Конспект лекций "Технология обработки конструкционных материалов"
 Скачать 1.32 Mb.
|
 Рис. 19.4. Схемы обработки заготовок на протяжных станках Отверстия различной геометрической формы протягивают на горизонтально-протяжных станках для внутреннего протягивания. Размеры протягиваемых отверстий составляют 5…250 мм. Цилиндрические отверстия протягивают крупными протяжками после сверления, растачивания или зенкерования, а также литые или штампованные отверстия. Длина отверстий не превышает трех диаметров. Для установки заготовки с необработанным торцом применяют приспособление со сферической опорной поверхностью (может самоустанавливаться по оси инструмента), либо упор в жесткую поверхность (рис. 19.4. а). Шпоночные и другие пазы протягивают протяжками, форма зубьев которых в поперечном сечении соответствует профилю протягиваемого паза, с применением специального приспособления - направляющей втулки 3 (рис. 19.4. б). Наружные поверхности различной геометрической формы протягивают на вертикально-протяжных станках для наружного протягивания. Схема протягивания вертикальной плоскости показана на рис. 19.4. в. Наружные поверхности заготовок типа тел вращения можно обрабатывать на специальных протяжных станках рис. 19.4. г. ЛЕКЦИЯ 20 Технологические возможности способов резания Фрезерование Фрезерование - высокопроизводительный и распространенный метод обработки поверхностей заготовок: многолезвийным режущим инструментом - фрезой. Главным движением при фрезеровании является вращение фрезы, а вспомогательным поступательное перемещение заготовки. Движение подачи может быть и вращательное движение заготовки вокруг оси вращающегося стола или барабана (карусельно - фрезерные, и барабанно-фрезерные станки). Каждый режущий зуб при вращении фрезы врезается в заготовку и осуществляет резание только в пределах определенного угла поворота фрезы, а затем вращается в холостую до следующего врезания. Таким образом, особенностью процесса фрезерования является периодичность и прерывистость процесса резания каждым зубом фрезы, при чем процесс врезания зуба сопровождается ударами. По исполнению фрезы делятся на цилиндрические, когда зубья располагаются только на цилиндрической поверхности фрезы и торцевые, у которых режущие зубья располагаются на торцевой и цилиндрической поверхности фрезы. Схемы обработки заготовок на станках фрезерной группы представлены на рис. 20.1.  Рис. 20.1. Схемы обработки заготовок на станках фрезерной группы. Горизонтальные плоскости фрезеруют на горизонтально-фрезерных станках цилиндрическими фрезами (рис. 20.1. а) и на вертикально - фрезерных станках торцовыми фрезами (рис. 20.1. б). Вертикальные плоскости фрезеруют на горизонтально-фрезерных станках торцовыми фрезами (рис. 20.1. в) и торцовыми фрезерными головками, а на вертикально - фрезерных станках - концевыми фрезами (рис. 20.1. г). Комбинированные поверхности фрезеруют набором фрез (рис. 20.1. д) на горизонтально - фрезерных станках. Уступы и прямоугольные пазы фрезеруют концевыми (рис. 20.1. е) и дисковыми (рис. 20.1. ж) фрезами. Шпоночные пазы фрезеруют концевыми или шпоночными фрезами на вертикально - фрезерных станках (рис. 20.1. з). Фасонные поверхности незамкнутого контура с криволинейной образующей и прямолинейной направляющей фрезеруют фасонными фрезами соответствующего профиля (рис. 20.1. и). Пространственно - сложные поверхности обрабатывают на копировально-фрезерных автоматах (рис. 20.1. к). Обработку производят специальной концевой фрезой. Фрезерование ведут по трем координатам: x, y, z (объемное фрезерование). Шлифование Шлифование - процесс обработки заготовок резанием с помощью инструментов (кругов), состоящих из абразивного материала. Абразивные зерна расположены беспорядочно. При вращательном движении в зоне контакта с заготовкой часть зерен срезает материал в виде очень большого числа тонких стружек (до 100000000 в мин). Процесс резания каждым зерном осуществляется мгновенно. Обработанная поверхность представляет собой совокупность микро-следов абразивных зерен и имеет малую шероховатость. Шлифование применяют для чистовой и отделочной обработки деталей с высокой точностью. Главным движением при шлифовании является вращение шлифовального круга, а перемещение круга относительно детали является движением подачи. Различают следующие основные схемы шлифования: плоское, круглое, внутреннее (рис. 20.2). При плоском шлифовании (рис. 20.2. а) возвратно-поступательное движение заготовок необходимо для обеспечения продольной подачи . Для обработки поверхности на всю ширину заготовка или круг должны иметь поперечную подачу , которая осуществляется прерывисто при крайних положениях заготовки в конце продольного хода. Периодически осуществляется движение вертикальной подачи , в крайних положениях заготовки в конце поперечного хода. Плоское шлифование может осуществляться периферией или торцом шлифовального круга. При круглом шлифовании (рис. 20.2. б) движение продольной подачи осуществляется возвратно-поступательным перемещением заготовки. Подача соответствует осевому перемещению заготовки за один ее оборот. Вращение заготовки является движением круговой подачи. Подача на глубину резания происходит при крайних положениях заготовки. Движения, осуществляемые при внутреннем шлифовании показаны на рис. 20.2. в.  Рис. 20.2. Основные схемы шлифования. Для выполнения процесса шлифования наружных поверхностей деталей используются кругло-шлифовальные, плоско-шлифовальные и бесцентрово-шлифовальные станки. Для обработки сложных фасонных поверхностей используются специальные ленто - шлифовальные станки. В ленто-шлифовальных станках применяется инструмент в виде бесконечной абразивной ленты. Лента в процессе шлифования поверхности сложной формы (например: лопатки турбин) огибает сложную поверхность и перемещается в осевом и продольном направлениях. Абразивный слой наносят на бумажную или тканевую основу ленты. Шлифованием обрабатываются только жесткие детали, не формирующиеся в процессе обработки. Данный способ не допускает обработки малых отверстий. Технологические методы отделочной (финишной) обработки поверхностей деталей машин Дальнейшее развитие машиностроения связано с увеличением нагрузок на детали машин, увеличением скоростей движения, уменьшением массы конструкции. Выполнить эти требования можно при достижении особых качеств поверхностных слоев деталей. Влияние качества поверхностных слоев на эксплуатационные свойства огромно, изменяются: износостойкость; коррозионная стойкость; контактная жесткость; прочность соединений и другие свойства. С этой целью широко применяются отделочные методы обработки, для которых характерны малые силы резания, незначительное тепловыделение, малая толщина срезаемого слоя. Хонингование Хонингование применяют для получения поверхностей высокой точности и малой шероховатости, а также для создания специфического микро-профиля обработанной поверхности в виде сетки (для удержания смазочного материала на поверхности деталей). Поверхность неподвижной заготовки обрабатывается мелко-зернистыми абразивными брусками, закрепленными в хонинговальной головке (хоне). Бруски вращаются и одновременно перемещаются возвратно - поступательно вдоль оси обрабатываемого отверстия (рис. 20.3. а). Соотношение скоростей движений составляет 1,5…10, и определяет условия резания.  Рис. 20.3. Схема хонингования. При сочетании движений на обрабатываемой поверхности появляется сетка микроскопических винтовых царапин - следов перемещения абразивных зерен. Угол пересечения этих следов зависит от соотношения скоростей (рис. 20.3. б). Абразивные бруски всегда контактируют с обрабатываемой поверхностью, так как могут раздвигаться в радиальном направлении. Давление бруска контролируется. Хонингованием исправляют погрешности формы от предыдущей обработки, а чистовое - для повышения качества поверхности. Этот процесс осуществляется на специальных хонинговальных установках. Суперфиниширование Суперфиниширование уменьшает шероховатость поверхности, оставшуюся от предыдущей обработки. Получают очень гладкую поверхность, сетчатый рельеф, благоприятные условия для взаимодействия поверхностей. Поверхности обрабатывают абразивными брусками, установленными в специальной головке. Для суперфиниширования характерно колебательное движение брусков наряду с движением заготовки (рис. 20.4).  Рис. 20.4. Схема суперфиниширования Процесс резания происходит при давлении брусков (0,5…3) 105 Па в присутствии смазочного материала малой вязкости. Амплитуда колебаний 1,5…6 мм. Частота колебаний 400…1200 мин - 1. Бруски подпружинены и самоустанавливаются по обрабатываемой поверхности. Соотношение скоростей DSкр к в начале обработки составляет 2…4, а в конце - 8…16. Полирование Полированием уменьшают шероховатость поверхности. Этим способом получают зеркальный блеск на ответственных частях деталей (дорожки качения подшипников) либо на декоративных элементах (облицовочные части автомобилей). Используют полировальные пасты или абразивные зерна, смешанные со смазочным материалом. Эти материалы наносят на быстро - вращающиеся эластичные круги (фетровые) или на колеблющиеся щетки. Хорошие результаты дает полирование быстродвижущимися абразивными лентами (шкурками). При этом одновременно протекают следующие процессы: тонкое резание; пластическое деформирование поверхностного слоя; химические реакции (воздействие на металл химически активных веществ). Схема полирования представлена на рис. 20.5.  Рис. 20.5. Схема полирования. Для процесса характерны высокие скорости, до 50м/сек. Заготовка поджимается к кругу силой Р и совершает движения подачи DSкр и DSпр в соответствии с профилем обрабатываемой поверхности. В процессе полирования не исправляются погрешности формы. Абразивно - жидкостная отделка Данный вид обработки применяется для отделки объемно - криволинейных, фасонных поверхностей. На обрабатываемую поверхность, имеющую следы предшествующей обработки, подают струи антикоррозионной жидкости со взвешенными частицами абразивного порошка. Водно-абразивная суспензия перемещается под давлением с большой скоростью. Частицы абразива ударяются о поверхность заготовки и сглаживают микро - неровности. Интенсивность съема материала регулируется зернистостью порошка, давлением струи и углом под которым подают жидкость. Жидкостная пленка играет важную роль в данном процессе. Зерна, попадающие на выступы, легко преодолевают ее, а зерна, попадающие во впадины - встречают сопротивление, съем материала затрудняется, шероховатость сглаживается. Метод жидкостного полирования успешно применяется при обработки фасонных внутренних поверхностей. Сопло вводится в полость заготовки, которая совершает вращательное и поступательное перемещения в зависимости от профиля обрабатываемой поверхности. ЛЕКЦИЯ 21 Электрофизические и электрохимические методы обработки (ЭФЭХ) Характеристика электрофизических и электрохимических методов обработки Эти методы предназначены в основном для обработки заготовок из очень прочных, весьма вязких, хрупких и неметаллических материалов. Эти методы имеют следующие преимущества: отсутствует силовое воздействие инструмента на заготовку (или очень мало и не влияет на суммарную погрешность обработки); позволяют менять форму поверхности заготовки и влияют на состояние поверхностного слоя: наклеп обработанной поверхности не образуется, дефектный слой незначителен; повышаются коррозионные, прочностные и другие эксплуатационные характеристики поверхности; можно обрабатывать очень сложные наружные и внутренние поверхности заготовок. ЭФЭХ методы обработки являются универсальными и обеспечивают непрерывность процессов при одновременном формообразовании всей обрабатываемой поверхности. Эти методы внедряются в различных отраслях промышленности. Электроэрозионные методы обработки Эти методы основаны на явлении эрозии электродов из токопроводящих материалов при пропускании между ними импульсного электрического тока. Разряд между электродами происходит в газовой среде или при заполнении межэлектродного пространства диэлектрической жидкостью - керосин, минеральное масло. При наличии разности потенциалов на электродах происходит ионизация межэлектродного пространства. При определенном значении разности потенциалов - образуется канал проводимости, по которому устремляется электроэнергия в виде импульсного искрового или дугового разряда. На поверхности заготовки температура возрастает до 10000…12000 0C. Происходит мгновенное оплавление и испарение элементарного объема металла и на обрабатываемой поверхности образуется лунка. Удаленный металл застывает в диэлектрической жидкости в виде гранул диаметром 0,01…0,005 мм. При непрерывном подведении к электродам импульсного тока процесс эрозии продолжается до тех пор, пока не будет удален весь металл, находящийся между электродами на расстоянии, при котором возможен электрический пробой (0,01…0,05 мм) при заданном напряжении. Для продолжения процесса необходимо сблизить электроды до указанного расстояния. Электроды сближаются автоматически с помощью следящих систем. Электроискровая обработка Схема электроискровой обработки представлена на рис.21.1  Рис.21.1 Схема электроискрового станка: 1 - электрод-инструмент; 2 - ванна; 3 - заготовка-электрод; 4 - диэлектрическая жидкость; 5 - изолятор При электроискровой обработке - используют импульсные искровые разряды между электродами (обрабатываемая заготовка (анод) - инструмент (катод)). Конденсатор заряжается через резистор от источника постоянного тока напряжением 100…200 В. Когда напряжение на электродах 1 и 3 достигает пробойного образуется канал, через который осуществляется искровой разряд энергии, накопленной конденсатором. Продолжительность импульса 20…200 мкс. Точность обработки до 0,002 мм, 0,63…0,16 мкм. Для обеспечения непрерывности процесса (зазор =const) станки снабжаются следящей системой и системой автоматической подачи инструмента. Получают сквозные отверстия любой формы поперечного сечения, глухие отверстия и полости, отверстия с криволинейными осями, вырезают заготовки из листа, выполняют плоское, круглое и внутреннее шлифование. Изготовляют штампы и пресс-формы, фильеры, режущий инструмент. Схемы электроискровой обработки представлены на рис.21.2  Рис.21.2 Схемы электроискровой обработки: а - прошивание отверстия с криволинейной осью; б - шлифование внутренней поверхности фильеры Электроискровую обработку применяют для упрочнения поверхностного слоя металла. На поверхность изделия наносят тонкий слой металла или композиционного материала. Подобные покрытия повышают твердость, износостойкость, жаростойкость, эрозионную стойкость и так далее. Электроимпульсная обработка При электроимпульсной обработке используют электрические импульсы большой длительности (5…10 мс), в результате чего происходит дуговой разряд. Большие мощности импульсов от электронных генераторов обеспечивают высокую производительность обработки. Электроимпульсную обработку целесообразно применять при предварительной обработке штампов, турбинных лопаток, фасонных отверстий в детали из коррозионно-стойких и жаропрочных сплавов. Схема обработки показана на рис.21.3  Рис.21.3 Схема электроимпульсной обработки: 1 - электродвигатель; 2 - импульсный генератор постоянного тока; 3 - инструмент-электрод; 4 - заготовка-электрод; 5 - ванна. Электроконтактная обработка. Электроконтактная обработка основана на локальном нагреве заготовки в месте контакта с электродом-инструментом и удалении размягченного или расплавленного металла из зоны обработки механическим способом: относительным движением заготовки или инструмента. Источником теплоты служат импульсные дуговые разряды. Этот вид обработки рекомендуется для крупных деталей из углеродистых и легированных сталей, чугуна, цветных сплавов, тугоплавких и специальных сплавов (рис.21.4).  Рис.21.4 Схема электроконтактной обработки плоской поверхности: 1 - обрабатываемая заготовка; 2 - инструмент-электрод; 3 – трансформатор Этот метод применяют для зачистки отливок от заливов, отрезки литниковых систем, зачистки проката, шлифования коррозионных деталей из труднообрабатываемых сплавов. Электрохимическая обработка Электрохимическая обработка основана на законах анодного растворения металлов при электролизе. При прохождении электрического тока через электролит на поверхности заготовки происходят химические реакции, и поверхностный слой металла превращается в химическое соединение. Продукты электролиза переходят в раствор или удаляются механическим способом. Производительность этого способа зависит от электрохимических свойств электролита, обрабатываемого материала и плотности тока. Электрохимическое полирование. Электрохимическое полирование осуществляется в ванне, заполненной электролитом (растворы кислот и щелочей). Обрабатываемую заготовку подключают к катоду (рис.21.5). Катодом служит металлическая пластинка из свинца, меди, стали (иногда электролит подогревают). |