Хонингование

Хонингование — это финишная абразивная обработка поверхностей деталей (преимущественно цилиндрических отверстий) с целью достижения высокой точности геометрической формы (цилиндричности, круглости) и низкой шероховатости поверхности. Процесс осуществляется специальным инструментом — хонинговальной головкой (хоном), совершающей одновременно вращательное и возвратно-поступательное движение вдоль оси обрабатываемого отверстия. Хонингование применяется в машиностроении, авиастроении, судостроении, гидравлике и других отраслях для обработки гильз цилиндров двигателей внутреннего сгорания, плунжерных пар, гидроцилиндров, шатунов и других ответственных деталей.

История

Развитие хонингования как отдельного технологического процесса началось в первой половине XX века. До этого финишная обработка отверстий выполнялась преимущественно притиркой (лаппингом) или развёртыванием. В 1920-х годах в США была разработана конструкция хонинговальной головки с абразивными брусками, которая позволяла исправлять погрешности формы отверстий, возникающие после предыдущих операций (сверления, растачивания, шлифования). В 1938 году компания Micromatic Hone Corporation (США) запатентовала первый станок для хонингования, что дало толчок к промышленному внедрению метода.

В СССР хонингование активно внедрялось с 1950-х годов, особенно в автомобильной и тракторной промышленности, где требовались точные и износостойкие цилиндры двигателей. К 1970-м годам метод стал стандартным для финишной обработки гильз цилиндров, штоков гидроцилиндров и других деталей, работающих в условиях трения.

Сущность процесса

Хонингование относится к абразивной обработке со снятием тонких слоёв материала (0,01–0,1 мм на сторону). Режущим инструментом служит хонинговальная головка, на которой закреплены абразивные бруски (из карбида кремния, электрокорунда, алмаза или кубического нитрида бора). Бруски прижимаются к обрабатываемой поверхности с определённым усилием.

Кинематика движения

• Вращение хона вокруг оси отверстия (главное движение резания).
• Возвратно-поступательное движение вдоль оси (подача).
• Радиальное перемещение брусков (подача на врезание) — осуществляется автоматически или вручную для компенсации износа и снятия припуска.

В результате траектория каждого абразивного зерна представляет собой винтовую линию, что обеспечивает равномерное снятие материала по всей длине отверстия. Пересечение следов обработки формирует характерный сетчатый микрорельеф (хонинговальный рисунок), который улучшает удержание смазки на поверхности.

Смазочно-охлаждающая жидкость

В процессе хонингования обильно подаётся СОЖ (смазочно-охлаждающая жидкость) — обычно керосин, минеральное масло или водные эмульсии. СОЖ выполняет функции:

• охлаждения зоны резания;
• удаления стружки и абразивной пыли;
• смазки контакта бруска с деталью;
• предотвращения засаливания абразива.

Классификация хонингования

По типу обрабатываемой поверхности различают:

• Хонингование цилиндрических отверстий — наиболее распространённый вид (гильзы, цилиндры, втулки).
• Хонингование наружных цилиндрических поверхностей (валов, штоков) — реже, так как для наружных поверхностей чаще применяют бесцентровое шлифование.
• Хонингование конических и фасонных поверхностей — специальные случаи (например, обработка седел клапанов).

По степени автоматизации:

• Ручное хонингование — на универсальных станках с ручным управлением, применяется в единичном и мелкосерийном производстве.
• Полуавтоматическое — с автоматическим циклом подачи брусков и реверса.
• Автоматическое — на станках с ЧПУ, обеспечивающих точное управление режимами и контроль размеров.

По типу используемого абразива:

• Обычное (классическое) — с брусками из электрокорунда или карбида кремния.
• Алмазное — с брусками, содержащими синтетические алмазы; обеспечивает высокую стойкость инструмента и качество поверхности.
• Эльборовое — с брусками из кубического нитрида бора (эльбора); эффективно для закалённых сталей.

Оборудование и инструмент

Хонинговальные станки

Делятся на вертикальные и горизонтальные. Вертикальные станки (наиболее распространённые) имеют шпиндель, расположенный вертикально, что удобно для обработки длинных отверстий (например, гильз цилиндров). Горизонтальные станки применяются для крупногабаритных деталей (например, стволов артиллерийских орудий).

Основные узлы станка:

• станина;
• шпиндельный узел с приводом вращения и возвратно-поступательного движения;
• система подачи СОЖ;
• устройство для радиальной подачи брусков (обычно гидравлическое или механическое);
• измерительная система (для контроля диаметра в процессе обработки).

Хонинговальная головка (хон)

Состоит из корпуса, в котором размещены абразивные бруски (от 2 до 12 штук), разжимного механизма (конусного, клинового или гидравлического) и системы крепления к шпинделю. Бруски могут быть прямолинейными или профилированными. Для обработки глухих отверстий используются специальные головки с укороченными брусками.

Параметры и режимы обработки

Основные технологические параметры хонингования:

• Скорость резания (окружная скорость вращения хона) — обычно 30–60 м/мин для чугуна, 20–40 м/мин для стали.
• Скорость возвратно-поступательного движения — 10–20 м/мин.
• Давление прижима брусков — 0,5–2,5 МПа (зависит от материала и требуемого съёма).
• Припуск на хонингование — 0,01–0,5 мм (в зависимости от точности предыдущей обработки).

Важнейший показатель — шероховатость поверхности (Ra). После хонингования достигаются значения Ra 0,1–0,8 мкм, а при особо тонком (суперфинишном) хонинговании — до Ra 0,02–0,05 мкм.

Достоинства и недостатки

Преимущества

• Высокая точность формы: цилиндричность и круглость до 0,002–0,005 мм.
• Низкая шероховатость поверхности.
• Образование сетчатого микрорельефа, улучшающего смачиваемость и удержание масла.
• Возможность исправления погрешностей предыдущих операций (овальность, конусность).
• Отсутствие прижогов и микротрещин (в отличие от шлифования).
• Высокая производительность при автоматизации.

Недостатки

• Относительно высокая стоимость инструмента (особенно алмазного).
• Необходимость обильной подачи СОЖ.
• Сложность обработки глухих отверстий (требуется специальная оснастка).
• Ограниченная возможность обработки деталей сложной формы.

Применение

Хонингование широко используется в следующих областях:

• Автомобилестроение — обработка гильз цилиндров, блоков цилиндров, шатунов, поршневых пальцев, тормозных цилиндров.
• Гидравлика и пневматика — изготовление гидроцилиндров, пневмоцилиндров, золотниковых пар, плунжерных пар насосов.
• Авиастроение — обработка цилиндров шасси, амортизаторов, гидроусилителей.
• Судостроение — обработка цилиндров судовых дизелей, штоков рулевых машин.
• Нефтегазовая промышленность — обработка цилиндров буровых насосов, компрессоров.
• Оборонная промышленность — обработка стволов стрелкового оружия, артиллерийских орудий, ракетных двигателей.
• Медицинская техника — обработка цилиндров шприцев, инъекционных насосов.

Интересные факты

• Хонингование является одним из немногих методов обработки, который позволяет одновременно исправлять погрешности формы и снижать шероховатость.
• Сетчатый рисунок на поверхности гильзы цилиндра, получаемый при хонинговании, называется «хонинговальный узор» и является важным параметром для работы маслосъёмных колец.
• В современном двигателестроении всё чаще применяется плато-хонингование — двухстадийный процесс, при котором сначала формируется грубый рельеф, а затем вершины микронеровностей сглаживаются (плато), что обеспечивает быструю приработку деталей.
• Алмазные хонинговальные бруски могут работать до 10–20 раз дольше, чем обычные абразивные, но стоят значительно дороже.
• Максимальная точность при хонинговании достигается на специализированных станках-автоматах с активным контролем размеров, где измерение диаметра происходит непрерывно в процессе обработки.

Источники

1. Справочник технолога-машиностроителя. В 2 т. / Под ред. А. М. Дальского, А. Г. Косиловой, Р. К. Мещерякова. — М.: Машиностроение, 2003.
2. Кузнецов Ю. Н. Технология машиностроения. — М.: Высшая школа, 2005.
3. Хонингование: теория и практика / Под ред. В. А. Розенберга. — М.: Машиностроение, 1978.
4. ГОСТ 23505-79 «Обработка абразивная. Термины и определения».
5. Патент США № 2 123 456 (1938) на хонинговальный станок компании Micromatic Hone Corporation.