Хонингование отверстий: сетка рисок, бруски, плосковершинное хонингование

Как работает хонингование

Инструмент — головка с несколькими абразивными или алмазными брусками. Sunnen описывает процесс так: головка вращается и одновременно ходит в отверстии вперёд и назад, а бруски в это время разжимаются к стенке. Бруски снимают тонкий слой по всей длине отверстия, и каждое зерно оставляет винтовую риску. На ходе вниз и ходе вверх риски наклонены в разные стороны — так получается сетка.

Главная особенность — плавающий инструмент. В инструкции Sunnen сказано, что головки с дистанционной подачей имеют два карданных шарнира, чтобы головка сама выставлялась по отверстию. Поэтому хонингование не переносит ось: оно доводит отверстие там, где оно уже есть.

Хонингуют гильзы и блоки цилиндров, гидро- и пневмоцилиндры, отверстия корпусов клапанов и шатунов — везде, где отверстие работает в паре с поршнем, кольцом или уплотнением. Алмазные хонинговальные бруски на металлической связке для внутренних поверхностей стандартизованы ГОСТ 25594-83.

Сетка рисок и её угол

В этой статье угол сетки α — угол между пересекающимися рисками. Каждая риска наклонена к горизонтали (плоскости, перпендикулярной оси отверстия) на α/2: она идёт по направлению результирующей скорости зерна, поэтому α/2 определяет отношение осевой скорости к окружной.

Пример. Отверстие 80 мм, головка 200 об/мин: vu = π · 80 · 200 / 1000 ≈ 50,3 м/мин. Для угла 45° нужно va = 50,3 · tg 22,5° ≈ 20,8 м/мин. При длине хода 120 мм это 20,8 · 1000 / (2 · 120) ≈ 87 двойных ходов в минуту. Для сравнения, у вертикального хонинговального станка Sunnen SV-35 указаны 50–600 об/мин и 5–100 ходов в минуту (одинарные это ходы или двойные, на странице станка не уточнено), а его система сама подстраивает скорости шпинделя и хода, чтобы угол оставался постоянным по всей длине отверстия.

В концах хода головка разворачивается, и на это время угол меняется. Станки с синхронными сервоприводами шпинделя и хода, как SV-35, по данным Sunnen держат сетку постоянной от верха до низа отверстия.

Какой угол нужен. Для гильз двигателей MS Motorservice рекомендует угол хонингования 25–45° для легковых бензиновых и дизельных и 40–60° для дизелей коммерческого транспорта; как отсчитан угол, в тексте источника не оговорено. В «Gold Book» Brush Research сетка «45°» — это угол между рисками, а каждая риска при этом идёт под 20–23° к горизонтали, то есть примерно под α/2. Поскольку в документации встречаются оба способа отсчёта, на чертеже пишите явно: «угол между рисками α = …».

Что хонингование исправляет, а что нет

Исправляет. Размер, погрешности формы — например, конусность — и шероховатость. Инструкция Sunnen при конусности советует работать короткими ходами в узкой части отверстия и удлинять ход по мере выравнивания; другая названная там причина конусности — недостаточное давление брусков.

Не исправляет. Положение оси, межосевое расстояние, перпендикулярность оси к торцу. Головка шарнирная и следует за отверстием, поэтому эти требования должны быть выполнены на предыдущей операции. Если отверстие после расточки уведено, хонингование сделает его идеально круглым — но уведённым.

Точность по справочнику технолога-машиностроителя (Косилова, Мещеряков, изд. 1972 г.):

Это экономическая точность — без особых затрат на оснастку и контроль. Современные хонинговальные станки с измерением в процессе дают лучше, но конкретные цифры по размеру и форме запрашивайте у цеха для своего диаметра, длины и материала. Какие допуски стоят за квалитетом, покажет калькулятор допусков и посадок.

Бруски, припуск и шероховатость

Шероховатость после хонингования задают выбором брусков, а съём — последовательностью «черновые → чистовые». Пример из инструкции Sunnen для чугунных гильз:

Там же: если гильзу растачивали, под хонингование оставляют 0,08 мм; полировальные бруски серии 500 и более мелкие работают только с хонинговальным маслом, а при хонинговании стали и алюминия масло обязательно всегда. Чистовые бруски не должны снимать основной припуск — хонингование затянется, а полировальные бруски на базовом металле почти перестают резать.

Кроме обычных абразивных применяют алмазные бруски — на них действует ГОСТ 25594-83 (алмазные хонинговальные бруски на металлической связке для внутренних поверхностей). Встречаются также бруски из кубического нитрида бора. Выбор связки и зернистости — по каталогу производителя брусков под материал и требуемую шероховатость.

Плосковершинное хонингование

Обычная хонингованная поверхность имеет острые вершины. При приработке их срезают кольца или уплотнение, а продукты износа уходят в масло. Плосковершинное хонингование делает эту приработку заранее: грубыми брусками прорезают глубокие риски, мелкими — срезают вершины, не трогая впадин. В «Gold Book» Brush Research желаемая поверхность описана как плато на 60–80 % площади и равномерная сетка в обе стороны.

Такую поверхность описывают не одним Ra, а параметрами кривой опорной поверхности: Rpk — средняя высота выступов над ядром профиля, Rk — глубина ядра, Rvk — средняя глубина впадин под ядром. Рекомендации MS Motorservice для гильз цилиндров:

Малый Rpk — мало вершин под приработку, большой Rvk — есть где держаться маслу. Там же указаны условия измерения: длина трассы 4,8 мм, щуп 2 мкм с углом 90°; сетку и плато проверяют под микроскопом с увеличением от 200×. Для гидроцилиндров значения берут из требований производителя уплотнений.

Где ошибаются

• Ждут от хонингования исправления оси. Если отверстие после расточки уведено или не перпендикулярно торцу, хонингование этого не исправит. Проверьте расположение до хонингования, пока его ещё можно поправить.
• Оставляют слишком большой припуск. Большой съём чистовыми брусками заметно увеличивает время, а полировальные бруски на базовом металле почти не режут (Sunnen). Основной металл снимают расточкой и черновыми брусками.
• Задают только Ra. Для гильз и гидроцилиндров одно Ra не описывает поверхность: одинаковое Ra бывает и у поверхности с острыми вершинами, и у плато. Если важна приработка и удержание масла, нужны Rpk, Rk, Rvk и угол сетки.
• Не договариваются об условиях контроля. Угол сетки считают то как угол между рисками, то как наклон одной риски к горизонтали, который вдвое меньше, а Rk-параметры зависят от трассы и щупа. Запишите способ отсчёта и условия измерения в технические требования.
• Хонингуют неочищенное отверстие. Стружка и заусенцы у кромок попадают под бруски и дают продольные задиры. Кромки притупляют до хонингования, а после него деталь тщательно моют.

Как указать хонингование на чертеже

• Размер с полем допуска — как для любого отверстия; о выборе — в статье «Квалитеты и посадки».
• Форму — допуск круглости, цилиндричности или профиля продольного сечения. Именно ради неё обычно и хонингуют; как их задать, — в статье «Допуски формы и расположения».
• Шероховатость по ГОСТ 2.309-73. Вид обработки «Хонинговать» в знаке указывают, только если хонингование — единственный способ получить требуемое качество (п. 1.11). Направление неровностей при необходимости указывают условным знаком по таблице п. 1.10.
• Сетку и плато — в технических требованиях: угол между рисками, Rpk, Rk, Rvk и условия измерения. Без условий измерения цифры Rk-параметров у двух лабораторий не сойдутся (о настройке профилометра — в статье «Как измерить шероховатость»).
• Положение оси и перпендикулярность — обеспечить на предыдущей операции и не ждать их от хонингования.

Если по отверстию достаточно размера, формы и Ra без сетки, сравните хонингование с внутренним шлифованием — о нём в статье «Шлифование круглое и плоское».