Хонинг: определение, процесс и основные инструменты

Что такое хонинг?

Хонинг — это абразивный процесс механической обработки, который создает высокоточную поверхность на металлическом заготовке путем натирания абразивного шлифовального камня или круга по ней по контролируемому пути. Хонинг в основном используется для улучшения геометрической формы поверхности, но также может улучшить качество шероховатости.

Типичные применения включают доводку цилиндров двигателей внутреннего сгорания, воздушных подшипников и шестерен. Существует множество типов хонов, но все они состоят из одного или нескольких абразивных камней, удерживаемых под давлением против обрабатываемой поверхности.

Схожие процессы — это лаппинг и суперфиниш.

Определение хонинга

Хонинг определяется как процесс заточки на мусaте или точильном камне. Точное выравнивание режущего инструмента станка не влияет на хонинг острой кромки.

Процесс хонинга обеспечивает окончательную размерность и создает желаемый рисунок шероховатости на внутренней поверхности труб или цилиндрических отверстий. Доводка осуществляется путем расширения абразивных камней подходящей зернистости и твердости против рабочей поверхности.

Камни вращаются и совершают возвратно-поступательные движения в детали с абразивом хона под контролируемым давлением. Сочетание вращения и возвратно-поступательного движения создает перекрестный рисунок на поверхности обрабатываемой детали.

Зачем нужен процесс хонинга?

Хониговые станки — это металлорежущие инструменты, а процесс хонинга с использованием жесткой оснастки или хониговых камней и расходных абразивных камней предназначен для коррекции:

• Диаметра
• Формы
• Качества шероховатости поверхности
• Позиционных допусков отверстий

Процесс хонинга был разработан для достижения идеальной геометрии отверстий, контроля размеров, окончательной шероховатости и структурирования поверхности. Доводка выполняется расширением абразивных камней подходящей зернистости и твердости против рабочей поверхности. Камни вращаются и совершают возвратно-поступательные движения в детали с абразивом хона под контролируемым давлением. Сочетание вращения и возвратно-поступательного движения создает перекрестный рисунок на поверхности обрабатываемой детали.

Механика процесса

Поскольку хониговые камни похожи на шлифовальные круга, возникает соблазн считать хонинг формой шлифования с малым снятием материала. Однако правильнее рассматривать его как процесс самоцентрирующегося шлифования.

При шлифовании круг движется по простой траектории. Например, при погружном шлифовании вала круг движется к оси детали, шлифует её и отъезжает назад. Поскольку каждый участок круга многократно контактирует с одним и тем же участком заготовки, любые неточности в геометрической форме шлифовального круга переносятся на деталь.

Следовательно, точность геометрии готовой детали ограничена точностью обточки круга. Точность еще больше снижается по мере износа круга, поэтому обточка должна выполняться периодически для восстановления формы.

Ограничение геометрической точности преодолевается в хонинге за счет того, что хониговый камень движется по сложной траектории. При хонинге внутренних отверстий камень движется одновременно по двум путям. Камни нажимаются радиально наружу для расширения отверстия, одновременно совершая осевые колебания.

Благодаря колебаниям каждый участок хониговых камней касается большой площади заготовки. Поэтому несовершенства профиля хонигового камня не переносятся на отверстие. Вместо этого и отверстие, и хониговые камни принимают форму, соответствующую средней траектории движения камней, которая в случае хонинга отверстий представляет собой цилиндр.

Этот эффект усреднения происходит во всех процессах хонинга: и заготовка, и камни стираются, пока не примут форму, соответствующую средней форме режущей поверхности камней. Поскольку хониговые камни имеют тенденцию стираться до желаемой геометрической формы, в их обточке нет необходимости.

В результате эффекта усреднения точность хонированной детали часто превосходит точность станка, который её изготовил.

Траектория камня — не единственное отличие между шлифовальными и хониговыми станками; они также различаются жесткостью конструкции. Хониговые станки гораздо более комплиантны (гибки), чем шлифовальные. Цель шлифования — достижение жесткого допуска по размеру.

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

Хониговый станок относительно неточен и несовершенен. Вместо того чтобы полагаться на точность станка, он использует эффект усреднения между камнем и заготовкой. Комплиантность — обязательное требование для хонигового станка, необходимое для реализации эффекта усреднения.

Это ведет к очевидному отличию: в шлифовальном станке круг жестко закреплен на консоли, а в хонинге камень приводится в действие пневматического или гидравлического давления.

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

Разница между хонингом и шлифованием остается постоянной. Некоторые шлифовальные станки имеют сложные движения и являются самоцентрирующимися, а некоторые хониговые станки оснащены системами измерения в процессе для контроля размеров. Многие операции пролетного шлифования используют тот же эффект усреднения, что и хонинг.

Хониговые инструменты

Хонинг использует специальный инструмент — хониговый камень или хон — для получения высокоточной поверхности. Хон состоит из абразивных зерен, связанных связующим веществом. Обычно хониговые зерна имеют неправильную форму и диаметр 10–50 мкм (зернистость 300–1500 mesh). Меньшие размеры зерен дают более гладкую поверхность на заготовке.

Назначение хонигового инструмента — передать мощность, генерируемую станком, заготовке. Хонинг корректирует отверстие по коничности, размеру, шероховатости и прямолинейности, но обычно не может исправить осевое выравнивание или расположение.

Инструмент состоит из переходной муфты шпинделя, приводного вала и хонигового тела. Тело хона содержит конус, соединенный с толкателем. На рисунке показан типичный хониговый инструмент.

Толкатель внутри приводного вала перемещается вверх или вниз в теле хона двигателем или гидравлическим цилиндром. Актуатор находится в головке. При движении конуса вниз он раздвигает расширительные пластины, расширяя камни.

Абразивные камни удаляют материал заготовки. Пружины-обоймы удерживают камни в инструменте и сжимают их при извлечении из отверстия.

Хониговые инструменты могут использовать сверхтвердые или керамические камни для чернового хонинга, получистовой и чистовой операций. Пиковый хонинг обычно требует только черновой операции. Плато-хонинг (создание «плато» на вершинах) требует мелкозернистых камней для снятия пиков. Некоторые инструменты имеют и черновые, и чистовые камни в одном инструменте.

Направляющие хона

Направляющие хона являются частью хонигового инструмента. Они защищают хониговые камни при входе и выходе из отверстия и предотвращают контакт металла инструмента с поверхностью отверстия.

Направляющие необходимо регулярно проверять на износ или адгезию постороннего материала. Хониговые камни обычно схлопываются до размера меньше направляющих при извлечении для защиты камней и бушны направляющей.

Бушна направляющей хона

Бушна направляющей хона закреплена на неподвижном кронштейне на фронтальной части колонны. Функция бушны — центрировать хониговый инструмент относительно отверстия. Бушна обычно изготовлена из закаленной стали или твердого сплава.

Твердый сплав используется, когда бушна также служит «коллапсирующей бушной». Они применяются для прижима камней к корпусу инструмента, когда оснастка слишком мала для прутковых пружин.

Регулируемый конус

При хонинге глухих отверстий может использоваться регулируемый конус для расширения нижней части камней с учетом износа и поддержания размера у дна. На рисунке показан перелет хона в глухом отверстии. Обратите внимание: камни не могут проехать мимо дна, как в сквозных отверстиях.

Это вызывает неравномерный износ камней и коничность у дна детали. Проблему можно смягчить использованием регулируемого конуса и выдержки у дна.

Инструменты для однопроходного хонинга

Хониговый инструмент может состоять из алмазного расточного стержня с расширяемой мягкой чугунной втулкой, постоянно покрытой алмазным абразивом зернистостью 100/120 натурального алмаза, или из спеканой втулки с встроенным абразивом.

Инструмент расширяем для компенсации износа алмазной втулки. В арборе предусмотрены каналы для подачи СОЖ на канавки втулки. Хониговый инструмент проходит через отверстие один раз и извлекается.

Этот станок использует плавающий тип хонигового инструмента, который самоцентрируется по существующему отверстию. Инструмент предназначен для хонинга сквозных отверстий, полученных предыдущей механической операцией. Инструмент может корректировать отверстия с биением, коничностью и овальностью. Инструмент создает прямые, круглые, неконические отверстия за один рабочий ход.

Кронштейн и бушны направляющей хона закреплены на неподвижном кронштейне на фронтальной части колонны. Функция кронштейна — направлять хониговый инструмент в отверстие. Бушна обработана для подачи СОЖ на инструмент однопроходного хонинга.

Преимущества процесса хонинга

• Менее сложные или дешевые оснастки.
• Высокая точность.
• Применим к длинным и коротким отверстиям.
• Сохраняет исходную осевую линию отверстия.
• Любой материал можно доводить независимо от твердости.
• Заготовку не нужно вращать приводом — не нужны патки, фланцы или вращающиеся столы, поэтому нет ошибок зажима или центровки.
• Хон приводятся с центрального вала, поэтому изгиб вала не вызывает конических отверстий, как при расточке.
• Результат — действительно круглое отверстие без коничности и высоток/провалов, при условии, что предыдущие операции оставили достаточно припуска для устранения всех нерегулярностей.
• Хонинг использует большую площадь контакта при низкой скорости по сравнению со шлифованием или точной расточкой, которые используют малую площадь контакта при высокой скорости. Благодаря сочетанию вращательного и возвратно-поступательного движения создается перекрестный рисунок, отлично удерживающий смазку. Точность по диаметру 0,001–0,0001 дюйма и выше достигается с алмазными камнями, аналогичными алмазным кругам.

Ограничения процесса хонинга

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

Применение процесса хонинга

• Доводка шейн коленчатых валов автомобилей
• Доводка круглых отверстий
• Доводка полых цилиндрических деталей
• Доводка цилиндров двигателей, подшипников, стволов ружей, кольцевых калибров, валов и фланцевых граней, пальцев поршней, шейн коленчатых валов и т.д.
• Зубофрезерование