Конспект_Тема_15. 4 Особенности физических явлений при зубонарезании. Режимы резания
 Скачать 1.05 Mb.
|
|
108 4.6.4. Особенности физических явлений при зубонарезании. Режимы резания При зубонарезании скорость резания находится в пределах от 10 до 60 м/мин. в зависимости от модуля нарезаемых колес и харак- тера обработки — черновая или чистовая. Зуборезные инструменты работают в зоне сравнительно тонких стружек, поэтому зуб изнашивается в основном по задней поверхно- сти и неравномерно. Допустимый износ по задней поверхности у вершины зуба 2 1 8 0 , , max з h мм для черновой обработки и 4 0 1 0 , , max з h — для чистовой. При фрезеровании червячной фрезой скорость v определяется как при обычном фрезеровании, а подача задается перемещением фрезы в миллиметрах за один оборот заготовки o S . Подача на один оборот фрезы z K S S o ф (мм/об), где K — число заходов червяч- ной фрезы, z — число зубьев нарезаемого колеса. Глубина резания t при зубофрезеровании равна глубине впа- дины зубьев нарезаемого колеса. Скорость резания V при зубодолблении линейная. Подача кр S зубодолбления представляет собой длину дуги начальной окружно- сти нарезаемого колеса (долбяка), отнесенную к одному двойному ходу долбяка, она обозначается в мм/дв.ход. Глубина резания при зубодолблении равна глубине впадины колеса, если нарезание происходит за один проход, или меньше глубины впадины в соответствии с числом проходов. Для расчетов режимов резания используются рекомендуемые нормативы и эмпирические формулы. 4.7. Шлифование Шлифование — технологический метод обработки металлов, позволяющий получать на деталях поверхность высокого качества с высокой точностью размеров. Шлифование выполняется особым видом инструментов шли- фовальным кругом. Шлифовальный круг не имеет явно выраженных лезвий и режет абразивными зернами из минералов, имеющих слу- чайную форму и взаимное расположение. 109 4.7.1. Общие сведения о шлифовании При шлифовании в резании участвуют одновременно большое число абразивных зерен, каждое из которых срезает небольшой слой металла, после чего на поверхности остается царапина, сово- купность этих царапин и образует обработанную шлифованием по- верхность. Шлифование применяется для чистовой обработки деталей и позволяет получить точность размеров до 7 6 квалитетов с шеро- ховатостью 32 0 08 0 , , Ra мкм. В зависимости от взаимного движения круга и заготовки, а также используемого оборудования существуют разные виды шли- фования. Круглое наружное шлифование (рис. 65, а) осуществляется вращательным движением шлифовального круга со скоростью реза- ния v . Заготовка вращается с окружной подачей окр S . Заготовке со- общается также возвратно-поступательное движение вдоль её оси параллельно оси шлифовального круга — продольная подача прод S По окончании цикла возвратно-поступательного движения действует прерывистое движение поперечной подачи поп S Круглое внутреннее шлифование (рис. 65, б) происходит при вращении круга со скоростью V и заготовки с окружной подачей окр S вокруг параллельных осей. Движения продольной прод S и по- перечной подачи поп S происходят так же, как при наружном круг- лом шлифовании. Плоское шлифование (рис. 65, в) выполняется шлифовальным кругом, вращающимся со скоростью V . Заготовке сообщается воз- вратно-поступательное движение подачи прод S . В промежутках между возвратно-поступательными движениями заготовки шлифо- вальному кругу сообщается прерывистое движение поперечной по- дачи поп S . После обработки всей плоскости шлифовальный круг пе- ремещается вертикально с вертикальной подачей верт S Торцовое шлифование и заточка (рис. 65, г) осуществляется торцем шлифовального круга, вращающегося со скоростью V . Заго- товка совершает возвратно-поступательное движение продольной подачи прод S , в промежутках между этими движениями заготовке сообщается прерывистое движение поперечной подачи поп S 110 Рис. 65. Виды шлифования: круглое наружное (а), внутреннее (б), плоское (в), торцовое, заточка (г) 4.7.2. Шлифовальный круг как режущий инструмент. Абразивные материалы. Связки и твёрдость круга Шлифовальный круг состоит из множества абразивных зерен, выполняющих роль режущих зубьев, и вещества, соединяющего все абразивные зерна в единую конструкцию, имеющую определённую форму, размеры и прочность. Для нормальной работы шлифоваль- ного круга между абразивными зернами и связующим веществом должны оставаться промежутки (поры), представляющие впадины между зубьями, в которых размещается стружка (рис. 66). От соотношения этих трёх составляющих зависят режущие свойства шлифовальных кругов. а) б) в) г) поп S V окр S прод S окр S V поп S прод S прод S V верт S поп S прод S поп S V 111 Рис. 66. Срезание стружки абразивными зернами Содержание зёрен в объёме круга определяет его структуру: плотную ( 3 0 N ), среднюю ( 8 4 N ), открытую ( 12 9 N ) и очень открытую ( 20 13 N ). Для алмазных и эльборовых кругов характеристикой структуры является концентрация зерен. При 100 %-ой концентрации алмаз- ная или эльборовая составляющая занимает 1/4 объёма рабочего слоя круга, остальной объём — связка, наполнители и поры. Для выполнения шлифовальных операций используются круги различной формы (рис. 67) и разных размеров. Рис. 67. Формы шлифовальных кругов В шлифовальных кругах используются обычно абразивные зёрна искусственного изготовления. Они обладают высокой твёрдо- стью, термо- и износостойкостью наряду с высокой стабильностью их физико-механических характеристик. В зависимости от химического состава зерна имеют различную окраску, геометрическую форму и физико-механические свойства. Наиболее распространёнными являются следующие абразивные ма- териалы: S V 112 Электрокорунд: нормальный белый легированный: хромистый титанистый 12А, 13А, 14А, 15А, 16А 22А, 23А, 24А, 25А 32А, 33А, 34А 37А Монокорунд 43А, 44А, 45А Карбид кремния: чёрный зелёный 53С, 54С, 55С 63С, 64С Алмазы: природные синтетические А, АМ, АН АСО, АСР, АСВ, АСК, АСС Кубический нитрид бора (КНБ, эльбор) ЛО, ЛП Основу электрокорундов составляю кристаллы оксида алюми- ния (Al 2 O 3 ). В зависимости от добавок изменяются его свойства и цвет. Карбид кремния (SiC) и карбид бора (В 4 С) получают спеканием в электропечах кварца и каменного угля или борной кислоты и нефтяного кокса соответственно. Природные алмазы применяют редко из-за дороговизны. В ос- новном используются синтетические алмазы. Размеры зёрен абразивных материалов определяются поняти- ем зернистости. По зернистости зерна распределяются на три груп- пы: шлифовальные зерна (200…16 с размерами от 2,5 мм до 0,16 мм); шлифовальные порошки (12…4, размеры 0,16…0,04 мм) и мик- ропорошки (М40…М5, размеры 40…3 мкм). Абразивные материалы обладают разной абразивной способ- ностью, которая характеризуется отношением массы снятого мате- риала к массе израсходованного шлифовального материала. Для алмаза она равна 1,0, для электрокорунда — 0,2. Для придания шлифовальным кругам формы и размеров в их состав входит связующие вещества — связки. Связки бывают неор- ганические (около 60 % инструментов), органические (около 39 %) и металлические (около 1 %). Неорганические связки бывают керамические (самые распро- странённые), обозначающиеся К1, К2…К8; и редко используемые магнезиальные и силикатные. Органические связки подразделяются на бакелитовые (Б1, Б2, БЗ), вулканитовые (В1, В2, ВЗ) и глифталиевые. 113 Шлифовальные круги на керамической связке влаго- и темпе- ратуроустойчивы, но отличаются хрупкостью. Органические связки придают кругам прочность и эластич- ность, но при нагреве выше 200 °С быстро разрушаются. Металлические связки состоят из алюминиево-медно-цинковых сплавов. Они высокопрочные, но препятствуют самозатачиванию круга. Применяются для алмазных и эльборовых кругов. Под твёрдостью абразивного инструмента понимается условная величина, характеризующая свойство абразивного инструмента со- противляться нарушению сцепления между зернами и связкой. По твердости абразивные инструменты делятся на мягкие (М1, М2, М3), среднемягкие (СМ1, СМ2), средние (С1, С2), среднетвёрдые (СТ1, СТ2, СТЗ), твёрдые (Т1, Т2), весьма твердые (ВТ1, ВТ2) и чрезвычайно твёрдые (ЧТ1, ЧТ2). В процессе шлифования абразивные зерна изнашиваются, воз- растают силы резания, которые выламывают изношенные зерна из режущей поверхности круга. Это приводит к обновлению режущей поверхности: вступают в работу неизношенные зерна — происходит самозатачивание круга. Шлифование твёрдых материалов производится мягкими шли- фовальными кругами. Чем мягче обрабатываемый материал, тем тверже выбираются круги. Круги с твёрдостью ВТ и ЧТ используют для неточных обдирочных операций (например, очистка литья). 4.7.3. Геометрия абразивных зерен. Потеря режущей способности шлифовального круга и его правка Абразивные зёрна, выполняющие в шлифовальных кругах функции режущих зубьев, имеет неправильную геометрическую форму. Расположение зёрен в массе круга также не упорядочено — каждое зерно может занимать любое случайное пространственное положение. Поэтому геометрические угловые параметры поверхно- стей на режущих лезвиях абразивных зёрен имеют случайный, ве- роятностный характер и могут колебаться в широких пределах (рис. 68). Наибольшая частота значений передних углов 75 ° , задних — 12 ° Характерной особенностью шлифования является большое от- рицательное значение передних углов, чем объясняются наклёп и остаточные напряжения сжатия на обработанной поверхности. 114 Рис. 68. Геометрия абразивных зёрен (а). Плотность вероятности значений передний и задних углов (б) В процессе шлифования образовавшаяся стружка частично удаляется из зоны резания, а частично остается в объёмах пор. Че- рез некоторое время поры на поверхности круга оказываются за- полненными обрабатываемым материалом. Это явление называется засаливанием круга, который в этом случае теряет свою режущую способность Для возвращения шлифовальному кругу режущей способности после засаливания и износа режущих лезвий абразивных зёрен, а также для придания кругам заданной формы, производится их прав- ка. Предварительную правку осуществляют металлическими звёз- дочками или монолитными твёрдосплавными дисками. Чистовую правку выполняют обкатыванием фасонными роликами, выполнен- ными из твёрдого сплава или алмазных материалов. Наиболее каче- ственно правка шлифовальных кругов выполняется алмазными ка- рандашами. 4.7.4. Разные методы абразивной обработки (полирование, доводка и др.) Помимо наиболее распространённого метода абразивной обра- ботки — шлифования, существуют и другие методы чистовой обра- ботки, а именно: хонингование; суперфиниширование; полирование; доводка. Хонингование — процесс чистовой обработки обычно цилин- дрических отверстий, выполняемой многолезвийными инструмента- а) б) V 115 ми из абразивных материалов (брусками) (рис. 69, а). При этом между инструментом и обрабатываемой поверхностью обеспечива- ется постоянное трение и одновременно изменяется направление продольного движения (рис. 69, б). Поверхность характеризуется параллельными, перекрещивающимися рисками (рис. 69, в). Хонин- гование выполняется инструментом, называемым хоном на специ- альных хонинговальных станках. Точность хонингования 2…5 квали- теты, шероховатость 3 0, z R мкм. Рис. 69. Хонингование: кинематика (а), изменение направления продольного движения (б), сетка следов (в) Суперфиниширование — метод точной обработки резанием обычно наружных цилиндрических поверхностей, используемый для улучшения качества поверхности и её круглости (рис. 70, а). Процесс осуществляется на специальных суперфинишных станках и позволяет получить качество обработки такое же, как и при хонинговании. Доводка и полирование поверхности происходит в результате взаимного перемещения детали и инструмента с помощью специ- альных нанесённых на поверхность детали или инструмента абра- зивных паст и при постоянном изменении направления относитель- ного движения (рис. 70, б). Рабочее движение абразивного зерна заключается в перекаты- вании между инструментом и поверхностью детали. Доводкой обрабатываются плоскости, наружные и внутренние цилиндрические поверхности. В качестве инструментов используют- ся притиры. Для обработки применяются доводочные станки, обес- печивающие необходимые движения заготовки и инструмента, а а) б) в) прод S поп S V 116 также соответствующие усилия при обработке. Точность обработки доводкой 1,0 мкм и шероховатость 2 0, z R мкм. Рис. 70. Суперфиниширование (а). Доводка и полирование (б) В полировании различают два основных способа: первый предназначен для получения поверхностей с минимальной высотой микронеровностей, второй должен обеспечить не только минималь- ную высоту микронеровностей, но и плоскостность или параллель- ность поверхностей. В первом случае в качестве инструментов ис- пользуются войлок, синтетические материалы, фольга, насыщаемые полировальной пастой, во втором — полировальные круги из меди или сплава с сурьмой также насыщаемые полировальной пастой. Точность обработки в этом случае: плоскострость — 0,15 мкм, шероховатость — 2 0, z R мкм, плоскопараллельность — 0,2 мкм. 4.7.5. Особенности физических явлений при шлифова- нии. Режимы резания Процесс шлифования значительно отличается от обработки лезвийным инструментом и имеет свои особенности; основные из них: многопроходность, что способствует исправлению формы и размеров детали; резание большим количеством абразивных зёрен, различ- ных по форме (изометричные, промежуточные, пластин- чатые, игольчатые), геометрии, ориентированию, глубине залегания; на 1 мм 2 поверхности круга, в зависимости от рассматриваемого уровня залегания (5…50 мкм), распола- гается 2…12 зёрен; а) б) V l S P S V 117 съём стружки и контактные явления происходят при особых геометрических параметрах лезвий (зёрен), характеризую- щихся отрицательными передними углами ( 55 45... ср °), углами при вершине ( 115 92... ср ), радиусами округления режущей кромки ( 25 5... ср мкм); способность абразивных зёрен снимать небольшие по толщине стружки (до десятых долей микрометра); объём стружки, снимаемый единичным зерном, может быть в не- сколько сотен тысяч раз меньше, чем, к примеру, одним зубом фрезы; лишь 8…12 % абразивных зёрен, расположенных на по- верхности шлифовального круга являются активными, т. е. участвуют в съёме стружки и процессах упруго- пластической деформации; способность зёрен к самозатачиванию, в результате их выкрашивания и появлению новых режущих кромок; обработка при высоких скоростях резания (30…70 м/с); высокие контактные температуры в зоне резания (до 1000…1500°С). Скорость шлифования (м/с) определяется по формуле: 60 1000 n D V , где D — диаметр шлифовального круга, мм; n — частота вращения шлифовального круга, об/мин. Производительность шлифования пропорциональна диаметру кру- га, поэтому критерием выбора скорости служит прочность круга, крити- ческой скоростью для которого является обычно скорость 30 м/сек. Вы- сокоскоростное шлифование — при 30 V м/с допустимо при использо- вании специальных кругов на металлических связках или армированных. Поскольку используется максимально возможная скорость шлифования, шлифовальные станки имеют одну, в крайнем случае, — две частоты вращения круга. Режимы резания при шлифовании определяются по традици- онной методике, с использованием эмпирических формул и практи- ческих рекомендаций по выбору разных параметров. Достаточно сложной задачей является выбор характеристики шлифовального круга. Для выбора оптимального варианта существуют рекомендации, содержащиеся в справочной литературе. |