Способ хонингования

 

Изобретение относится к механической обработке металлов и может быть использовано при хонинговании цилиндрических отверстий. Способ включает вращательное и возвратно-поступательное движения хонинговальной головки с абразивными брусками. В качестве абразивных брусков используют абразивные хонинговальные кольца с нанесенным абразивным слоем толщиной Н, оси которых установлены под острым углом α к оси хонинговальной головки с возможностью принудительного поворота с изменением угла α в сторону уменьшения при врезании и снятии необходимого припуска и самозатачивании. Абразивные хонинговальные кольца развернуты в плоскости их вращения на равные углы друг относительно друга. Максимальный первоначальный угол α наклона абразивных хонинговальных колец определяют по формуле α_max = arccos[R/(R+H)], где R - радиус обрабатываемого отверстия, при этом соотношение скоростей вращательного v_вр и возвратно-поступательного v_в-п перемещений должно быть не более величины, определяемой по формуле v_вр/v_в-п ≅ 2πR/(2Rtgα+B), где В - высота абразивных хонинговальных колец. Способ позволяет повысить качество и производительность при обработке отверстий, снизить энергозатраты на единицу съема металла путем использования хонинговальной головки с наклонной относительно продольной оси рабочей поверхностью абразивных хонинговальных колец, а также обеспечивает улучшение отвода стружки и подачу смазывающе-охлаждающей технологической смеси. 4 ил.

Изобретение относится к механической обработке металлов и может быть использовано при хонинговании цилиндрических отверстий.

Известен способ хонингования, при котором обработку ведут хонголовкой с хонинговальными брусками, имеющими сферическую рабочую поверхность, при этом оси брусков смещены относительно оси головки [1].

Недостатком способа является невысокая точность обработки и снижение качества из-за наличия зазоров между корпусом и вращающимися колодками и уменьшенной жесткости инструмента.

Известен способ хонингования цилиндрических отверстий, заключающийся в том, что на вращательное и возвратно-поступательное движения хонинговальных брусков накладывают соответствующие синусоидальные колебания, угловая скорость и амплитуда которых зависит от принятых режимов резания и размеров обрабатываемого отверстия [2].

Недостатком известного способа обработки является ограничение величины скорости накладываемых колебаний вследствие больших инерционных сил, кроме того, с повышением скорости вращения и возвратно-поступательного движения хонголовки съем металла возрастает, однако при этом возникает интенсивное тепловыделение и резко снижается точность процесса обработки и стойкость брусков. Это ограничение скорости из-за температуры в зоне резания обусловлено большой поверхностью контакта брусков хона с заготовкой, многократно превышающей площадь обновляющего контакта.

Задачей изобретения является повышение качества и производительности при обработке отверстий и снижение энергозатрат на единицу съема металла путем использования хонинговальной головки с наклонной относительно продольной оси рабочей поверхностью брусков, что обеспечивает улучшение отвода стружки и подачи смазывающе-охлаждающей технологической смеси (СОТС).

Поставленная задача решается предлагаемым способом хонингования, включающим вращательное и возвратно-поступательное движение хонинговальной головки с абразивными брусками, при этом в качестве абразивных брусков используют абразивные хонинговальные кольца с нанесенным абразивным слоем толщиной H, оси которых установлены под острым углом α к оси хонинговальной головки с возможностью принудительного поворота с изменением угла α в сторону уменьшения при врезании и снятии необходимого припуска и самозатачивании, абразивные хонинговальные кольца развернуты в плоскости их вращения на равные углы друг относительно друга, а максимальный первоначальный угол α наклона абразивных хонинговальных колец определяют по формуле α_max = arccos[R/(R+H)], где R - радиус обрабатываемого отверстия, кроме того, соотношение скоростей вращательного v_вр и возвратно-поступательного v_в-п перемещений должно быть не более величины, определяемой по формуле v_вр/v_в-п ≅ 2πR/(2Rtgα+B), где В - высота абразивных хонинговальных колец.

На фиг. 1 представлена хонинговальная головка для осуществления предлагаемого способа обработки отверстий; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - схема обработки, поперечный разрез; на фиг. 4 - схема обработки, продольный разрез Б-Б на фиг. 3.

На фиг. 1-4 обозначены: v_вр - скорость вращения хонголовки; v_в-п - скорость возвратно-поступательного движения хонголовки; ρ - радиальная подача абразивных хонинговальных колец; D_αmax - диаметр хонголовки при максимальном угле наклона абразивных хонинговальных колец, т.е. диаметр инструмента в нерабочем состоянии; t - припуск под хонингование; D_дет - диаметр отверстия готовой детали; D_заг - диаметр отверстия заготовки.

Для обработки предлагаемым способом используют хонинговальную головку, состоящую из корпуса 1, на котором размещены абразивные хонинговальные бруски. Внутри корпуса находится подвижный цилиндрический шток 2, взаимодействующий с валиком подачи хонинговального станка во время работы хонинговальной головки.

В качестве хонинговальных брусков берут кольца 3 с нанесенным абразивным слоем толщиной H, оси которых устанавливают под острым углом α к оси хонинговальной головки, с возможностью принудительного поворота с целью изменения угла α в сторону уменьшения при врезании и снятии необходимого припуска и самозатачивании. Абразивные хонинговальные кольца 3 развернуты в плоскости их поворота на равные углы друг относительно друга и связаны с корпусом с помощью втулок 4, имеющих ось, перпендикулярную продольной оси хонголовки, и закрепленных винтами 5. Врезание для снятия необходимого припуска осуществляется путем поворота ρ абразивных хонинговальных колец 3 на втулках 4 с помощью пальцев 6, установленных по скользящей посадке в отверстиях штока 2.

Максимальный первоначальный угол α наклона абразивных хонинговальных колец определяют по формуле α_max = arccos[R/(R+H)], где R - радиус обрабатываемого отверстия; H - толщина абразивного слоя, нанесенного на кольце.

Обработку предлагаемым способом осуществляют следующим образом.

При включении станка хонинговальная головка, закрепленная на шпинделе, вводится в отверстие обрабатываемой заготовки и начинает вращаться. От привода гидравлики включается поворот абразивных хонинговальных колец 3 и под действием цилиндрического штока 2 и пальца 6 кольца перемещаются в радиальном направлении, поворачиваясь в сторону уменьшения угла α, относительно оси, перпендикулярной продольной оси хонголовки.

Благодаря тому, что абразивные хонинговальные кольца 3 развернуты в плоскости их поворота на равные углы друг относительно друга в сочетании с основными рабочими движениями v_вр и v_в-п, со отношение скоростей вращательного v_вр и возвратно-поступательного v_в-п перемещений которых должно быть не более величины, определяемой по формуле v_вр/v_в-п ≅ 2πR/(2Rtgα+B), где В - высота абразивных хонинговальных колец, достигается повышенная равномерность обработанной поверхности, и следовательно, повышенная точность и качество отверстия детали.

В начальный период касания абразивными хонинговальными кольцами с вершинами гребешков грубообработанной поверхности давления сильно возрастают, вызывая увеличенный съем и интенсивное самозатачивание абразивных хонинговальных колец. По мере увеличения контакта поверхности абразивного хонинговального кольца с заготовкой давления уменьшаются, интенсивность съема и параметр шероховатости обрабатываемой поверхности снижаются.

В традиционных хонголовках при установке и креплении брусков важно предотвратить разновысотность в одном комплекте. Режущие поверхности абразивных хонинговальных колец, работающие по предлагаемому способу, при сборе в хонинговальной головке располагаются по одной окружности. Поверхность контакта абразивных хонинговальных колец с обрабатываемым отверстием составляет не менее 90% номинальной режущей поверхности абразивных хонинговальных колец (что в 1,5 раза больше по сравнению с традиционными) и будет обеспечен полный контакт по всей длине хонголовки.

Следовательно, интенсивность съема, точность и качество отверстия будут обеспечены большими, что позволяет сократить время, необходимое для получения поверхностей заданной точности или повысить целесообразную точность обработки экономически.

При традиционном хонинговании максимальные силы резания воспринимает передняя кромка бруска, расположенная по всей длине его, которая быстро изнашивается. Режущие поверхности абразивных хонинговальных колец, работающие по предлагаемому способу, обеспечивают плавное вхождение режущих кромок в зону резания, которая располагается под углом α к продольной оси. Это улучшает отвод стружки, подачу смазывающе-охлаждающей технологической смеси и увеличивает стойкость инструмента.

Радиальная подача ρ абразивных хонинговальных колец, осуществляемая путем изменения угла поворота α, повышает эффективность процесса хонингования благодаря реализации принципа неповторяющегося следа. Абразивные зерна хонинговальных колец не попадают в ранее прорезанные риски-царапины, т.к. одновременно с углублением в металл они перемещаются в продольном направлении. Это дает возможность повысить режущую способность абразивных хонинговальных колец и значительно улучшить шероховатость обработанных поверхностей.

После завершения обработки подвижный шток 2 возвращается в исходное положение, и абразивные хонинговальные кольца 3 отходят от обрабатываемой поверхности путем поворота на угол α_max.
Для более точного расположения абразивных хонинговальных колец после сборки инструмента они прирабатываются притирочной пастой на хонинговальном станке по отверстию хонингуемой (бракованной) заготовки при условии равенства скоростей v_вр и v_в-п.

Использование в качестве брусков абразивных хонинговальных колец с радиальной подачей, осуществляемой путем изменения угла установки их, не только упрощает конструкцию хонголовки, но и повышает ее жесткость, обеспечивает работу без вибраций и предотвращает поломку и выкрашивание абразива колец.

В качестве примера проводилась обработка отверстия гильзы цилиндра 130-1002021 по предлагаемому способу на вертикально-хонинговальном станке мод. 3М83С, оснащенным разработанной хонинговальной головкой с брусками в виде алмазных хонинговальных колец АС6 80/63 50М1 (ГОСТ 25594-83) - 5 шт; панелью с электроконтактным датчиком - СП-231; автокалибром 8М-17729-02. Материал обрабатываемой заготовки-отливки гильзы цилиндра - специальный чугун, имеющий химический состав (в %): C 3,2 - 3,4; Si 2,0 - 2,3; Mn 0,5 - 0,8; Cr 0,25 - 0,40; Ni 0,10 - 0,25; P ≅ 0,20; S ≅ 0,15; Fe - остальное. Механические свойства чугуна: 170 - 241 НВ; σ_в≥ 206 H/мм²; σ_из= 432 H/мм². Диаметр обрабатываемого отверстия ⊘100,56 - ⊘100,50 мм; шероховатость R_a = 0,32 мкм. Максимальный первоначальный угол α наклона абразивных хонинговальных колец при толщине абразивного слоя, нанесенного на кольце H = 8 мм,

а соотношение скоростей вращательного v_вр и возвратно- поступательного v_в-п перемещений, определяемой по формуле
v_вр/v_в-п ≅ 2πR/(2Rtgα+B),
составляло
19/37,7 ≅ 2π50/(2·50tg30,5°+20), 0,5 ≅ 3,98,
где В = 20 мм - высота абразивных хонинговальных колец.

После сборки хонинговальной головки для точного расположения кольца прирабатывались притирочной пастой на хонинговальном станке по отверстию хонингуемой (бракованной) гильзы при равенстве окружной скорости v_вр и скорости продольного хода v_в-п. Притирочной пастой являлся абразивный порошок из зеленого карбида кремния зернистостью 5, смешанный с тавотом в пропорции 1:2. Пасту наносили кисточкой на алмазные кольца. Приработка алмазных колец производилась до тех пор, пока площадь контакта не достигла 90%. Продолжительность притирки колец составила 14,5 мин. Режимы хонингования: v_вр = 19 м/мин; v_в-п = 37,7 м/мин. В начале операции (первые 5 с) обработка проводилась при минимальном радиальном давлении - 0,4 МПа с последующим переключением на повышенное давление -1,4 МПа.

Предлагаемый способ хонингования разработанной хонголовкой повысил производительность в 1,5-2 раза, позволил исключить операцию получистового хонингования благодаря улучшению шероховатости поверхности на 1-2 класса. При этом расход абразивного инструмента снизился на 20%.

Таким образом, предлагаемый способ хонингования разработанной хонголовкой повышает качество и производительность при обработке отверстий, снижает энергозатраты на единицу съема металла путем использования хонинговальной головки с наклонной относительно продольной оси рабочей поверхностью абразивных хонинговальных колец, обеспечивает улучшение отвода стружки и подачу смазывающе-охлаждающей технологической смеси (СОТС).

Формула изобретения

Способ хонингования, включающий вращательное и возвратно-поступательное движения хонинговальной головки с абразивными брусками, отличающийся тем, что в качестве абразивных брусков используют абразивные хонинговальные кольца с нанесенным абразивным слоем толщиной Н, оси которых установлены под острым углом α к оси хонинговальной головки с возможностью принудительного поворота с изменением угла α в сторону уменьшения при врезании и снятии необходимого припуска и самозатачивании, абразивные хонинговальные кольца развернуты в плоскости их вращения на равные углы друг относительно друга, а максимальный первоначальный угол α наклона абразивных хонинговальных колец определяют по формуле
α_max = arccos[R/(R+H)],
где R - радиус обрабатываемого отверстия,
при этом соотношение скоростей вращательного v_вр и возвратно-поступательного v_в-п перемещений должно быть не более величины, определяемой по формуле
v_вр/v_в-п ≅ 2πR/(2Rtgα+B),
где B - высота абразивных хонинговальных колец.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4