выглаживании дета­лей из черных металлов и сплавов рекомендуется применять индус­

триальное масло И-20А, а при обработке цветных металлов и спла­вов — керосин. Применяют также специальные составы СОЖ и по­верхностно-активные вещества (ПАВ).

Эффективность применения алмазного выглаживания во многом зави­сит от правильного выбора условий и режимов обработки (табл. 2.8). Режимы выглаживания являются обобщенными и подлежат в каж­дом конкретном случае уточнению.

Таблица 2.8 Выбор оптимальных режимов выглаживания Твердость обрабаты­ваемого ма­териала Исходный параметр шерохова­тости /?а, мкм ^алм» ММ Режим обработки Параметр ше — роховатости обработанной поверхности /?„, мкм Р, Н Sf мм/об V, м/мин 0,32 200…250 0,08 HRC 50…65 ОД 6 1,3…2 150…200 0,02…0,04 о • * о о 0,08 0,08 120.. ,150 0,04 0,63 120…150 0,16 HRC 30…50 0,32 1,5…2 120…150 0,03…0,05 о 4 ш о о 0,04…0,08 0,16 100… 120 0,02…0,04 2,5 120…150 0,32…0,63 HRC 20…25 1,25 2…2,5 100…120 0,03…0,08 о L о о 0,16…0,32 0,63 ОО О * • О о 0,08…0,16 1,25 120…150 0,32 0,63 100…120 0,16 НВ300 0,32 2,5…3,5 80… 100 0,06…0,1 о L о о 0,08…0,16 0,16 80…100 0,04…0,08 0,08 60…80 0,02…0,04

После алмазного выглаживания напряжения сжатия в поверхно­стном слое достигают 500… 1100 МПа. Глубина их залегания в зави­симости от режима выглаживания равна 0,15…0,40 мм. После обра­ботки на оптимальных режимах напряжения (как и микротвердость) изменяются по глубине слоя достаточно плавно.

Алмазное выглаживание позволяет повысить предел выносливос­ти детали на 15…25 %. Примерно в три раза возрастает предел выносливости, определяемый при испытаниях в коррозионной среде.

Выглаживание не только уменьшает износ приработки, вследствие благоприятной формы неровностей и повышенной твердости повер­хности, но и уменьшает интенсивность установившегося износа в ре­зультате значительного по глубине упрочнения поверхностного слоя.