Файл: Мазальский, В. Н. Суперфинишные станки.pdf

стойкости деталей, сокращения времени их'приработки и сохра­ нения заданных допусков в узлах машин. Известно, что значение периода начального износа деталей или периода приработки особенно велико для ответственных узлов, лимитирующих точность и надежность работы машин, сохранение в процессе эксплуата­ ции заданных посадок, сил трения и т. д. От результатов приработки зависит время наступления усиленного износа, вызываемого из­ менениями зазоров в трущихся парах, а следовательно, долговеч­ ность работы механизмов и-машин.

При шлифовании деталей в результате высокой температуры в зоне резания (1100—1200° С) и больших удельных давлений разрушается. кристаллическая структура поверхностного слоя. Путем суперфиниширования детали деформированный слой может быть частично или полностью удален и таким образом создана высококачественная износостойкая поверхность детали. Новый деформированный слой при суперфинишировании не образуется, так как небольшие удельные давления, применяемые при обра­ ботке, повышают температуру поверхности незначительно (не более 50° С).

На рис. 2 [37] показаны виды поверхностей, полученных раз­ личными методами окончательной обработки: шлифованием, абра­ зивной доводкой и суперфинишированием. Как видно из рисун­ ков,- после суперфиниширования поверхность имеет чистую струк­ туру, по которой равномерно проходят тонкие канавки, в то время как после обработки другими методами поверхность нарушена — на ней видны разрывы, трещины и стыковки.

Направление следов механической обработки на несущей поверхности также оказывает немаловажное влияние на эксплуа­ тационные свойства детали. Так, например, взаимно пересекаю­ щиеся риски на суперфинишированной поверхности, образующие замкнутые резервуары, в которых надежно удерживается смазка, обеспечивают увеличение износостойкости и долговечности работы подшипниковой пары.

Ниже приведены некоторые примеры, показывающие влияние суперфиниширования на состояние поверхностного слоя, на рабо­ тоспособность и долговечность деталей машин.

Исследования влияния процесса суперфиниширования на состояние поверхностного слоя, приведенные в работе 19], пока­ зали, что в поверхностном слое металла возникают напряжения сжатия величиной от 250 до 800 МПа (от 25 до 80 кгс/мм2),.распро­ страняющиеся на глубину 7— 10 мкм. Микротвердость поверх­ ности термически не обработанных деталей после суперфиниширо­ вания повышается на 30—40%, а закаленных— на 10—15%.

Исследования работоспособности и долговечности подшипни­ ков [6, 7]^показали, что уменьшения волнистости с 2,5 до 0,5 мкм и огранки с 4 до 1 мкм увеличивают долговечность подшипников в два раза, а повышение чистоты поверхности с 9 до 11-го класса в 1,6—2 раза.

9

10

Рис. 2. Виды поверхностей (X 12 000), полученных шлифованием (а), абразивной доводкой (б) и суперфиниширова­ нием (в)

Одним из важных факторов, влияющих на долговечность дви­ гателей внутреннего сгорания, является стойкость шеек колен­ чатого вала. Износ шеек увеличивает биение коленчатого вала, создает вибрации, что приводит не только к повышенному износу коленчатого вала и вкладышей, но и к износу связанных с ним деталей. Проведенные НИИТавтопромом сравнительные испы­ тания стальных коленчатых валов автомобиля ГАЗ-51, коренные шейки которых были изготовлены различными методами финишной обработки, показали, что наиболее рациональным методом обра­ ботки шеек коленчатых валов является шлифование с последую­ щим суперфинишированием со снятием дефектного слоя. Износ шеек вала при снятии припуска в процессе суперфиниширования около 40—50 мкм уменьшается на 8—20%, а суммарный износ системы шейка — вкладыш сокращается на 20—50% [11].

Кроме перечисленных выше преимуществ, процесс суперфини­ ширования обладает еще рядом преимуществ, обусловливающих целесообразность его применения. К ним относятся следующие:

1) упрощается предварительная обработка деталей: при под­ готовке деталей под суперфиниширование проводить тонкое шли­ фование нецелесообразно, достаточно провести лишь шлифование кругами зернистостью 25 или 16 для получения размера детали;

2)суперфиниширование вскрывает ряд шлифовальных поро­ ков — отдельные грубые шлифовальные риски, так называемые вырывы, а также следы шлифовальной вибрации;

3)можно обрабатывать любые геометрические формы деталей; кроме наружных и внутренних цилиндрических поверхностей

можно суперфинишировать конические, сферические, выпуклые

иплоские поверхности;

4)простота оборудования, а следовательно, низкая квалифи­ кация рабочих; при осуществлении процесса суперфиниширования не предъявляются—очень высокие требования к точности станков,

атакже не требуется высокой квалификации рабочего, в то время, как результаты шлифования в большой степени зависят от состоя­ ния оборудования и квалификации рабочего;

5)наличие разнообразного суперфинишного оборудования по­

зволяет использовать этот процесс как в мелкосерийном, так и в массовом производстве любой отрасли промышленности.

Усилие и мощность при суперфинишировании. Усилие при­

где р — удельное давление в МПа; F — рабочая площадь бруска

вм2; k — количество брусков в головке; z — количество головок. Сила резания при суперфинишировании (в Н)

где / — коэффициент резания при суперфинишировании (по дан­ ным Лен. ОКБ АРС / = 0,35).

II

Крутящий момент при обработке в центрах (в Н.м)

где п — число оборотов изделия в минуту при обработке в центрах, или валков — при бесцентровой обработке.

2. Способы суперфиниширования

Наружное круглое суперфиниширование. Обработка наружных круглых поверхностей изделий может производиться одним из следующих способов: 1) в центрах с продольной подачей инстру-

Рис. 3. Схема обработки в центрах: а — гладких валов с продольной подачей; б — одновременно двух шеек с продольной подачей; в — корот­ ких цилиндрических поверхностей врезанием; г — конических поверхно­ стей врезанием

мента; 2) в центрах — врезанием; 3) бесцентровой обработкой напроход; 4) бесцентровой обработкой врезанием.

При обработке в центрах с продольной подачей инструмента обрабатываемое изделие закрепляется в центрах или патроне (рис. 3, а) и вращается. Инструмент прижимается к изделию с определенным усилием, осциллирует и совершает продольное перемещение вдоль обрабатываемой поверхности.

Одновременная обработка нескольких поверхностей вала про­ изводится на специальных суперфинишных станках для обработки ступенчатых валов (рис. 3, б).

12

При обработке в центрах врезанием инструмент прижимается к вращающемуся изделию и совершает только осциллирующее движение.

Этим способом обрабатываются короткие цилиндрические по­ верхности, поверхности, ограниченные буртами, и конусные поверхности (рис. 3, в и г).

Обработку в центрах или патроне можно производить супер­ финишными головками, установленными на токарных, круглошли-

Рис. 4. Схемы бесцентровой обработки напроход: а — цилиндрических деталей; б — конических детален; в — роликов с выпуклой поверхностью качения

фовальных и других станках, а также на суперфинишных станках с автоматическим циклом обработки.

При бесцентровой обработке напроход (рис. 4) вращение детали и ее перемещение осуществляются двумя валками, .вращаю­ щимися в одном направлении. Обрабатываемые изделия последо­ вательно проходят под осциллирующими абразивными брусками разной зернистости и твердости. Первые бруски имеют крупную зернистость, последующие — мелкую. Усилия прижима брусков также не одинаковы. В связи с этим первыми брусками обеспечи­ вается основной съем металла и исправление некруглости и вол­ нистости, последующими — высокий класс частоты поверхности.

Продольное перемещение изделия на валках происходит за счет осевой составляющей силы трения, возникающей при разво­ роте одного или обоих валков на некоторый угол 0 относительно оси изделий. Необходимая сила трения получается путем под­ бора соответствующего ’угла контакта между валками и изделием. Величина угла контакта изделия с валками выбирается такой, чтобы не было заклинивания изделия на валках, а возникающая сила трения была достаточной для обеспечения вращения изде­

13

лия. Угол контакта ср находится в пределе 15—20° и регулируетсяпутем изменения расстояния между валками. При гр -< 15° проис­ ходит заклинивание изделия между валками, а при ср /> 20° детали проскальзывают на валках'.

Величина продольной подачи изделия определяется окружной

Здесь ѵв — окружная скорость валков в м/с; 0 — угол разворота валков в град.

В связи с тем, что наибольший угол разворота валков 0 = 3°, а косинус этого угла равен 0,9986, то окружная скорость изделия

валка и изделия в минуту.

Скорость подачи устанавливается путем изменения числа оборотов или угла разворота валков.

В качестве валков подачи могут быть использованы цилин­ дрические и конические валки с прямолинейной образующей, а также валки, рабочая поверхность которых имеет форму теоре­

тического профиля [24].

Валки с прямолинейной образующей имеют один общий недо­ статок, заключающийся в том, что валки контактируют с изде­ лием в одной точке, в результате чего при осевом перемещении изделий происходит их поперечное смещение и колебание. Вели­ чина смещения зависит от -размеров изделия и угла разворота валков. Такое неустойчивое положение изделия на валках отри­ цательно сказывается на точности обработки.

Валки, рабочая поверхность которых выполнена по форме теоретического профиля, обеспечивают меньшие величины попе­

14