Курс: 1. Основы 2. Обзор групп 3. Токарная 4. Фрезерная 5. Сверление 6. Развёртывание 7. Резьба 8. Зубы/протяжка 9. Абразив 10. Современные
Модуль 6 · Финиш Лекция 9 / 10 ≈ 40 мин

Абразивный и финишный инструмент

Методы достижения предельно точных размерных характеристик и низкой шероховатости: шлифование, хонингование, притирка, полирование. Завершающая стадия технологической цепочки.

Введение

Цель лекции

Финишная обработка — завершающий этап технологического процесса. Цель — достижение высоких квалитетов (IT5–IT7) и низкой шероховатости (Ra 0,02–1,6 мкм). В отличие от точения и фрезерования, здесь режущим элементом является абразивное зерно — микроскопический клин с отрицательными углами.

Место в цепочке: см. рис. 2.2 в Лекции 2. Абразивная обработка идёт после чистовых операций (развёртывание, растачивание — Лекция 6) и является единственной, способной дать IT5 и Ra < 0,1 мкм.
IT5–IT7
достижимый квалитет
самый высокий в курсе
0,02–1,6
Ra, мкм
от притирки до шлифования
25–60
м/с — скорости
шлифования
5
основных методов
шлиф, хон, притир, полир, суперфиниш

1. Абразивные материалы

Абразивное зерно — основа любого финишного инструмента. От его твёрдости, вязкости и термостойкости зависит область применения. Выбор материала — аналогичен выбору материала пластины (Лекция 1, раздел 5).

Рис. 9.1. Основные абразивные материалы и их применение Электрокорунд 14А, 25А, 38А Стали, чугуны HV 2000–2200 Универсальный Карбид кремния 63С, 64С Цветные, керамика HV 2800–3200 Острее, но хрупче Эльбор (CBN) Л, ЛМ, В Закалённые стали HV 7000–8000 T до 1400°C Алмаз АСК, АСБ, АСП Тв. сплавы, керамика HV 10000 Самый твёрдый Шкала твёрдости абразивов Электрокорунд Карбид кремния Эльбор (CBN) Алмаз HV 2000 HV 3000 HV 8000 HV 10000
Четыре основных абразивных материала и шкала их твёрдости.
Правило выбора абразива.
  • Стали, чугуны → электрокорунд (14А, 25А)
  • Цветные металлы, керамика, стекло → карбид кремния (63С, 64С)
  • Закалённые стали (HRC > 45) → эльбор (CBN)
  • Твёрдые сплавы, керамика → алмаз (АСК, АСБ)
Не путать алмаз и CBN. Алмаз нельзя применять на сталях: при высоких температурах идёт диффузия углерода в железо, алмаз превращается в графит. Для закалённых сталей — только CBN. Для твёрдых сплавов и цветных — алмаз. Подробнее — в Лекции 1 (раздел материалов).

2. Шлифование

Шлифование — обработка абразивным инструментом (шлифкругом). Каждое абразивное зерно — микрорезец с отрицательными углами. Высокие скорости (25–60 м/с), малые подачи, большая точность.

Рис. 9.2. Основные виды шлифования Круглое Валы, оси IT6–IT7, Ra 0,4–1,6 Плоское Плоскости IT6–IT7, Ra 0,4–1,6 Внутреннее Отверстия IT6–IT7, Ra 0,8–3,2 Бесцентровое Валы массово IT6–IT7, Ra 0,4–1,6 Принцип шлифования: каждое зерно — микрорезец Зёрна (абразив) связаны связкой. Между зёрнами — поры для отвода стружки и подвода СОЖ.
Четыре основных вида шлифования и принцип работы абразивного зерна.
Вид обработкиИнструментКвалитетRa, мкмПрименение
Круглое шлифованиеШлифкругIT6–IT70,4–1,6Валы, оси, шейки
Плоское шлифованиеШлифкругIT6–IT70,4–1,6Плоскости, торцы
Внутреннее шлифованиеШлифголовкаIT6–IT70,8–3,2Отверстия
Бесцентровое шлифование2 кругаIT6–IT70,4–1,6Валы массово
Профильное шлифованиеФасонный кругIT6–IT70,8–3,2Резьбы, шлицы, зубья
Координатное шлифованиеШлифкругIT5–IT60,2–0,8Отверстия с точным расположением
Скорость шлифования: V = π·D·n / 1000 (м/с), где D — диаметр круга, n — частота вращения. Типично: 25–60 м/с (для HSM — до 120–200 м/с).
Особенности шлифования.
  • Высокие скорости → высокие температуры в зоне резания → обязательна СОЖ
  • Микрорезцы работают с отрицательными углами → высокие силы резания
  • Самозатачивание круга: изношенные зёрна выкрашиваются, обнажаются новые
  • Требуется правка круга для восстановления профиля и остроты зёрен

3. Характеристика шлифовального круга

Шлифкруг — сложная композиция: абразивные зёрна, связка, поры. Характеристика круга описывается пятью параметрами.

Рис. 9.3. Характеристика шлифовального круга Структура круга ● Зёрна (абразив) ○ Связка □ Поры Маркировка: 14А 25 СМ2 6 К 14А — абразив Электрокорунд нормальный 25 — зернистость Размер зерна, мкм (250–200) СМ2 — твёрдость Среднемягкая (А–Т шкала) 6 — структура Плотность (0–14, 6 — средняя) К — связка Керамическая (глина + полевой шпат)
Слева — структура круга (зёрна, связка, поры); справа — расшифровка маркировки.
ПараметрОбозначениеЧто характеризуетТипичные значения
Абразив14А, 25А, 63С, CBN, АСБМатериал зернаЗависит от заготовки
Зернистость8–2500 (мкм)Размер зернаМелкое → лучше Ra, но ниже произв.
ТвёрдостьА–Т (или F–Z)Прочность удержания зерна связкойМягкие — для закалённых; твёрдые — для мягких
Структура0–14Плотность расположения зёренОткрытая (8–12) — для вязких; плотная (0–4) — для хрупких
СвязкаК, Б, В, Ми, КоМатериал, удерживающий зёрнаКерамическая (К) — универсальная; бакелитовая (Б) — для высоких скоростей
Типичная ошибка при выборе круга. Слишком твёрдый круг для закалённой стали → зёрна не выкрашиваются, круг «засаливается», температура растёт, возникают прижоги. Правило: чем тверже заготовка — тем мягче должен быть круг.

4. Хонингование

Хонингование — финишная обработка отверстий абразивными брусками (хонбрусками). Сочетает вращательное и возвратно-поступательное движение. Создаёт характерный сетчатый микрорельеф, удерживающий смазку.

Рис. 9.4. Хонинговальная головка и сетчатый микрорельеф Хонинговальная головка Вращение Возвратно-поступ. Сетчатый микрорельеф Угол пересечения штрихов 40–60° Удерживает смазку, снижает износ
Слева — хонинговальная головка с двумя брусками; справа — характерный сетчатый рельеф поверхности.
ПараметрЗначениеПримечание
КвалитетIT6–IT7После растачивания или развёртывания
Ra0,2–0,8 мкмСетчатый микрорельеф
Припуск0,02–0,1 ммОчень малый
Скорость вращения60–120 м/минОкружная
Скорость возвратно-пост.10–30 м/минОсевая
ПрименениеЦилиндры двигателей, гидравликаМассовое производство
Почему хонингование даёт лучшее Ra, чем шлифование. Сетчатый микрорельеф удерживает масляную плёнку, снижая трение и износ. Это критично для цилиндров двигателей внутреннего сгорания, где хонингование — обязательная операция.

5. Притирка и полирование

Притирка — обработка свободным абразивом (паста или суспензия). Достигает Ra 0,02–0,1 мкм. Полирование — снижение Ra без изменения размерной точности. Суперфиниш — обработка брусками на низких скоростях для снятия микронеровностей.

Рис. 9.5. Притир, полирование и суперфиниш Притир Притирка с пастой Ra 0,05–0,1 Полирование Круги, ленты, пасты Ra 0,1–0,4 Суперфиниш Бруски, низкая V Ra 0,05–0,2
Три метода финишной обработки: притирка (свободный абразив), полирование, суперфиниш.
МетодИнструментКвалитетRa, мкмПрименение
ПритиркаПритир + пастаIT5–IT60,02–0,1Калибры, пары трения, прецизионные детали
ПолированиеКруги, ленты, пасты—0,1–0,4Декор, снижение Ra, снятие заусенцев
СуперфинишБруски—0,05–0,2Шейки валов, подшипники
Различие методов.
  • Притирка — меняет и размер, и шероховатость. Абразив свободный (не закреплён).
  • Полирование — меняет только шероховатость, размер не меняется.
  • Суперфиниш — снимает микронеровности (Ra-слой), улучшает контакт поверхностей.

6. Сравнение методов финишной обработки

МетодКвалитетRa, мкмПроизводительностьЧто обрабатывает
ШлифованиеIT6–IT70,4–1,6СредняяЛюбые поверхности
ХонингованиеIT6–IT70,2–0,8НизкаяТолько отверстия
ПритиркаIT5–IT60,02–0,1Очень низкаяПлоскости, цилиндры
Полирование—0,1–0,4НизкаяЛюбые (только Ra)
Суперфиниш—0,05–0,2НизкаяЦилиндры, шейки
Как выбрать метод финишной обработки.
  • IT7, Ra 0,8–1,6 → шлифование (универсально)
  • IT6–IT7, Ra 0,2–0,8, отверстие → хонингование (если массовое производство)
  • IT5–IT6, Ra < 0,1 → притирка (калибры, прецизионные пары)
  • Только снижение Ra → полирование (декор, снятие концентраторов напряжений)
  • Шейки валов, подшипники → суперфиниш
Связь с другими лекциями: шлифование зубьев — в Лекции 8. Современные абразивные материалы (CBN, алмаз) — в Лекции 1 и Лекции 10. Растачивание как альтернатива шлифованию отверстий — в Лекции 6.

Заключение

Что нужно запомнить

  1. Абразивная обработка — единственный метод, способный дать IT5 и Ra < 0,1 мкм.
  2. Четыре основных абразива: электрокорунд (стали), карбид кремния (цветные), CBN (закалённые стали), алмаз (твёрдые сплавы).
  3. Шлифование — основной метод финишной обработки. Характеристика круга: абразив, зернистость, твёрдость, структура, связка.
  4. Хонингование — финиш отверстий, создаёт сетчатый микрорельеф для удержания смазки.
  5. Притирка — обработка свободным абразивом, достигает Ra 0,02–0,1.
  6. Полирование — снижает Ra без изменения размерной точности.
  7. Суперфиниш — снимает микронеровности, улучшает контакт поверхностей.
Контрольные вопросы
  1. Какие абразивные материалы применяются для сталей, цветных металлов, закалённых сталей, твёрдых сплавов?
  2. Почему алмаз нельзя применять на сталях?
  3. Какие виды шлифования вы знаете?
  4. Что такое характеристика шлифкруга? Из каких параметров она состоит?
  5. Почему для закалённой стали нужен мягкий круг?
  6. Что такое хонингование и какова его цель?
  7. Почему хонингование даёт лучшее Ra, чем шлифование?
  8. Чем отличается притирка от полирования?
  9. Что такое суперфиниш и где он применяется?
  10. Как выбрать метод финишной обработки для достижения IT5?
Все лекции ↑ В начало