Эластичные инструменты с полимер-абразивной рабочей частью

СТАТЬЯ ИЗ РУБРИКИ: «Абразивный инструмент»

Elastic Tools with Polymer Abrasive Work Part
Scratch brushing and honing are mechanical methods of diamondabrasive finishing of part surfaces. The application in these operations of elastic tools with polymer work parts drastically increases the technological possibilities of the process and enhances the machining efficiency at the same time.

10.	Эластичные инструменты с полимер-абразивной рабочей частью


В.В. Бурыкин
, к.т.н., н.с., Институт сверхтвердых
материалов им. В.Н. Бакуля НАН Украины
Л.Г. Полонский, д.т.н., проф., Житомирский
государственный технологический университет

Применение эластичных инструментов с рабочей частью из волокон полимерного материала существенно расширяет возможности финишной алмазно-абразивной обработки деталей машин и оборудования, поскольку по сравнению с традиционно применяемыми для этого лентами и лепестковыми кругами позволяют получить более качественную поверхность самых разнообразных фасонных изделий.

Кроме шлифования абразивными лентами и лепестковыми кругами, при обработке деталей машин и оборудования на промышленных предприятиях успешно применяются методы крацевания и «флекс-хон». Эти два метода обработки поверхностей отличаются от общепринятых прежде всего конструкцией и принципом работы самого инструмента (рис. 1 и 2).

Крацевание — обработка поверхностей щеточными кругами, широко используется в производстве при очистке поверхностей от окалины, краски, ржавчины, снятия заусениц, округления острых кромок, упрочнения поверхности.

При крацевании деталей используют щеточные круги из полимер-абразивных волокон, оказывающих ударное воздействие на обрабатываемую поверхность для повышения качества поверхностного слоя изделий, в т. ч. с газотермическими и гальваническими покрытиями. При этом обработку щетками проводят в 2–3% водном растворе соды, мыла или поташа.

Дисковые щетки большого диаметра (450–500 мм) используются на бесцентрово?шлифовальных станках для окончательной отделки деталей автомобильных, тракторных и авиационных двигателей, а также хромированных деталей гидро- и пневмооборудования. Щетки диаметром 240–350 мм применяются на кругло- и плоскошлифовальных станках для снятия заусенцев, округления острых кромок, очистки, полирования деталей. Для обработки криволинейных и других сложных поверхностей используются чашечные щетки. В ручных механизированных инструментах и специальном оборудовании применяются щетки со щетиной, расположенной в радиальном или осевом направлении. Они служат для чистовой обработки внутренних цилиндрических резьбовых поверхностей, зачистки и полирования торцевых поверхностей, сопрягающихся с отверстием. При этом достигается шероховатость Ra = 0,16–0,04.

Щетки представляют собой более гибкий инструмент по сравнению с эластичными шлифовальными кругами и поэтому равномернее прижимаются к обрабатываемой поверхности. Это создает более благоприятные условия обработки фасонных поверхностей, т. к. ворсинки щеток проникают во впадины микропрофиля обрабатываемой поверхности.

Щетки различаются по типам, размерам, материалу рабочей (ворсовой) части. Основными показателями щетки являются: ее ширина или диаметр, размеры и форма посадочного места, материал, диаметр и свободная длина щетины. Как правило, она изготавливается из полимер-абразивного волокна. Чем длиннее щетина и меньше плотность щетки, тем менее интенсивно обрабатываются неровности. В этом случае они используются при отделочных работах.

Чем больше диаметр щетки и скорость вращения, тем тоньше должны быть волокна. Например, скорость очистки поверхности шириной 35–40 мм составляет 1,0–1,5 м/мин. Превышение оптимальной окружной скорости может привести к волнистости поверхности и снижению срока службы щетки из-за подгорания концов и поломки отдельных элементов у основания от усталостных напряжений. Оптимальная продолжительность обработки зависит от многих факторов и устанавливается экспериментально.

При крацевании не рекомендуется производить сильное давление на инструмент, т. к. при этом концы щетинок изгибаются, что ведет не только к ухудшению качества обработки, но и к снижению ее производительности. Большая скорость вращения щеток соответствует более высоким скоростям вращения шпинделя станка. Обработка ведется до тех пор, пока не будет достигнут характерный блеск обработки поверхности.

При некотором приближении можно принять, что щетинка щетки является элементом лепесткового круга, разрезанного на отдельные полоски. Такой круг имеет большие возможности по сравнению с лепестковым инструментом, т. к. абразивные частицы распределены более равномерно по всей поверхности щетки. Резание может осуществляться при большем начальном нагружении на инструмент, чем это возможно при применении обычного круга-щетки. Абразивные частицы расположены также на торце рабочих волокон, что позволяет работать в режиме тонкого шлифования. Этот инструмент может работать в двух режимах: резания и полирования.

Любое использование инструмента в целях обработки поверхностей вызывает необходимость количественно оценить силовые показатели процесса резания (в частности, силу резания и мощность).

Практический опыт использования эластичных кругов-щеток из полимер-абразивного волокна при полировании шнеков и корпусов экструдеров на финишных технологических операциях показал, что такой метод позволяет эффективно производить обработку восстановленных покрытием изношенных поверхностей. Это сокращает трудоемкость полирования и количество предшествующих операций, снижающих шероховатость.

Особенности применения инструмента для обработки винтовой поверхности шнека дают возможность вести обработку сразу всей впадины и боковых граней витков, осуществляя обработку при рабочем и обратном ходе инструмента.Внутреннюю сложно-профильную поверхность корпуса также обрабатывают фасонным инструментом.

Данный метод полирования позволяет получать шероховатость поверхности Ra = 0,32–0,16, т. к. инструмент, применяемый при этом, имеет большие возможности, чем лепестковый круг. Эластичный шлифовальный круг из полимер-абразивного волокна обладает высокой режущей способностью, что позволяет даже снимать припуск с обрабатываемой поверхности.

Поэтому при выполнении операции полирования в новом технологическом процессе рекомендуется применять эластичный полимерно-абразивный круг, состоящий из полимер-абразивного волокна, имеющего значительные преимущества перед лентами и лепестковыми кругами.

Особым видом инструмента для финишной обработки является флекс-хон — гибкий инструмент, сформированный из рабочих элементов в виде абразивных сферических гранул, закрепленных на упругой подвеске. Инструмент применяется в ремонтном производстве при хонинговании отверстий и отделке поверхностей, недоступных для любых других методов, обеспечивая высокое качество поверхностного слоя.

Эффективность процесса механической обработки во многом определяется конструкцией применяемого инструмента. Справедливо это и в случае финишной обработки отверстий. На рис. 3 показан пример обработки отверстия инструментом, получившим название флекс-хон.

За счет своей чрезвычайной гибкости инструмент позволяет обрабатывать отверстия со сложной формой сечения: в виде эллипса, со ступенями по длине, с перегибами, конусообразные и т. д. При этом, в зависимости от зернистости абразива, из которого сформированы рабочие гранулы, на поверхности изделия формируется сетка следов обработки, подобная создаваемой при процессе хонингования, и шероховатость поверхности, существенно меньшая, чем обеспечиваемая хонингованием.

Существующие в настоящее время технологии формообразования фасонных поверхностей, особенно поверхностей с периодически повторяющимся профилем, основаны на пространственной реализации сложного относительного перемещения инструмента и изделия. Станки для такой обработки характеризуются особенной кинематикой, весьма громоздки и конструктивно сложны.

Современные генеративные технологии, такие как селективное лазерное спекание функциональных деталей из порошковых смесей по методу «рапид-прототайпинг», позволяют по-новому подойти к созданию инструментов для обработки сложно-профильных изделий. Технология позволяет «вырастить» из полимерных композиционных или металло-полимерных порошковых материалов твердотельный инструмент практически любой пространственной формы.

В этом случае кинематическая цепь станка, обеспечивающая формообразование сложнопрофильного изделия, может быть существенно упрощена, что снизит сложность и стоимость технологического оборудования. Для изготовления сложно-профильного инструмента из алмазно-полимерных композитов с использованием метода «рапид-прототайпинг» предложены два варианта: «выращивание» корпуса инструмента и нанесение на его рабочие поверхности режущего алмазного слоя; «выращивание» корпуса с пористой структурой и заделка в поры алмазосодержащей композиции.

Примеры инструментов, созданных в соответствии с рассмотренным подходом, представлены на рис. 4.

Зубчатые хоны модулем 2,0 мм, корпуса которых изготовлены селективным лазерным спеканием из эластополимерного порошка с рабочим слоем, содержащим алмазный порошок АС6 100/80, прошли производственную апробацию при обработке термообработанных зубчатых колес из стали 18ХГТ (58–63 HRC). Зубохонингованием устраняется дефектный слой на эвольвентной поверхности зубьев, благодаря чему радиальное биение колес снижается на 0,05 мм.

Применение на финишных операция эластичных инструментов с полимерной рабочей частью способствует дальнейшему развитию технологий алмазно-абразивной обработки деталей машин и оборудования во всех отраслях промышленности.

При подготовке статьи использованы следующие источники информации:

1. Физико-математическая теория процессов обработки материалов и технологии машиностроения/Под. ред. Ф.В. Новикова и А.В. Якимова.

2. www.surfacefinishing.ru

3. Инструменты и технологии, разработанные в ИСМ им. В.Н. Бакуля в 2009 г. /Н.В.Новиков, С.А. Клименко, В.И.Лавриненко и др., Інструментальний світ.

Рекламодатели

Партнёры

Новостная рассылка

Будьте в курсе наших последних новостей. Оформите бесплатно персональную новостную рассылку.