Хонинг (точечная шлифовка): определение, процесс и основные инструменты

Что такое хонинг?

Хонинг — абразивный механический процесс, дающий точное покрытие на металлической заготовке путем очистки абразивным шлифовальным камнем или кругом против неё вдоль контролируемого пути. Хонинг в основном используется для улучшения геометрической формы поверхности, но также может улучшить чистоту поверхности.

Типичные применения: доводка цилиндров двигателей внутреннего сгорания, воздушных подшипников и шестерен. Существует много типов хонов, но все состоят из одного или нескольких абразивных камней, удерживаемых под давлением к обрабатываемой поверхности.

Похожие процессы: лаппировка и суперфинишинг.

Определение хонинга

Хонинг определяется как акт или процесс заточки на точильном камне или мусате. Точное выравнивание режущего ножа станка не влияет на заточку острой кромки.

Процесс хонинга обеспечивает финальную размерность и создает желаемый рисунок поверхности на внутренней поверхности труб или цилиндровых отверстий. Доводка выполняется расширением абразивных камней подходящего зерна и класса против рабочей поверхности.

Камни вращаются и реципрокуют (двигаются возвратно-поступательно) в детали с абразивом хонинга под контролируемым давлением. Сочетание вращения и возвратно-поступательного движения создает крестообразный (cross-hatch) рисунок на поверхности обрабатываемой детали.

Зачем нужен процесс хонинга?

Хонинговые станки — металлорежущие инструменты, и процесс хонинга использует жесткую оснастку или хонинговые камни и расходные абразивные камни для коррекции:

• Диаметра
• Формы
• Чистоты поверхности
• Позиционных допусков отверстий

Процесс хонинга разрабатывался для достижения идеальной геометрии отверстий, контроля размера, финальной чистоты поверхности и структурирования поверхности. Хонинг дает финальную размерность и создает желаемый рисунок на внутренней поверхности труб или цилиндровых отверстий.

Доводка выполняется расширением абразивных камней подходящего зерна и класса против рабочей поверхности. Камни вращаются и реципрокуют в детали с абразивом хонинга под контролируемым давлением. Сочетание вращения и реципрокации создает крестообразный рисунок на поверхности детали.

Механика процесса

Поскольку хонинговые камни выглядят похоже на шлифовальные круги, соблазн думать о хонинге как о виде шлифования с малым удалением материала. Лучше считать его самонастраивающимся процессом шлифования.

В шлифовании круг следует простому пути. Например, при впаривании вала круг движется к оси детали, шлифует её, затем отходит. Поскольку каждый срез круга многократно контактирует с тем же срезом заготовки, любые неточности в геометрической форме шлифовального круга переносятся на деталь.

Следовательно, точность готовой геометрии заготовки ограничена точностью обточки круга. Точность ухудшается по мере износа круга, поэтому обточка должна периодически восстанавливать форму.

Ограничение геометрической точности преодолевается в хонинге, потому что хонинговый камень следует сложному пути. Внутренний хонинг: камень движется по двум путям одновременно. Камни давятся радиально наружу для расширения отверстия, одновременно осциллируют осево.

Благодаря осцилляции каждый срез хонингового камня касается большой площади заготовки. Поэтому несовершенства профиля камня не переносятся на отверстие. Вместо этого и отверстие, и камни подстраиваются под среднюю форму движения камней, которая при внутреннем хонинге — цилиндр.

Этот эффект усреднения происходит во всех процессах хонинга; и заготовка, и камни изнашиваются, пока не подстроятся под среднюю форму режущей поверхности камней. Поскольку хонинговые камни склонны изнашиваться к желаемой геометрической форме, нет необходимости их обтачивать.

В результате эффекта усреднения точность обработанной детали часто превышает точность станка, создавшего её.

Путь камня — не единственное отличие между шлифовальными и хонинговыми станками, они также различаются жесткостью конструкции. Хонинговые станки намного более комплиантны (подвижны/упруги) чем шлифовальные. Цель шлифования — достичь тесного допуска по размеру.

Для этого шлифовальный круг должен перемещаться в точное положение относительно заготовки. Поэтому шлифовальный станок должен быть очень жестким, оси должны двигаться с очень высокой точностью.

Хонинговый станок относительно неточен и несовершенен. Вместо точности станка он полагается на эффект усреднения между камнем и заготовкой. Комплиантность — требование хонингового станка, необходимое для эффекта усреднения.

Это ведет к очевидному отличию: в шлифовальном станке камень жестко закреплен на слайде, в хонинговом — камень приводят пневматической или гидравлической силой.

Высокоточные детали обычно шлифуют, а затем хонят. Шлифование определяет размер, хонинг улучшает форму.

Разница между хонингом и шлифованием всегда одна. Некоторые шлифовальные станки имеют сложные движения и самонастраиваются, некоторые хонинговые оснащены внутрипроцессным измерением для контроля размера. Многие сквозные шлифовальные операции полагаются на тот же эффект усреднения, что и хонинг.

Инструменты для хонинга

Хонинг использует специальный инструмент — хонинговый камень или хон, для получения точной поверхности. Хон состоит из абразивных зерен, связанных клеем. Обычно зерна неправильной формы, 10–50 мкм диаметром (300–1500 mesh). Меньшие зерна дают более гладкую поверхность.

Цель хонингового инструмента — передать мощность, генерируемую станком, к заготовке. Хонинг корректирует отверстие по коничности, размеру, чистоте и прямолинейности, но обычно не может корректировать осевое выравнивание или расположение.

Инструмент состоит из шпиндельного адаптера, приводного вала и хонингового тела. Тело хона содержит конус, прикрепленный к толкателю (push rod). См. чертеж типичного хонингового инструмента на следующей странице.

Толкатель внутри приводного вала движется вверх-вниз в теле хона мотором или гидравлическим цилиндром. Актуатор находится в головке. Когда конус движется вниз, он толкает расширительные пластины наружу, расширяя камни.

Абразивные камни удаляют запас материала с заготовки. Пружинные обоймы (garter springs) удерживают камни в инструменте и схлопывают их при извлечении из отверстия.

Хонинговые инструменты могут использовать суперабразивы или обжиженные камни для чернового хонинга, полуфинишного и финального. Пиковый хонинг (peak honing) обычно требует только черновую операцию. Плато-хонинг (plateau honing — создание «плато» на вершине) требует мелкозернистые камни для удаления пиков. Некоторые инструменты имеют и черновые, и финишные камни в одном.

Направляющие хона (Hone Guides)

Направляющие хона — часть хонингового инструмента. Защищают хонинговые камни при входе и выходе из отверстия и предотвращают контакт металла инструмента с поверхностью отверстия.

Направляющие нужно часто проверять на износ или прилипание чужеродного материала. Хонинговые камни обычно схлопываются ниже размера направляющих при извлечении для защиты камней и втулки направляющей.

Втулка направляющей (Hone Guide Bushing)

Втулка направляющей закреплена на фиксированном кронштейне на передней стороне колонны. Функция втулки — направить хонинговый инструмент в центр отверстия. Втулка обычно из закаленной стали или твердого сплава.

Твердый сплав используется, когда втулка также «схлопывающая втулка» (collapse bushing). Используются для зажатия камней к телу инструмента при извлечении, если инструментарий слишком мал для пружинных обойм.

Регулируемый конус (Adjustable Cone)

При хонинге слепых отверстий регулируемый конус может использоваться для расширения низа камней с учетом износа и удержания низа в размере. Показано сверхход слепого отверстия. Обратите внимание: камни не могут проехать за дно, как в сквозных отверстиях.

Это вызывает неравномерный износ камней и конусность у дна детали. Проблему можно смягчить регулируемым конусом и задержкой (dwell) у дна.

Инструменты однопроходного хонинга (Single Pass Honing Tools)

Хонинговый инструмент может состоять из алмазного абразивного растачивательного стержня, изготовленного из расширяемой мягкой чугунной втулки, постоянно покрытой алмазным абразивом 100/120 grit натурального алмаза, или может быть спеканной втулкой с встроенным абразивом.

Инструмент расширяем для компенсации износа алмазной втулки. Арбор содержит каналы для подачи СОЖ к канавкам втулки. Инструмент проходит через отверстие один раз и извлекается.

Этот станок использует плавающий тип хонингового инструмента, самовыравнивающийся с существующим отверстием. Инструмент предназначен для хонинга сквозных отверстий, полученных предыдущей механической операцией. Инструмент может корректировать отверстие с биением, коничностью и некруглостью. Инструмент производит прямые, круглые, неконические отверстия за один нисходящий ход.

Кронштейн и втулки направляющих закреплены на фиксированном кронштейне передней стороны колонны. Функция кронштейна — направить хонинговый инструмент в отверстие. Втулка обработана для подачи СОЖ к инструменту однопроходного хонинга.

Преимущества процесса хонинга

• Менее сложные или дешевые приспособления.
• Высокая точность.
• Применим для длинных и коротких отверстий.
• Сохраняет исходную осевую линию отверстия.
• Любой материал можно доводить независимо от твердости.
• Заготовку не нужно вращать приводом — нет зажимов, фланцев, вращающихся столов, поэтому нет ошибок зажимания или позиционирования.
• Хон приводят от центрального вала, поэтому изгиб вала не может вызвать конические отверстия, как при растачивании.
• Результат — действительно круглое отверстие без коничности и высоких/низких точек, при условии, что предыдущие операции оставили достаточно запаса для очистки всех неравномерностей.
• Хонинг использует большую площадь контакта при низкой скорости по сравнению со шлифованием или тонким растачиванием (малая площадь контакта, высокая скорость). Благодаря комбинированному вращательно-возвратно-поступательному движению создается крестообразный рисунок, отлично удерживающий смазку. Диаметры с точностью 0,001–0,0001 дюйма и выше можно хонить алмазными камнями, похожими на алмазные круги.

Ограничения процесса хонинга

• Хонинг считается медленным процессом. Однако новые станки и камни значительно сократили время хонинга.
• Горизонтальный хонинг может создавать овальные отверстия, если деталь не вращается или не поддерживается. Если заготовка тонкая, даже ручное давление может дать легкую овальность.

Применение процесса хонинга

• Доводка шейков коленвалов автомобилей
• Доводка круглых отверстий
• Доводка полых цилиндрических деталей
• Доводка цилиндров двигателей, подшипников, стволов пушек, кольцевых калибров, валов и торцевых граней, пальцев поршней, шейков коленвалов и т.д.
• Сверление зубьев (Gear Hobbling)