Технологические возможности финишных способов обработки абразивными брусками

Таблица 2 - Сравнительные характеристики по производительности и шероховатости двух способов

При обработке СДО пластичных металлов (незакаленные стали 38ХМЮА, 40ХН, У8, ШХ15, закаленная сталь 50 и цементованная сталь 20) интенсивность съема металла выше, чем при суперфинишировании. Рельеф брусков образован острыми кромками зерен, которые проникают в поверхность металла глубже, чем при суперфинишировании, и производительность обработки выше почти в 5 раз.

Длительный контакт бруска с вязкими металлами и сплавами способствует адгезии шлама к вершинам зерен абразива. Резание сталей 12Х18Н10Т, 08Х13, бронзы Бр.ОЦС 5-5-5, меди М1, титанового сплава ВТ3-1 и других прекращается уже через 3 - 5 с обработки, причем на поверхности изделия появляются задиры. Сообщение инструменту радиальных колебаний относительно поверхности обработки восстанавливает режущую способность бруска. Самозатачивание зерен происходит за счет ударных импульсов силы, повышающих глубину проникновения зерен в металл. Производительность процесса повышается в 1,5 раза и находится в пределах Q = 0,97 - 1,58 мм³/с. Субмикрорельеф таких поверхностей формируется в основном резанием при относительно невысокой пластической деформации металла.

Сравнительный анализ обработанных материалов по двум различным кинематическим схемам резания позволяет считать, что для каждой марки металла или сплава существует оптимальное время контакта t_к, при котором съем металла будет наибольшим.

Резание пластичных, вязких материалов ограничено временем налипания шлама на поверхность бруска. Это повышает частоту радиальных колебаний бруска и снижает время контакта. Например, для сталей 12Х18Н10Т и 10Х18Н9 диапазон изменения оптимального времени контакта составляет t_к = 0,4 - 1,0 с, что представлено на рисунке 2.

При резании сталей 50, 45, 38ХМЮА, 40ХФА, 40ХН, 50Г, имеющих структуру сорбита с троститом, время контакта ограничено отводом шлама из зоны обработки. На рисунке 3 видно, что диапазон изменения оптимального времени контакта для сталей 38ХМЮА и 40ХФА t_к = 0,8 - 1,2 с. При обработке закаленных сталей ШХ15, ШХ9, азотированных сталей 38ХМЮА, 40ХФА, имеющих структуру мартенсита, чугунов ВЧ 50-1,5; ВЧ 60-2 наблюдается затупление режущих зерен бруска. Поэтому время контакта ограничено и его предельные значения изменяются в диапазоне t_к = 0,15 - 0,6 с, что представлено на рисунке 4.

Рисунок 2 - Изменение производительности процесса от времени контакта бруска с деталью: 1 - 12Х18Н10Т; 2 - 10Х18Н9

Рисунок 3 - Изменение производительности процесса от времени контакта бруска с деталью: 1 - сталь 38ХМЮА; 2 - сталь 40ХФА

Рисунок 4 - Изменение производительности процесса от времени контакта бруска с деталью: 1 - 38ХМЮА (азотированная); 2 - 40ХФА (азотированная)

Результаты экспериментов позволили оптимизировать процесс финишной операции по длительности контакта бруска с деталью при обработке материалов с различными физико-механическими свойствами.

При суперфинишировании вязких, пластичных металлов 12Х18Н10Т, Бр.ОЦС 5-5-5, 08Х13 на рабочую поверхность бруска налипает шлам. Взаимодействие таких поверхностей характеризуется непосредственным контактом металлического шлама с обрабатываемой поверхностью. Образуются очаги схватывания и на поверхности детали появляются задиры. Шероховатость поверхности детали имеет матовый оттенок с характерной сеткой шероховатости. Шероховатость поверхности находится в пределах Ra = 0,34 - 0,48 мкм.

Суперфиниширование закаленной стали 50 и незакаленных сталей 38ХМЮА, 40ХН, У8, ШХ15 позволяет получить шероховатость поверхности Ra = 0,12 - 0,2 мкм. Поверхность бруска имеет редкие, отдельные очаги засаливания, а на зернах содержатся плоские площадки износа, которые способствуют получению низкой шероховатости поверхности.

При обработке СДО радиальные колебания способствуют раскалыванию плоских площадок зерен и образованию большого числа острых кромок, которые глубже проникают в поверхность металла. Это способствует повышению производительности процесса до 1,0_2,68 мм³/с и шероховатости поверхности до Ra = 0,22 - 0,3 мкм.

Суперфиниширование закаленных сталей У8, ШХ15, 38ХМЮА, Р18, чугуна СЧ 12-28, ВЧ 50-1,5 сопровождается получением шероховатости поверхности в пределах Ra = 0,04…0,18 мкм. Поверхности имеют характерный блеск с отдельными глубокими царапинами, оставленными наиболее выступающими зернами бруска. При обработке СДО шероховатость выше и составляет Ra = 0,12…0,22 мкм. Бруски имеют хорошо развитый субмикрорельеф зерен, участвующих в резании. Это подтверждается повышенной производительностью обработки, которая составляет предел Q = 0,5 - 1,13 мм³/с.

Для получения шероховатости поверхности Ra ? 0,1 мкм радиальные колебания инструмента отключаются. В этом случае обработка ведется в режиме выхаживания. Зерна брусков работают в режиме упруго-пластического оттеснения металла, и микроскалывание их кромок отсутствует. На них появляются плоские площадки износа, что способствует получению шероховатости поверхности Ra = 0,02 - 0,04 мкм для следующих марок металлов: закаленных сталей Р18, У8, ШХ15, 38ХМЮА (азотированная). Обработка сталей 50, 40ХН, 38ХМЮА, У8, ШХ15, 20 в названном режиме позволяет получить шероховатость Ra = 0,12 - 0,2 мкм. Металлы АЛ9, Л80, М1, ВТ3-1, Бр.ОЦС 5-5-5, 12Х18Н10Т, 08Х13 в этом режиме не обрабатываются, так как значительным препятствием является засаливание рабочей поверхности бруска.

Таблица 3 - Рекомендации по выбору численных значений параметров щр, при обработке поверхностей способом двойной осцилляции