Чистовое шлифование становиться еще чище

Во уже несколько лет отрасль испытывает острую необходимость в разработке инновационных решений, которые позволили бы сократить продолжительность производственного цикла и снизить эффект трения, возникшую под действием двух обстоятельств: ужесточению конкуренции между производителями двигателей и автомобилей, требующими от своих поставщиков постоянного снижения цен и обеспечения долгого срока эксплуатации несмотря на сокращение стоимости.

 

В данной статье будет рассмотрен новый подход к данной проблеме, позволяющий сократить временные и финансовые издержки.

ВВЕДЕНИЕ

В последнее время подготовка и обработка поверхности стали настоящим испытанием для предприятий металлообрабатывающей отрасли, учитывая стоимость и продолжительность процесса финишной обработки механических компонентов с нанесенным на поверхность покрытием.

В то же время ужесточение норм по выбросам двигателя автотранспорта привело к использованию покрытий, выдерживающих экстремальные нагрузки, характерные при эксплуатации автомобилей.Таким образом, упрочняющие покрытия становятся дорогостоящей необходимостью.

 

Под действием этих, казалось бы, несовместимых требований были разработаны решения, позволяющие сократить стоимость обработки и улучшить ее качество, а, кроме того, подходящие для запуска в массовое производство. Технология, описываемая в данной статье, основана на взаимодействии двух факторов:

- возможность применения имеющегося оборудования;

- использование материалов, позволяющих значительно сократить продолжительность процесса на обработанной (упрочненной) и необработанной поверхности металла. 

 

Чтобы сократить шероховатость степени N8 (после нанесения покрытия) до степени N2 (уровень Ra для снижения трения). (См. Таблицу 1.)

Таблица 1. Степени шероховатость поверхности

	µм
N1	0,025
N2	0,05
N3	0,1
N4	0,2
N5	0,4
N6	0,8

 

Для финишной обработки покрытия шероховатости степени Rc 68 требуется немало времени, учитывая твердость металлической поверхности и имеющихся абразивов. Целью настоящего исследования была разработка альтернативу известным методам финишной обработки, представляющей собой простой и экономически целесообразный способ.

ТЕХНОЛОГИЯ FRICSO SUPER-FINISHING (FSF)

«FriCSoSuper-Finishing» (FSF) – стандартная технология притирки, при которой запатентованный полимерный материал используется совместно с абразивной пастой. Технология FSF сокращает трение за счет улучшения микро-характеристик металлической поверхности.

 

Благодаря совмещению свойств полимеров и абразивов технология наложения позволяет добиться непревзойденных результатов: гладкости покрытия и существенного увеличения пути трения до сцепления, снижения трения и потерь энергии, сокращения износа между контактирующими поверхностями. Кроме того, значительно сократилась продолжительность процесса финишной обработки до степени N2 (Ra = 0.05). Технология FSF способствует получению гладкой, равномерной поверхности.

ТЕХНОЛОГИЯ ПРИТИРКИ FRICSO

Любая технология притирки, включая технологию FSF, требует трех основных компонентов:деталь (а, точнее, поверхность), подлежащую притирке, абразивные частицы, использующиеся для шлифовки поверхности для снижения шероховатости, и инструмент притирки, под действием которого частицы шлифуют поверхность.

 

При использовании традиционной технологии, подразумевающей применение притирочного инструмента из металла (в большинстве случаев из чугуна), частицы абразива проникают в инструмент и прочно удерживаются в нем. В результате частицы механически очищают поверхность до тех пор, пока не истираются и измельчаются. Поэтому, при традиционной технологии притирки, приходилось выполнять несколько операций по выравниванию поверхности. На каждом последующем этапе для снижения шероховатости требовались частицы все меньшего размера.

Технология FSF предусматривает использование инструмента, изготовленного из специального полимера. Это сказывается на процессе притирки следующим образом.

 

Во-первых, инструмент из полимера (менее прочный, чем металлический) не удерживает частицы абразива настолько прочно, как в случае с металлическим полимером. У частиц, потерявших свою режущую грань (в результате износа или измельчения), увеличивается сила трения с поверхностью, что приводит к мгновенному уничтожению мельчайших частиц полимера и развороту частицы абразива. Таким образом, с поверхностью соприкасается новая режущая грань и процесс обработки продолжается. Это вращение абразивных частиц продолжается до тех пор, пока не изотрутся все режущие грани частицы и она не приобретет шарообразную форму. По достижении этого этапа плотная шарообразная частица начинает кататься по стальной поверхности, активируя пластическую деформацию поверхности. Подобное совмещение механической обработки и пластической деформации при выравнивании поверхности беспрецедентно в истории использования способа притирки.

Во-вторых, мельчайшие компоненты решетчатой структуры полимера, образующиеся в результате вращения абразивных частиц, вступаю во взаимодействие со стальной поверхностью.

ПОЛИМЕРНАЯ ПРИТИРКА

Фотографии, представленные ниже, были получены с помощью атомно-силового микроскопа. На рис.1 представлен результат использования запущенной в производство технологии финишной обработки (Ra = 0,07 µм, Ry = 0.25 µм).

На рис. 2 – результаты применения технологии FSF (Ra = 0.02 µм и Ry = 0.13 µм).

Таким образом, FSF позволяет добиться новых характеристик поверхности. Средняя шероховатость снизилась до Ra 0.02 микрон. Твердость поверхности превысила 1,100 чисел твердости по Викерсу, значительно улучшились показатели кривой опорной поверхности, при этом не сказавшись на геометрии поверхности (см. Рис. 3).

Верхняя часть кривой, изображающая поверхность после традиционной обработки, имеет гораздо большие вершины по сравнению с нижней кривой, символизирующей поверхность после обработки FSF. Технология FSF может быть внедрена на имеющемся оборудовании и использована при обработке деталей цилиндрической формы, плоских компонентов и других элементов. Она подходит как для массового производства, так и при работе с небольшими партиями практически в любой отрасли: автомобилестроении, тяжелом машиностроении, производстве сельхозтехники и гидравлического оборудования. Технология FSF экологически безопасна и не требует использования токсичных материалов и специальной обработки отходов.  

Как показали испытания, детали, обработанные с использованием FriCSo, отличаются большим сроком эксплуатации по равнению с деталями, которые подвергались традиционным шлифовке и притирке (см. Рис. 4).


Одно из испытаний предполагало притирку нескольких стальных образцов методом традиционной притирки и полимерной притирки FriCSo. Все образцы были обработаны притирочной пастой. После притирки детали были исследованы с помощью рентгеновской фотоэмиссионной спектроскопии.

ВЫВОД      

Технология финишной обработки FSF полностью соответствует требованиям отрасли как в отношении характеристик поверхности, так и в отношении стоимости процесса, в особенности по сравнению с традиционными способами обработки. Кроме того,  она сокращает истирание, износ и потребление энергии, что, в свою очередь, ведет к снижению производственных и эксплуатационных издержек.

© By Lior Ben-Tsur, Vice President, Sales and MarKeting, FricSo-Friction Control Solution Ltd., Farmington Hills, Mich.