Алмазное выглаживание является одним из перспективных способов отделочно-упрочняющей обработки поверхностей деталей. Целесообразность такого способа обуславливается обеспечением необходимых эксплуатационных свойств поверхности, исправлением небольших поверхностных дефектов и стабильностью процесса.
Обеспечение качества выглаживаемых поверхностей зависит от исходных параметров шероховатости, материала и конфигурации детали, оптимально выбранных параметров и своевременного статистического контроля качества обработки. Главными критериями, влияющими на эксплуатационные свойства детали, являются шероховатость поверхности, ее контактная выносливость, поверхностная микротвердость, точность формы и др. [3].
Шероховатость поверхности зависит от силы выглаживания, которая в свою очередь рассчитывается в зависимости от твердости материала детали, ее диаметра и радиуса рабочей части инструмента. При оптимальном выборе силы и подачи, первичная шероховатость поверхности сглаживается, достигается ее уменьшение до 4 – 5 раз, повышается опорная способность. Однако превышение силы выглаживания более 250 Н ведет к возникновению брака, так как при слишком большом давлении, поверхность начинает разрушаться, резко возрастают высотные параметры шероховатости, появляется перенаклеп. Выбор величины подачи зависит от свойств обрабатываемого материала. При выборе величины подачи из рекомендуемых следует выбирать наибольшую, так как с уменьшением подачи увеличивается время обработки детали, а при слишком низкой подаче (ниже 0,02 мм/об) процесс выглаживания становится не выгодным экономически, кроме того, вследствие большой кратности приложения нагрузки, возможен перенаклеп [5].
Классический способ выглаживания – с жестким закреплением индентора в державке, когда рабочая часть алмаза внедряется в материал перед началом обработки. Способ позволяет значительно снизить высоту шероховатости, сформировать поверхностную микротвердость и исправить такие дефекты поверхности как царапины и микротрещины. Однако, из-за хрупкости алмаза, выглаживатель быстро изнашивается, что неизбежно ведет за собой появление брака [5]. Так же распространенным является способ с упругой кинематической связью, когда индентор прижимается к обрабатываемой поверхности. Сила прижатия обеспечивается сжимаемой пружиной и передается индентору либо напрямую через толкатель, либо через систему рычагов, что позволяет разрабатывать новые конструкции инструментов и работать с деталями сложной конфигурации.
При этом показатели качества поверхности тесно связаны с выбранными режимами: высота шероховатости зависит от подачи, а поверхностное упрочнение – от глубины внедрения индентора в материал, что значительно снижает производительность процесса и срок службы индентора [1]. С целью уменьшения влияния данных факторов разработано множество технических решений, совершенствуются конструкции державок, используются инденторы из синтетических материалов, процесс выглаживания комбинируется с другими видами обработки.
Перспективными являются способы двухалмазного выглаживания, позволяющие уменьшить время обработки, повысить эффективность выглаживания, а в случае с двумя рабочими ходами получить шероховатость меньшую по сравнению с классическим выглаживанием.
При обработке длинных валов, например, коленчатых валов мотоциклов, целесообразно применять систему с несколькими выглаживателями, в которых каждый из инденторов обрабатывает свой участок поверхности. Такое устройство позволяет значительно снизить время обработки, что повышает экономическую целесообразность процесса в целом.
Односторонний двухалмазный инструмент представляет собой шарнирную вилку, в которой закреплены инденторы. Первый из них берется меньшего диаметра и обеспечивает высокие значения поверхностного упрочнения, а второй – большего диаметра уменьшает высоту шероховатости [3].
Усовершенствованной и более компактной является конструкция со сдвоенными инденторами, имеющая ряд достоинств. Такое устройство позволяет совмещать жесткую и упругую связь меньшего и большего инденторов соответственно. Кроме того, второй индентор настраивается таким образом, что проходит по вершинам шероховатости, получаемой после хода первого индентора. Как известно, при работе в упрочняющем режиме инденторы изнашиваются быстрее, чем в сглаживающем. Следовательно, инструмент остается работоспособными при незначительном износе первого индентора, второй, работая в сглаживающем режиме, исправляет возросшую шероховатость после первого хода [4]. Таким образом, высота шероховатости уменьшается в 4 раза по сравнению с классическим способом выглаживания, повышаются показатели качества обработанной поверхности, увеличивается срок службы инструмента.
Особую конструкцию имеют устройства, позволяющие работать с деталями, длина которых в несколько раз превышает диаметр. Инденторы располагаются друг напротив друга, а силовой элемент – пружина одновременно действует на плунжер с первым выглаживателем и на оправку, в которой закреплен второй. Таким образом, можно обрабатывать не только детали типа тонких штоков, но и поверхности, имеющие отклонения формы.
Проблема обработки деталей сложной конфигурации, с изменяющимся диаметром, решается применением двухалмазного копирного устройства. Пружина одновременно действует на два индентора через рычаги, соединенные с подвижными несущими осями. Копирование профиля поверхности детали осуществляется с помощью ролика, прижимаемого к детали второй пружиной. При изменении диаметра детали, ролик толкает шток, который в свою очередь регулирует расстояние между подвижными осями [3]. Копирные двухалмазные устройства позволяют с высокой точность обрабатывать детали, уменьшая шероховатость, но, не меняя профиль поверхности.
Свои области применения нашли устройства с возможностью демпфировать возникающие вибрации [2]. Кроме того, приспособления с гидравлической системой демпфирования позволяют обрабатывать прерывистые поверхности, имеющие пазы, канавки, отверстия [3].
Возможности построения рычажных конструкций для выглаживания ограничиваются потерями КПД, возникающими из-за сил трения в соединениях подвижных звеньев рычажных механизмов и опор.
Помимо инструментальной оснастки для выглаживания, большую роль играет и материал индентора. Главные свойства материалов для выглаживания – это высокая твердость, сопротивление истиранию, высокая теплопроводность и низкий коэффициент трения. В наибольшей степени заданным требованиям отвечает природный алмаз. Этот материал обладает наибольшим сроком службы, в зависимости от радиуса индентора и марки стали обрабатываемой поверхности, стойкость пути выглаживателя колеблется от 60 до 270 километров, машинное время – до 30 часов. Второй по применяемости – синтетический алмаз, его стойкость составляет до 80 километров, но при обработке мягких, к примеру, бронзовых, сплавов может достигать 200 километров. Так же применяются синтетический рубин и синтетический лейкосапфир и минералокерамика, уступающие природному алмазу по твердости примерно в 5 раз [5]. Выбор материала индентора зависит от химического состава детали. Из-за высокой стоимости, природный алмаз используется редко – только в случаях обработки сталей с высокой твердостью.
Помимо описанных выше инденторов, широко распространены инструменты с твердосплавными пластинами радиусом от 10 до 35 мм. Гладилки с твердосплавными пластинами позволяют устанавливать рабочую часть под заданным углом. Так же становится возможным использование выглаживания совместно с токарной резкой и фрезеровкой.
Развитие и инновации процесса выглаживания приведет за собой повышение значений показателей качества поверхностного слоя детали.
Библиографическая ссылка
Черемухина Н.Ю. ОСОБЕННОСТИ ЖЕСТКОГО И УПРУГОГО ВЫГЛАЖИВАНИЯ // European Student Scientific Journal. – 2017. – № 2. ;URL: https://sjes.esrae.ru/ru/article/view?id=410 (дата обращения: 25.04.2024).