Механическая отделка поверхностей

Суперфиниширование

Суперфиниширование состоит в выглаживании поверхности абразивными брусками, слегка прижимающимися к изделию и совершающими колебательные (осциллирующие) движения с частотой 300 —1200 колебаний в минуту. Достигаемая степень шероховатости характеризуется значением среднего квадратического отклонения микронеровностей
Нск = 0,012мк и меньше

Отличия этого способа обработки от хонингования:
- давление брусков на изделие составляет 0,5—2 кГ/см2- (при хонингования 14 кГ/см2);
- движение инструмента относительно отделываемой поверхности более сложно, так как брусок помимо колебательного движения совершает обычно еще и поступательные движения, а изделие вращается относительно бруска;
- в качестве смазочно-охлаждающей жидкости применяется масло определенной вязкости; жидкость должна быть способна прервать процесс обработки по достижении минимального давления; такая способность достигается тем, что жидкость образует при заданных условиях достаточно прочную масляную пленку;
- в качестве абразива применяется кальцинированный карборунд или электрорунд зернистостью 320, М32 до Ml5, связка — керамическая или бакелитовая; общая ширина бруска должна составлять 30—60% диаметра обрабатываемой поверхности, длина бруска — такая же или немного меньше длины обрабатываемого цилиндра

Для суперфиниширования следует применять абразивы, зерна которых не раскалываются, а постепенно затупляются, в связи с чем поверхность бруска сглаживается. Зерна, выступающие вначале, истирают гребешки на поверхности изделия, выглаживают ее и в то же время сами подравниваются; в конце операции бруски под действием применяемой жидкости лишь скользят по изделию. После загрузки в станок нового изделия с шероховатой поверхностью последняя сначала надирает гладкую поверхность бруска до такой степени шероховатости, что он начнет удалять микроскопические неровности с поверхности изделия.
Сначала шероховатость очень быстро уменьшается, поскольку истирание гребешков протекает легко. С течение времени поверхность соприкосновения бруска и изделия увеличивается, и в конце процесса выглаживание вовсе прекращается вследствие образования масляной пленки

При суперфинишировании цилиндрических поверхностей применяют два-три бруска, осциллирующих с амплитудой 1—6 мм и движущихся по всей ширине обрабатываемой поверхности. Режимы суперфиниширования приведены в таблице

Режимы суперфиниширования

Материал обрабатываемого изделия Ход брусков (мм) Число двойных ходов в минуту Средняя скорость брусков (м/мин) Скорость вращения детали (м/мин)
Закаленная сталь 3 – 5 450 – 600 3,5 10 – 40
Остальные металлы 2,5 – 6 350 – 1000 2,6 3 – 60

Для отделки плоскостей применяют специальные суперфинишные головки, совершающие разнообразные движения.
Для суперфиниширования применяют либо специальные станки (в массовом производстве), либо приспособления, устанавливаемые на токарных или шлифовальных станках. Можно суперфинишировать детали, закрепленные в центрах или вести обработку бесцентровым способом; в этом случае изделия перемещаются по двум направляющим скалкам.
Колебательное движение осуществляется либо от электродвигателя посредством эксцентрика и кулисы, либо с помощью гидравлического или пневматического устройства

Полирование

Под полированием понимается операция снятия микроскопических частиц материала поверхности изделия, на которой происходит как бы сплавление элементарных частиц; при этом ни размеры, ни форма детали не претерпевают изменения

При шлифовании абразивный инструмент принудительно врезается в материал изделия, при полировании же, наоборот, под действием сил резания абразив, нанесенный на полировальный круг, отжимается в зависимости от величины сопротивления. Поэтому полирование до известной степени подобно доводке, при которой абразив тоже находится в свободном состоянии и совершает сложное движение, обусловленное относительной траекторией притира и изделия

При полировании в качестве абразива применяют пасты, содержащие смесь абразивов разной зернистости; паста наносится на полировальный круг или ленту. Так как полировальный круг очень эластичен, он вообще не может изменить размер изделия и поэтому перед полированием изделие шлифуют до заданных размеров с соблюдением необходимых допусков

Для полирования применяют мягкие или жесткие (например, деревянные) круги. Мягкие круги бывают войлочные и тканевые. Тканевые круги бывают трех типов: для непосредственного шлифования и полирования; для наклейки абразива; для нанесения абразивной и полировальной пасты.
Жесткие круги, обычно — деревянные, оклеиваются полировальной шкуркой или на них непосредственно наносится полировальная паста. Окружная скорость полировального круга 200—400 м/мин. Поверхность кругов необходимо предохранять от подгорания, которое может произойти при чрезмерно большом давлении на изделие.
Применяются также ленточные полировальные станки, работающие со скоростью абразивной ленты до 25 м/сек; на ленте наклеен карборунд в зернах. Ленты целесообразно применять для доводки пластинок из твердых сплавов.
Составы применяемых полировальных паст, рекомендуемые значения зернистости абразивного материала и скорости полировальных кругов приведены в таблицах

Составы полировальных паст

Компоненты (по весу) Окончат. полирование
сталь
Окончат. полирование
цветные металлы
Предварит. полирование
интенсивное
Предварит. полирование
слабое
Предварит. полирование
перед хромированием
Глянце-
вание
I
Глянце-
вание
II
Олеин 12 1 20 - - - -
Стеарин 2-6 3 15 1 1-0 - -
Парафин - - 6 - - - -
Пчелиный
воск
- - - 1 1-2 - 1
Говяжий
жир
- 2 - - - 1,5 25
Абразив* (1)** (1) 12 (2) 35-40 (3) до 5 (4) 5-8 (5) 12 (5)**

* (1) – венская известь; (2) – окись железа; (3) – окись хрома; (4) – окись алюминия; (5) – наждачный порошок
** В зависимости от количества – до требуемой консистенции

Зернистость абразива и окружные скорости кругов при полировании

Наименование
операции
Зернистость
абразива
Окружная скорость круга (м/сек)
Сталь, никель
Окружная скорость круга (м/сек)
Медь и сплавы
Окружная скорость круга (м/сек)
Алюминий, цинк
Черновая 60-80 20-35 16-25 12-20
Чистовая 100-120 20-35 16-25 12-20
Глянцевание 150-200 20-35 16-25 12-20
Придание блеска 200-240 20-35 16-25 12-20
Полирование до зеркального блеска Пасты 30-50 25-45 20-30

Электрохимическое полирование металлов

Состав электролита и режим обработки должны обеспечивать разрывание поляризованной поверхности лишь на верхушках гребешков. Поэтому надо применять сильно концентрированные электролиты, чтобы не происходило недопустимого химического травления.
Электрохимическим особом полируют нержавеющую сталь, углеродистую сталь, медь, латунь, никель, цинк и алюминий

При полировании следует соблюдать определенную последовательность, поскольку в ходе процесса выравниваются лишь нерачительные различия в неровностях поверхности.
Поверхности необходимо предварительно прошлифовать, затем удалять окалину травлением или другим способом. Только после этого следует производить полирование.
После полирования поверхность надлежащим способом нейтрализуют промывкой в холодной воде, затем промывают в щелоке, далее очень тщательно промывают в холодной воде и просушивают

Режим электрохимического полирования

Состав электролита В % по весу В % по объему
Серная кислота 40 -
Ортофосфорная кислота 44 42
Хромовый ангидрид 3 -
Глицерин - 48
Вода 13 10
Режим процесса
Напряжение (в) 12-15 12-15
Плотность тока (а/дм2) 30-60 10
Температура электролита (град.С) 70-90 100
Продолжительность полирования (мин) 10-20 5

Галтование

Галтование производится в барабанах, в которых помимо изделий (обычно — массового производства) засыпается шлифовальный или полировальный материал: обломки абразивных кругов, иногда и опилки, обрезки кожи, шарики и дробь из отбеленного чугуна

При полировании (в том числе и способом галтования) так же, как при притирке, к абразиву могут быть добавлены химикаты. Например, при галтовании стали, алюминия и чугуна добавляют железо-синеродистый калий К3 [(Fe(CN)6], персульфат аммония [(NH4)2S2O3]; медный купорос Сu S04•12Н2О; едкий натр NaOH. Добавка химикатов значительно усиливает эффект галтования

Упрочнение поверхностных слоев деталей

Упрочнение основано на механическом воздействии внешних сил на поверхностный слой материала изделия. Механическим воздействием на поверхность детали из пластического материала можно достичь улучшения свойств изделий, которые должны будут работать в условиях длительной и переменной нагрузки. Обычно предел выносливости зависит не только от химического состава материала, но и от качества поверхности. Чем выше гладкость поверхности и чем плотнее и однороднее поверхностные слои, тем выше предел выносливости материала. При обработке резанием поверхность детали обычно упрочняется, однако же неравномерно: вместе с тем поверхность покрывается мелкими трещинками, значительно снижающими предел выносливости

Методами доводки поверхностей (хонингованием, притиркой, суперфинишированием, полированием) гладкость поверхности повышается настолько, что предел выносливости повышается на 100—500%. Механическими способами можно не только улучшить гладкость поверхности, но и уплотнить подповерхностные слои. Поверхностный слой можно упрочнить несколькими способами; чаще всего применяется обкатка роликами и дробеструйная обработка

Обкатка роликами

Поверхностный слой детали обжимается роликами, которые не только сминают поверхностные неровности, но и уплотняют поверхностный слой. Результат этой операции зависит от скорости и силы заглаживания неровностей.
Обкатка роликами производится обычно на токарных станках, отверстия обрабатывают при помощи специальных оправок или через предварительно обработанное отверстие проталкивают шарик

Необходимое превышение диаметра шарика над конечным диаметром отверстия [мк]

Заданное увеличение отверстия диаметром 20 мм 5 10 15 20 25 30 40 50 60 70
Сталь средней твердости - 27 35 40 - - - - - -
Перлитный чугун 20 38 51 62 72 105 120 - - -
Медные отливки 12 20 30 40 48 56 70 81 92 103

Дробеструйная обработка

Дробеструйная обработка (стальными шариками или стальной дробью) образует на поверхности микроскопические неровности в виде мельчайших лунок и приводит к уплотнению поверхностного слоя за счет кинетической энергии шариков или дроби. Обкатка и раскатка роликами применяется в том случае, когда от пластичного материала требуется хорошее качество поверхности (для обработанных шеек цапф, осей, валов)
Дробеструйная обработка применяется, если к качеству поверхности особых требований не предъявляют, а требуется лишь обеспечить высокий предел выносливости (рессоры, пружины)

Дробеструйная обработка состоит в том, что дробь или шарики с большой силой отбрасываются на поверхность изделия центробежной силой или давлением сжатого воздуха, как при пескоструйной обработке отливок

Пескоструйная обработка поверхности изделий

Обдувка песком с помощью пескоструйного аппарата, пригодная в первую очередь для очистки деталей от окалины и ржавчины, используется также для обработки поверхностей, подвергаемых дальнейшей отделке, например, лакированию. Этот способ можно применять и для подготовки поверхности под гальванические покрытия и под химическую отделку.
Пескоструйная обработка заключается в том, что мелкий песок, увлекаемый струей воздуха, с силой выбрасывается на поверхность изделия

При свободной пескоструйной обработке применяют давление 2 — 4 атмосферы, причем струю песка направляют на обрабатываемую поверхность с некоторого расстояния.
Расход воздуха составляет 2 — 4 м3/мин

Пескоструйная обработка требует обособленного закрытого помещения и специальной защиты обслуживающего персонала и тех мест изделия, которые не должны быть подвергнуты пескоструйной обработке

Жидкостная абразиво-струйная обработка

Струя жидкости с взвешенным в ней абразивом подается под давлением 3, 6, 9 атмосфер и более на подлежащую отделке поверхность, которая таким образом выглаживается