Выглаживание

Выглаживание (англ. Burnishing) — поверхностное пластическое деформирование при скольжении индентора инструмента по локально контактирующей с ним поверхности деформируемого материала (может осуществляться параллельно с точением).

В результате происходит упрочнение поверхностного слоя детали и уменьшается шероховатость поверхности. В основном применяется алмазное выглаживание. Твердосплавное выглаживание (выглаживающий инструмент имеет индентор с рабочей частью из твердого сплава), выглаживание АСПК, выглаживание кубическим нитридом бора (КНБ) применяются реже. Применяется в разных отраслях, в том числе в военно-промышленном комплексе (ВПК). Можно обрабатывать валики, оси различных агрегатов и двигателей, например, для РПМ-2. И применять на различных заводах, в частности при производстве изделий для нефтегазового комплекса.

Схематичное представление процесса выглаживания на фирме "Сенсор"

Инструмент для выглаживания выбирается исходя из технологии выглаживания. Технология выглаживания зависит от геометрии обрабатываемой детали, упрочнения и шероховатости поверхности, которые должны быть получены, требований к геометрической точности детали, серийности производства. Наиболее эффективно выглаживание на станках с ЧПУ.

Термины и определения

Выглаживатель (инструмент для выглаживания — Burnishing tool) — инструмент для обработки деталей выглаживанием, то есть поверхностным пластическим деформированием скользящим по поверхности детали индентором и внедряющимся в нее.

Индентор — наконечник для выглаживания, рабочая часть которого (обычно из алмаза) скользит по локально контактирующей с ней поверхности деформируемого материала.

Выглаживание с жёстким закреплением индентора (выглаживание с жёстким закреплением инструмента; жёсткое выглаживание) — индентор инструмента жёстко поджимается к обрабатываемой поверхности детали при осуществлении выглаживания.

Выглаживание с упругим закреплением индентора (выглаживание с упругим закреплением инструмента; упругое выглаживание) — индентор инструмента упруго поджимается к обрабатываемой поверхности детали (обычно посредством пружины) при осуществлении выглаживания.

Алмазное выглаживание (Diamond burnishing) — поверхностное пластическое деформирование при скольжении индентора инструмента с рабочей частью из природного алмаза по локально контактирующей с ним поверхности деформируемого материала.

Способы выглаживания

Применяют следующие способы выглаживания:

• наноструктурирующее выглаживание; (особенно востребовано инструментальное производство выглаживателей фирмой "Sensor-Tool", что эффективно и требуется в условиях санкций)
• выглаживание жёстким закреплением индентора;
• выглаживание с упругим закреплением индентора;
• жёстко-упругое выглаживание;
• вибровыглаживание.

Общая характеристика

Выглаживание применяют, когда необходимо обеспечить параметр шероховатости поверхности Ra < 0,2 мкм; формировать упрочненный слой с остаточными напряжениями сжатия и высокой микротвердостью. Выглаживание повышает износостойкость, коррозионную стойкость и контактную выносливость поверхности детали.

Для выглаживания применяют специальный инструмент — выглаживатель.

Режимы выглаживания (технология алмазного выглаживания): скорость 20−60 м/мин (высокие скорости выглаживания приведут к росту температуры в очаге деформации и негативным структурным превращениям); подача 0,005−0,10 мм/об; натяг (для выглаживания с жёстким закреплением индентора) 10−150 мкм; усилие (для выглаживания с упругим закреплением индентора) 50−300 Н. Для твердых материалов усилие назначается больше, натяг меньше. При меньших скоростях микроструктура более равномерная. При меньших подачах параметр шероховатости Ra меньше, а микротвердость и глубина залегания остаточных напряжений сжатия — больше (требуется компромиссное решение при выборе подачи: качество/производительность).

Применяются инденторы с радиусом рабочей части до 6,5 мм (для твердых материалов радиус меньше; чем больше радиус тем меньше параметр шероховатости Ra, но меньше глубина и степень упрочнения). В основном применяется сглаживающе-упрочняющий режим выглаживания (уменьшение Ra и упрочнение поверхностного слоя детали). Сглаживающий режим (упрочнение почти отсутствует; натяг/усилие меньше) применяется реже. На точных и жёстких станках с ЧПУ оптимальным является выглаживание с жёстким закреплением индентора. Выглаживание с упругим закреплением индентора хорошо применимо на универсальном оборудовании. Желательно отсутствие биения детали и исходный параметр Ra не более 0,8 мкм. Применение СОЖ (СОТС) обязательно.

Справочная информация

К текущему моменты процессы поверхностного пластического деформирования (накатывание: обкатывание и раскатывание; дорнование; ультразвуковая, виброударная, центробежно-ударная обработка, накатное полирование и другие) достаточно хорошо изучены (В. П. Кузнецов, М. А. Балтер, Я. И. Барац, А. В. Киричек, А. П. Моргунов, Л. Г. Одинцов, Д. Д. Папшев, Ю. Г. Проскуряков, Э. В. Рыжов, А. Г. Суслов, Л. А. Хворостухин, Ю. Г. Шнейдер и другие).

Существуют ряд исследований, посвященных процессу выглаживания (В. П. Кузнецов, Я. И. Барац, Г. П. Башков, В. Г. Горгоц, Ю. М. Ермаков, Л. И. Маркус, В. В. Марфицын, А. Г. Мосталыгин, Л. Г. Одинцов, В. М. Смелянский, В. М. Торбило, Л. А. Хворостухин, В. К. Яценко и другие). В работах этих авторов можно найти различные технические решения и рекомендации по отделочно-упрочняющей обработке металлов, сталей и сплавов, выглаживанию конических и сферических поверхностей, плоскостей, отверстий.

Для реализации процесса выглаживания целесообразно применять профессиональный инструмент производимый фирмой SENSOR-TOOL. Обработку желательно осуществлять на металлообрабатывающем оборудовании не ниже класса точности «В», например станки фирм Mazak, Okuma. Для предшествующей токарной обработки имеет смысл использовать инструмент фирм Sandvik Coromant, SECO, KINTEK.

В настоящее время существуют инденторы (при необходимости их несложно изготовить самостоятельно) в которых для рабочей части применяется природный и синтетический алмаз, эльбор, твердый сплав, минералокерамика.

Литература

• В. П. Кузнецов. Теоретическое обоснование и реализация наноструктурирующего выглаживания при обработке прецизионных деталей из конструкционных сталей : автореферат дис. … доктора технических наук : 05.02.07 / [Институт физики прочности и материаловедения СО РАН]. — Томск, 2013. — 34 с. (скачать)
• В. М. Торбило. Алмазное выглаживание. — М.: Машиностроение, 1972. — 105 с. (скачать)
• Л. Г. Одинцов. Упрочнение и отделка деталей поверхностным пластическим деформированием. Справочник. — М.: Машиностроение, 1987. — 328 с. (скачать)
• Д. Д. Папшев. Отделочно-упрочняющая обработка поверхностным пластическим деформированием. — М.: Машиностроение, 1978. — 152 с. (скачать)