книги / Основы технологии машиностроения. Методы обработки заготовок и технологические процессы изготовления типовых деталей машин
.pdf
Схемы обработки поверхностей роликами могут быть самыми различными. Выбор той или иной схемы зависит от формы поверхности, жесткости обрабатываемой заготовки и технологического назначения обработки.
При обработке роликами наружных поверхностей диаметр их уменьшается, а при раскатывании отверстий – увеличивается.
Поверхности жестких деталей обрабатываются од- носторонними роликовыми оправками (с одним роликом), а менее жесткие – многороликовыми устройствами, кото- рые уравновешивают действующие силы давления.
На рис. 11.3 приведены различные схемы обработки поверхностей гладкими роликами. Как правило, обкаты- вание и раскатывание гладкими роликами производится после чистового точения или растачивания. Обработка незакаленных поверхностей гладкими роликами заменяет шлифование.
Рис. 11.3. Схемы обработки поверхностей гладкими роликами:
аи б – многороликовое обкатывание цилиндрических поверхно- стей; в и г – обкатывание канавки и галтели; д – обкатывание
торцовой поверхности; е и ж – многороликовое раскатывание сферической и конической поверхностей; з – обкатывание сфери- ческой наружной поверхности; и – раскатывание отверстия;
к – обкатывание дна шлицев
241
Обработка гладкими роликами обычно выполняется на универсальных станках. Так, например, обкатывание наружных поверхностей осуществляется на токарных, ре- вольверных и карусельных станках, а раскатывание отвер- стий, кроме указанных, – также на сверлильных и горизон- тально-расточных станках. Плоские поверхности обкаты- вают на поперечно-строгальных станках.
Основное требование получения заданной точности и шероховатости поверхности – создание соответствующе- го давления на ролик из износостойкого материала высокой твердости и применение в качестве СОЖ конопляного мас- ла или масла индустриального И-20А. Так, при ширине ра- бочей поверхности ролика 3 мм и диаметра до 100 мм уси- лие, действующее на ролик, колеблется в зависимости от обрабатываемого материала от 50 до 200 кгс. Продоль- ная подача выбирается в пределах 0,1–0,2 мм/об. В качест- ве материала для роликов рекомендуются инструменталь- ные углеродистые и легированные стали ХВГ, 5ХНМ и др., закаленные до твердости HRC 58–64.
При обработке гладкими роликами обеспечивается точность 7–8-го квалитета, а шероховатость поверхности
Ra = 0,16…1,25 мкм.
Обработка алмазным выглаживанием, в отличие от обработки роликами, позволяет обрабатывать поверх- ности закаленных деталей.
Основное требование при алмазном выглаживании – плавность работы, отсутствие пиковых и вибрационных нагрузок. Для обеспечения этого условия необходимо ста- ночное оборудование высокой жесткости и точности. В ка- честве инструмента используются гладилки с технически- ми алмазами.
Оправки для алмазного выглаживания могут быть жесткими и подпружиненными.
242
Использование подпружиненных оправок снижает риск разрушения алмаза из-за возникновения пиковых нагрузок, но не исправляет погрешности формы предыду- щей обработки, предшествующей алмазному выглажива- нию. Алмазное выглаживание с применением жестких оп- равок обеспечивается точность 6–8-го квалитета. Шерохо- ватость поверхности при алмазном выглаживании (при использовании как жестких, так и подпружиненных опра-
вок) Ra = 0,04…0,63 мкм.
Давильные работы (метод обработки выдавливани-
ем) применяют при изготовлении из листового металла пустотелых деталей – тел вращения выпукло-вогнутой конфигурации, узких горловин на цилиндрических заготов- ках и т.п., для которых экономически нецелесообразно из- готовление специальных вытяжных штампов.
Этот метод применяют при вращательном движении заготовки, а в ряде случаев – и деформирующего инстру- мента как на обычных токарных станках, так и на станках, специализированных для этого вида обработки.
На рис. 11.4 показана схема выдавливания простым давильником с шаровой го- ловкой.
На рис. 11.5 приведены различные виды давильных работ. При выдавливании на давильных станках металл заготовки утончается и накле- пывается сильнее, чем при вытяжке на прессах, поэтому детали, выдавливаемые за не- сколько операций, обычно подвергают промежуточному отжигу.
243
Рис. 11.5. Виды давильных работ: а – наружное выдавливание по контуру дисковым роликом; б – выпуклое выдавливание изнутри роликом 1 по контуру наружного ролика 2; в – вогнутое выдавлива-
ние горловины роликом 1 по контуру внутреннего ролика 2
Поверхность выдавленных деталей имеет следы да- вильника, шероховатость поверхности Ra = 1,25…2,5 мкм. Для уменьшения шероховатости поверхности после окон- чания выдавливания по обработанной поверхности прохо- дят давильником-шабером, снимающим стружку толщи-
ной 0,05–0,1 мм.
Точность выдавливания деталей обычно находится в пределах 0,001–0,002 их диаметра.
Накатывание рифлений на цилиндрических поверхно- стях деталей осуществляют плоскими плашками (на резьбо- накатных станках) или вращающимися цилиндрическими роликами (на токарных и револьверных станках).
Плоские поверхности накатывают на поперечно- строгальных станках свободно вращающимися роликами с принудительной подачей заготовки. Накатывание риф- лений может быть прямым, угловым и сетчатым. Выбор конструкции накатного инструмента зависит от техноло- гического назначения и заданной формы поверхности. Прямое и угловое накатывание обычно выполняют одним, а сетчатое – двумя роликами с одновременным встречным накатыванием под углом. В процессе накатывания проис- ходит увеличение диаметра обрабатываемой поверхности.
244
Необходимая глубина накатывания получается в ре- зультате нескольких последовательных проходов, число которых зависит от свойств обрабатываемого материала, заданного шага и глубины рифлений.
Упрочнение поверхностей шариками производится для повышения твердости и уменьшения шероховатости поверхности заготовки. Сущность этого метода заключает- ся в том, что обрабатываемую поверхность подвергают многократным, следующим один за другим ударам сталь- ными закаленными шариками. Для этого шарики (чаще всего шарики подшипников) помещают в гнезда диска, вра- щающегося с большой скоростью, в которых шарики под действием центробежной силы смещаются на опреде- ленную величину в радиальном направлении и через отвер- стия в периферии диска наносят удары по обрабатываемой поверхности.
На рис. 11.6 приведены схемы процесса обработки шариками поверхностей вала и отверстия.
Рис. 11.6. Схемы упрочнения шариками: а – наружной поверхности; б – внутренней поверхности
Обработку шариками можно производить также для плоских, а при использовании копира – и фасонных по- верхностей. Этот процесс обычно осуществляется при ско-
245
рости вращения диска до 25 м/с и обрабатываемой заготов- ки – до 90 м/мин. Для этого вида обработки применяют шлифовальные станки или приспособления, устанавливае- мые на токарно-винторезном станке.
Твердость обработанной поверхности и ее шерохова- тость зависят от силы и числа ударов шариков, приходя- щихся на 1 мм2, а также от исходной твердости материала заготовки.
Эти параметры, в свою очередь, зависят от скорости вращения диска (от 20 до 25 м/с) и обрабатываемой заго- товки (от 30 до 90 м/мин), а также от расстояния принуди- тельного отталкивания шариков (от 0,5 до 0,8 мм), разме- ров шариков (диаметр от 7 до 10 мм) и др.
Твердость обработанной поверхности повышается на 15–60 %. Однако чем выше исходная твердость, тем меньше эффект упрочнения.
Выбор режима обработки поверхности имеет сущест-
венное значение. Неправильно выбранный режим может привести к возникновению в поверхностном слое чрезмерно больших напряжений, шелушения, трещин, а при обработ- ке чугуна – даже к разрушению поверхностного слоя.
Для работы шарики обычно смазывают смесью инду- стриального масла И-20А с керосином, а обрабатываемую поверхность – керосином, при этом обеспечивается шеро- ховатость поверхности Ra = 0,16…1,25 мкм.
Дробеструйная обработка применяется для повыше-
ния прочности деталей, работающих в условиях ударной нагрузки, предупреждения их растрескивания при работе в коррозионных средах, а также для повышения маслоудер- живающих свойств обработанной дробью поверхности.
246
Сущность этого процесса заключается в том, что об- рабатываемую заготовку подвергают многочисленным уда- рам дробинок из чугуна, стали, алюминия или стекла. Чу- гунную или стальную дробь применяют для обработки стальных изделий, а алюминиевую или стеклянную – для обработки изделий из цветных сплавов.
Глубина упрочненного слоя обычно не превыша- ет 2 мм. Толщина этого слоя возрастает с увеличением диаметра дроби и ее скорости и падает с увеличением твердости материала обрабатываемой заготовки. Твер- дость поверхности, обработанной дробью, возрастает.
Эффективность дробеструйной обработки зависит от размера дроби (диаметр 0,4–2 мм), скорости ее движе- ния (60–100 м/с), угла между направлением полета дроби и плоскостью, проходящей через ось обрабатываемой по- верхности, и продолжительностью обработки (устанавли- вается экспериментально).
Для выполнения этой операции применяют механи- ческие и пневматические дробеструйные устройства (дав- ление воздуха 5–6 атм).
Выбор режима обработки поверхности существенно влияет на качество обработанной поверхности. При пра- вильно выбранном режиме обработки обеспечивается уп- рочнение поверхности и шероховатость поверхности
Ra = 0,16…1,25 мкм.
Неправильно выбранный режим (особенно чрезмер- ная продолжительность обработки) может привести к воз- никновению в поверхностном слое чрезмерно больших на- пряжений, шелушения, трещин, а при обработке чугуна – даже к разрушению поверхностного слоя детали.
247
11.2. Физико-механическая обработка поверхностей
Детали из жаропрочных, титановых и других трудно- обрабатываемых материалов обрабатываются физико-меха- ническими методами.
В практике нашли применение электроэрозионный, электрохимический, ультразвуковой и лучевой методы об- работки.
При этих способах обработки съем металла и фор- мообразование поверхности детали происходит под воз- действием электрической, лучевой или химической рабо- чих энергий без преобразования их в механическую, теп- ловую или другие виды энергий воздействия.
Электроискровая обработка основана на использо-
вании электрической энергии путем направленного воздей- ствия импульсных электрических разрядов на обрабаты- ваемую поверхность. Это явление называется электриче- ской эрозией. При этом явлении происходит плавление, испарение и гидродинамический выброс расплавленного металла из зоны обработки. Электроискровая обработка осуществляется в жидкой среде-диэлектрике – масле или керосине. В результате электрического разряда в эрозион- ном промежутке между двумя электродами (деталью «+» и инструментом «–») в локальном участке возникает тем- пература более 3000 °С. Под воздействием этой температу- ры происходит гидродинамический выброс расплавленной или испарившегося металла заготовки с образованием кра- тера на поверхности заготовки.
Электроискровая обработка применяется для форми- рования сложных фасонных деталей, например лопаток авиационных двигателей из жаропрочных титановых спла- вов, или для изготовления вырубных штампов из твердых сплавов.
Для обработки лопаток из жаропрочных сплавов ре- комендуется применять следующие режимы: напряже- ние 20–30 В, сила тока 30–50 А.
248
Производительность электроискровой обработки за- висит от теплофизических параметров материала заготовки, свойств межэлектродной среды, силы тока, напряжения и частоты импульсов. Наилучшей обрабатываемостью об- ладают магний, алюминий, а наихудшей – твердые сплавы, молибден и вольфрам.
На рис. 11.7 приведены некоторые схемы, иллюстри- рующие возможности электроискровой обработки.
Рис. 11.7. Схемы электроискровой обработки:
а– прямолинейного отверстия; б – криволинейного;
в– отверстия сложной конфигурации
Деталь 3 помещается в ванну, заполненную диэлек- трической жидкостью 2 (керосином или индустриальным маслом) и подключается к положительному полюсу, а элек- трод 1, имеющий требуемую профильную форму обраба- тываемого отверстия, подключается к отрицательному по-
люсу (см. рис. 11.7, а).
В качестве материала для изготовления профильных инструментов-электродов обычно используются: пористая медь МПГ-7, МП-75, МН-80, вольфрам ВА-3, медный сплав МЦ-4, латунь ЛС59, серый чугун, алюминий и его сплавы Д1, АК7, АЛ3, АЛ5.
С помощью поворачивающегося дугообразного элек- трода 1 (см. рис. 11.7, б) можно обрабатывать криволиней- ные отверстия.
При вырезке в пластинах отверстий сложной конфигу- рации применяют проволочные электроды (см. рис. 11.7, в).
249
Проволочный электрод, к которому подключен отрицатель- ный полюс, медленно перемещается по замкнутому контуру. Заготовка со столом станка получает требуемые перемеще- ния в горизонтальной плоскости по определенной программе.
Анодно-механическая обработка осуществляется в ре-
зультате электрохимического, теплового и механического воздействия на обрабатываемую заготовку. Процесс анодно- механической обработки производится в электролите, состав которого зависит от марки обрабатываемого материала. Ре- жущий инструмент – вращающийся диск из листовой стали или меди толщиной 1,0–1,5 мм – исполняет роль катода, а обрабатываемая заготовка является анодом. Электролит подается в зону обработки. Электрический режим выби- рают в зависимости от диаметра разрезаемой заготовки. Например, при разрезании прутка диаметром 20 мм при- меняются следующие режимы: напряжение от 20–28 В, сила тока 40–45 А, скорость на периферии вращения ме- таллического диска диаметром 400–700 мм составляет 15– 25 м/с, давление металлического диска на заготовку от 0,5 до 2,0 МПа, расход электролита 8–10 л/мин.
Анодно-механическую обработку применяют при за- точке твердосплавных инструментов на специальных стан- ках для анодно-механической заточки типа 3623, 3Е6249, 3672. На этих станках все операции (черновая, получисто- вая, чистовая) производятся с одной установки, изменяются только режимы обработки. В качестве инструмента исполь- зуется диск диаметром 150–200 мм при частоте враще-
ния 1250–1440 об/мин.
Электрохимическая размерная обработка основана на явлении анодного растворения металла при прохожде- нии электрического тока через электролит. Электролиты – это вещества, обладающие ионной проводимостью. При электрохимической обработке в качестве электролитов обычно применяют водные растворы солей, кислот, осно-
250