Wyniki badań przeprowadzonych w ramach projektu naukowego realizowanego pod egidą Niemieckiej Wspólnoty Badawczej dowodzą, że dzięki indukowanym drganiom można znacznie ograniczyć siły procesowe stosowane w obróbce honowaniem. Wynika to głównie z faktu, że drgania te zapewniają optymalny rozkład wiórów pomiędzy osełkami ściernymi a detalem i ułatwiają ich odprowadzanie ze strefy obróbczej. Efekt ten potwierdziły badania mikroskopowe powierzchni osełek po obróbce żeliwa szarego.

Podczas konwencjonalnego honowania, tj. gdy kierunek obróbki przez długi czas nie ulega zmianie, oderwane od detalu drobinki materiału zbierają się w specjalnie do tego celu przeznaczonych obszarach narzędzia. Jak widać na ilustracji, tam też zwykle pozostają. W efekcie ściernice diamentowe są otoczone materiałem detalu, co z czasem zmniejsza efektywność obróbki. Co więcej, drobinki materiału trą podczas obróbki także o powierzchnię detalu, co prowadzi do wzrostu sił procesowych. Jeśli jednak w procesie tym wykorzystamy dodatkowe drgania osiowe, osełka nie wykazuje już tego efektu. Ciągła, szybka zmiana kierunku obróbki przeciwdziała bowiem gromadzeniu się wiórów w określonych punktach osełki oraz ułatwia ich odprowadzanie ze strefy obróbczej.

Honowanie na sucho

Dotychczasowe doświadczenia badawcze wskazują również na to, że dzięki indukowaniu drgań w procesach honowania trzpieni można całkowicie zrezygnować ze stosowania konwencjonalnych środków chłodząco-smarujących. Środki te mają bowiem głównie za zadanie spłukiwać wióry, co w przypadku zastosowania drgań okazuje się zbyteczne. Aby dowieść tego faktu, naukowcy przeprowadzili badania procesu honowania trzpieni z wykorzystaniem drgań, ale bez zastosowania medium chłodząco-smarującego. W eksperymencie zastosowano parametry procesowe, które wcześniej – w badaniach w asyście smaru – umożliwiły uzyskanie znacznej redukcji sił i momentów procesowych, tj. taką samą prędkość osiową i obwodową jak w przypadku konwencjonalnego honowania trzpieni.

W porównaniu z obróbką w asyście środka chłodząco-smarującego siły procesowe i momenty obrotowe co prawda wzrosły, ale nie bardziej niż w przypadku honowania bez indukcji drgań. Wyniki badań zaskakują: na narzędziu widoczne są zaledwie pojedyncze cząstki oderwanego materiału. Należy przy tym wspomnieć, że inaczej niż w przypadku procesu przemysłowego po zakończeniu obróbki narzędzie nie wysuwa się ponownie z cylindra, lecz po jednym przejściu jest oddzielanie od wrzeciona. Tylko w ten sposób można było bowiem przeprowadzić wiarygodne pomiary osełki.

Na powierzchni detalu po obróbce pozostała warstwa pyłu, którą można bez problemu usunąć bez stosowania środków chemicznych. Podczas gdy w efekcie konwencjonalnego honowania trzpieni na powierzchni widoczne są charakterystyczne rowkowania powstałe podczas obrotu narzędzia, drgania spowodowały powstanie struktury typowej dla honowania powierzchni wewnętrznych ruchem obrotowym z długim skokiem, tj. swego rodzaju krzyżujących się linii.

Jeszcze bardziej interesujące i trudne do wytłumaczenia są wartości chropowatości powierzchni uzyskane podczas honowania na sucho: były one bowiem znacznie niższe niż w przypadku honowania z zastosowaniem środka chłodząco-smarującego. Wyjaśnień dostarczy zapewne dokładniejsza analiza powierzchni osełki ściernej i zmian owej powierzchni w trakcie trwania procesu.

Analiza wyników badań

Naukowcy w krótkim odstępie czasu przeprowadzili dwie serie prób z wykorzystaniem tego samego narzędzia –  z i bez podawania chłodziwa. W ramach każdej z nich honowaniu poddano pięć detali. Po każdej obróbce osełki cierne czyszczone były wyłącznie szczotką i sprężonym powietrzem. Stabilność procesu zobrazowana została na poniższych wykresach.

Badania wykazały, że ani parametry, ani wyniki procesu nie uległy pogorszeniu wraz ze wzrostem liczby obrabianych detali. Kwestie wpływu obróbki na sucho na zużycie narzędzia i ewentualnych szkód termicznych na krawędziach detalu zostaną zbadane w trakcie kolejnych analiz. Nawet jeśli liczba prób była stosunkowo niewielka, uzyskane w ich wyniku powtarzalne rezultaty świadczą o dużym potencjale optymalizacji honowania dzięki indukcji drgań – zarówno z zastosowaniem, jak i bez zastosowania środka chłodząco-smarującego. Dlatego badacze zamierzają kontynuować badania i rozszerzyć je na inne metody obróbki.

Sascha Zimmermann, Eckart Uhlmann i Peter Königsreuther
+ + +
Sascha Zimmermann jest pracownikiem naukowym w Instytucie Obrabiarek i Zarządzania Zakładami Produkcyjnymi na Uniwersytecie Technicznym w Berlinie. Prof. dr Eckart Uhlmann jest kierownikiem Instytutu Urządzeń Produkcyjnych i Konstrukcji Technicznych im. Fraunhofera (IPK) oraz szefem Katedry Obrabiarek i Technologii Produkcji na Uniwersytecie Technicznym w Berlinie.