Материаловедение. Учебник для студентов высших учебных заведений Арзамасов В. Б., Волчков А. Н
 Скачать 4.56 Mb.
|
|
Обработка заготовок зубчатых колес на зуборезных станках Нарезание зубчатого венца по своей кинематике является наиболее сложной операцией, в процессе резания необходимо удалить большой объем металла из впадины между зубьями. Зубчатый венец имеет сложную геометрию и высокие сложные нормы точности. Различают два метода формирования рабочего профиля зубьев: копированием и обкаткой. При обработке по методу копирования профиль зуба инструмента должен соответствовать профилю впадины между зубьями нарезаемого венца. Методом копирования нарезают зубчатые венцы модульными дисковыми или пальцевыми фрезами; круговыми протяжками. При обработке по методу обкатки имитируют зацепление зубчатой пары. Причем, одним из элементов пары является режущий инструмент, другим – обрабатываемое зубчатое колесо. Поэтому профили зуба инструмента 448 должен соответствовать профилю зуба пары имитируемого зацепления. Для имитации зацепления зубчатой пары, режущему инструменту и (или) заготовке, помимо основных движений резания и подачи, необходимо придавать дополнительные (обкатные) движения. Метод обкатки обеспечивает непрерывное формообразование зубчатого венца (высокая производительность обработки). Применение жестких, точных станков обеспечивает высокую точность зубонарезания. По методу обкатки зубчатые колеса нарезают: червячными фрезами, долбяками, резцовыми головками, шевингованием. Обработка зубчатых колес модульными фрезами основана на профилировании зубьев фасонным инструментом, модульной дисковой или пальцевой фрезой. Нарезание колес внешнего зацепления режущим инструментом (дисковой фрезой) 3 ( рис. 15.18, а) производится на горизонтальных или универсально-фрезерных станках. Заготовка 1 устанавливается в центрах 2 универсальной делительной головки. В процессе фрезерования впадины между зубьями колеса фрезе сообщают вращательное движение резания, заготовке – движение продольной подачи. После прорезания одной впадины, заготовка поворачивается на угол равный шагу между зубьями (1/z) - «делительный поворот». Теоретически, для каждого модуля и числа зубьев требуется отдельная модульная фреза. На практике ограничиваются комплектом модульных фрез, каждая из которых может быть использована для нарезания колес данного модуля в определенном интервале зубьев. Поэтому нарезаемый зубчатый венец имеет большую погрешность профиля. Деление заготовки производится механической делительной головкой, поэтому нарезаемый зубчатый венец имеет большую погрешность по шагу. Метод малопроизводителен, и имеет низкую точность. Метод используется при нарезании зубчатых венцов в ремонтных мастерских, в единичном производстве или при нарезании крупномульных колес. 449 Рис. 15.18. Обработка цилиндрических зубчатых колес: а – методом копирования; б – методом обкатки D р – главное движение; D s – движение подачи; D Sкр , D Sкр1 , D Sкр2 – обкатные движения; 1/z – делительный поворот. Обработка зубчатых колес червячными фрезами основана на имитации зацепления «рейка - колесо» ( рис. 15.18, б). Режущий инструмент (червячная фреза) 3 представляет собой рейку с зубьями расположенными по винтовой линии (при вращении инструмента имитируется осевое перемещение рейки). Для кинематического обеспечения имитации реечного зацепления заготовке 1 придается обкатное движение D s.кр , Применение прецизионных фрез и жесткого высокоточного оборудования с ЧПУ позволяет получить высокую степень точности. Обработка зубчатых колес долблением основана на имитации зацепления «шестерня - колесо» ( рис. 15.18, б). Режущий инструмент (долбяк) 3 представляет собой зубчатое колесо, зубья которого имеют эвольвентным профиль. Для кинематического обеспечения имитации зацепления: заготовке 1 придается обкатное движение D s.кр1 , долбяку придается обкатное движение D s.кр2 . Для того чтобы исключить трение задних поверхностей зуба долбяка об обработанную поверхность, при обратном ходе долбяк отводят от заготовки на 0,1…0,2 мм (отскок). Зубодолбление – наиболее универсальный метод нарезания цилиндрических колес. Он позволяет нарезать прямо- и косозубые колеса, колеса внешнего и внутреннего зацепления, колеса с буртиками, многовенцовые колеса, шевронные колеса. По 450 производительности, зубодолбление уступает зубофрезерованию червячными фрезами. Обработка зубчатых колес шевингованием основана на имитации зацепления «шестерня - колесо» на скрещивающихся осях. Шевер представляет собой зубчатое колесо с канавками вдоль профиля зубьев (угол наклона зубьев 5 или 15 о ), изготовленное из быстрорежущей стали. Главная и вспомогательная режущие кромки образуют угол резания = 90 о . Поэтому зуб шевера скоблит металл заготовки (бреющее резание или шевингование), снимая тонкие (игольчатые) стружки. При шевинговании снижаются погрешности: профиля, шага зацепления, циклическая погрешность (волнистость), колебание межцентрового расстояния на оборот колеса, улучшается пятно контакта по высоте зуба (по этим показателям обеспечивается пятая, шестая степени точности). В основу зубострогания методом обката положено зацепление двух конических зубчатых колес ( рис. 15.19, а), одно из которых плоское. Нарезаемое коническое колесо 1 находится в зацеплении с производящим плоским коническим колесом 2, зубья которого имеют форму кольцевой рейки. Роль производящего колеса имитируют два строгальных резца 4, образующих впадину между зубьями. Строгальные резцы перемещаются по направляющим люльки 3, вращающейся вокруг оси производящего колеса (D sкр2 ). Резцы попеременно совершают возвратно – поступательные движения по направлению к вершине конусов производящего колеса и заготовки. Для кинематического обеспечения имитации зубчатого зацепления, заготовке придается возвратно - качательное движение (D sкр1 ). В результате сложения главного и обкатного движений на заготовке образуются две неполные впадины и один полностью обработанный зуб. После нарезания одного зуба заготовка отводится от резцов. Направления вращения люльки с резцами и заготовки изменяются, затем они возвращаются в исходное положение (холостой ход). Во время отвода заготовки от резцов, шпиндель бабки изделия поворачивается вместе с заготовкой на угол, равный шагу между 451 зубьями. Цикл нарезания повторяется. Способ позволяет нарезать прямые зубья и используется в мелкосерийном и серийном производстве. Рис. 15.19. Обработка конических зубчатых колес: а – зубостроганием; б - круговой резцовой головкой; 1 – нарезаемое колесо; 2 – производящее колесо; 3 – люлька; 4 – строгальные резцы; 5 – резцовая головка; 6 - ось производящего колеса; D р – главное движение; D х – движение холостого хода; D Sкр1 , D Sкр2 – обкатные движения; 1/z – делительный поворот. Конические колеса с круговыми зубьями нарезают по методу обкатки резцовыми головками. Нарезаемое колесо 1 ( рис. 15.19, б) в процессе обработки находится в зацеплении с плоским коническим колесом 2 (производящее колесо) с круговыми зубьями (круговая рейка). Роль зубьев производящего колеса выполняют резцы 7 резцовой головки 5 вращающейся вокруг оси 6 производящего колеса (обкатное движение – D sкр2 ). При повороте заготовки на один зуб резцовая головка синхронно поворачивается на угол, соответствующий одному зубу. Резцовая головка размещена на вращающейся люльке станка. Люлька вращается до тех пор, пока не будет закончена обкатка профиля одной впадины. После этого, заготовка отводится от резцовой головки, и люлька начинает вращение в обратную сторону. Заготовка продолжает свое вращение в том же направлении. Когда люлька 452 займет исходное положение, заготовка должна будет находиться в угловом положении, соответствующем следующей впадины. Заготовка подводится к резцовой головке, и цикл резания повторяется. Конические колеса с прямым зубом нарезаются: фрезерованием двумя спаренными дисковыми фрезами с прямолинейными кромками; строганием одним резцом с прямолинейными кромками при непрерывном делении заготовки; строганием по копиру одним или двумя резцами; круговым протягиванием. Конические колеса с круговым зубом нарезаются; фрезерованием конической фрезой; круговым протягиванием торцовой резцовой головкой, резцовой головкой врезанием. 15.7. Технологичность деталей машин Под технологичностью любого объекта понимается соответствие свойств этого объекта конкретным условиям его производства, эксплуатации и ремонта. Следовательно, технологичность любой конструкции, это совокупность свойств обеспечивающих оптимальность затрат труда, средств, материалов и времени при технической подготовке ее производства, изготовлении, эксплуатации и ремонта. При конструировании деталей машин необходимо ориентироваться на предполагаемые способы получения ее заготовки, обработки ее поверхностей. Предпочтение необходимо отдавать тем конструкциям, которые обеспечат: наибольший коэффициент использования материала (К м = Q и /Q з , где: Q и - масса изделия; Q з – общая масса заготовок); наименьшую себестоимость изготовления заготовок и обработки поверхностей деталей при заданной производительности и точности обработки; возможность замены ручного труда и автоматизации производства. 453 Деталь, обрабатываемая точением, должна удовлетворять следующим технологическим требованиям ( рис. 15.20). Рис. 15.20. Технологические требования к деталям, обрабатываемым точением: а – нетехнологичные решения; б – технологичные решения. Содержать наибольшее число поверхностей, имеющих форму тел вращения. Масса детали должна быть уравновешена относительно ее оси вращения. Желательно, чтобы обрабатываемые поверхности не имели разрывов (шпоночных пазов, лысок). Вращение неуравновешенной детали, точение прерывистых поверхностей приводят к возбуждению колебаний в технологической системе СПИД, что отрицательно скажется на стойкости режущего инструмента и снизит точность обработки. При конструировании детали необходимо использовать нормальный ряд диаметров и длин, что позволит применить стандартные режущие инструменты. Желательно избегать применения нежестких элементов в конструкции детали (длинные и тонкие шейки, тонкостенные втулки). Точение нежестких заготовок не обеспечивает необходимой точности обработки и требует применения специальных приспособлений (люнетов, много лепестковых цанг). Желательна унификация элементов детали (одинаковые размеры фасок, радиусов закруглений, канавок), что позволяет выполнять одинаковые элементы одним режущим инструментом. Желательно, чтобы обработанная поверхность в начале имела фаску, для постепенного врезания режущего 454 инструмента, и заканчивалась кольцевой канавкой, для свободного выхода режущего инструмента. Неответственные поверхности, несопрягаемые с поверхностями других деталей, можно не обрабатывать, что снижает трудоемкость обработки детали в целом. Обработка деталей с большими перепадами диаметров приводит к неоправданно большим объемам срезаемой стружки или к применению сложных, дорогостоящих заготовок. Желательно расчленить конструкцию детали: отдельно выполнять вал с шейкой, отдельно – кольцо. Затем, кольцо напрессовать на шейку, и при необходимости, произвести совместную чистовую обработку. Желательно заменять сложные фасонные поверхности более простыми. Между фасонной и цилиндрической поверхностями необходимо предусматривать переходную канавку. если деталь заканчивается сферической поверхностью, желательно торец выполнять плоским. Точные внутренние отверстия во втулках надо выполнять с внутренней выточкой, что позволит расточить отверстие с одной установки и одним расточным резцом. Обработка точных глухих отверстий затруднительна, желательно заменять их на сквозные. Затруднительна обработка фасонного дна отверстий, желательно применение вставного дна, что резко упростит обработку. Ступенчатые поверхности детали желательно выполнять с постепенным увеличением (у валов) или уменьшением (у отверстий) диаметров по длине детали. Длины ступеней должны быть одинаковыми или кратными длине самой короткой ступени, что упрощает наладку станка при обработке на многорезцовых автоматах или полуавтоматах. В торцах валов, обрабатываемых в центрах, необходимо предусматривать центровые технологические отверстия. Желательно избегать обработки ребристых поверхностей. Участки, имеющие один размер, но разные допуски, необходимо разграничивать кольцевыми канавками. Острые грани обработанных поверхностей должны быть притуплены или скруглены. Поверхности шеек валов, сочленяемых с отверстиями сопрягаемой детали, должны иметь заходные конусы (фаски). 455 Деталь, обрабатываемая строганием или долблением, должна удовлетворять следующим технологическим требованиям. Обрабатываемые поверхности заготовки, целесообразно оформлять в виде плоскостей или сочетаний плоскостей. Желательно избегать сложных фасонных поверхностей, требующих изготовления специальных копиров. Обрабатываемые поверхности следует располагать в одной плоскости, что позволит обрабатывать их за 1 проход. Перед обработкой поверхности необходимо прострогать фаски под углом 45 о со стороны входа и выхода инструмента, что обеспечит плавное врезание резца в заготовку и предотвратит скалывание края обработанной поверхности при выходе резца. Обрабатываемые поверхности должны обеспечить свободный выход резца в конце рабочего хода. При наличии в направлении главного движения уступов, необходимо предусматривать разделительную канавку для выхода инструмента. Ширина канавки: для поперечно-строгальных станков, 10…15мм; для продольно-строгальных станков, 30…40 мм. При строгании поверхностей расположенных под углом друг к другу, необходимо предусматривать разделительную канавку для выхода инструмента и правильной дальнейшей сборки сопрягаемых деталей в узле. Строгание узких длинных поверхностей необходимо проводить в продольном направлении, так как строгание в поперечном направлении с большим числом двойных ходов в минуту приведет к значительным вибрациям технологической системы СПИД. Нецелесообразно строгать ребристые, прерывистые поверхности, так как это вызовет значительные вибрации технологической системы СПИД. При необходимости обработки таких поверхностей их строгают по длине ребра. При строгании деталей малой жесткости (например: коробчатые конструкции с тонкими стенками) необходимо, для повышения их прочности, предусматривать ребра жесткости. Следует избегать строгания поверхностей, расположенных в углубления. Пазы, обрабатываемые строганием на проход, должны быть открытыми. Ширина обрабатываемого паза должна обеспечивать 456 размещение строгального резца. Желательно пазы выполнять сборными. Желательно, чтобы шпоночные пазы, обрабатываемые долблением, были открытыми. При долблении несквозных шпоночных пазов необходимо предусматривать кольцевые канавки для выхода инструмента. Нецелесообразно обрабатывать долблением длинные поверхности, так как потребуются резцы с большим вылетом, что приведет к значительным деформациям и разрушению резца. Деталь, обрабатываемая сверлением, должна удовлетворять следующим технологическим требованиям. Поверхность, на которой надо просверлить отверстие должна быть перпендикулярной к оси отверстия. В противном случае возможна поломка сверла. С этой целью, у литых деталей предусматриваются специальные плоскости перпендикулярные оси отверстия. У заготовок, полученных методами ОМД, фрезеруют аналогичные уступы. При конструктивной невозможности выполнения этого требования требуется применение специальных, направляющих кондукторных втулок. Высокоточные отверстия желательно выполнять сквозными, а не глухими. Если требуется глухое точное отверстие, то лучше сверлить сквозное, и заглушить его пробкой. Глубокие сквозные отверстия желательно заменить на два неглубоких, расположенных оппозитно, что позволит сверлить их одновременно с двух сторон. Гладкие глубокие отверстия желательно заменять на ступенчатые с постепенным уменьшением диаметра. Желательно не использовать отверстия с пересекающимися осями или с совпадением части их образующей, так как возможна поломка сверл. На заготовках формы тел вращения желательно предусматривать токарную обработку торцов вместо цекования каждой торцевой поверхности бобышек. Деталь, обрабатываемая фрезерованием, должна удовлетворять следующим технологическим требованиям. Фрезеруемые поверхности, лежащие в одной плоскости, должны располагаться на одной высоте, что позволяет обрабатывать их одной фрезой за один проход. При размещении поверхностей на разных уровнях их придется фрезеровать в несколько 457 проходов, опуская или поднимая стол станка. При наличии нескольких рядом расположенных бобышек, желательно объединить их в одну плоскость, что позволит уменьшить вибрации в технологической системе СПИД. Пазы и прорези целесообразно обрабатывать дисковыми фрезами, так как обработка ими производительнее, чем концевыми. Радиус паза необходимо выбирать равным радиусу стандартной фрезы. Для повышения производительности обработки, желательно фрезеровать несколько одинаковых заготовок одновременно. Поэтому вариант заготовок с односторонним выступом предпочтительнее варианта заготовок с двусторонними выступами. Разрезные втулки желательно выполнять с плоскостями разъема, не проходящими через центр отверстия. Ширина прорези должна быть равной ширине стандартной фрезы. Желательно предусматривать равномерную ширину фрезерования по всей длине обрабатываемой поверхности. Неравномерная ширина приведет к неравномерности сил резания, что скажется на размерной точности обработки и приведет к увеличению волнистости обработанной поверхности. При фрезеровании квадратов необходимо предусматривать канавку на выход фрезы. При отсутствии канавки возможно фрезерование только концевой фрезой, что менее производительно и может привести к поломке фрезы. Диаметр прилегающей шейки вала должен быть меньше стороны квадрата. Наружные торцы корпусных деталей легче фрезеровать, чем внутренние. Зубчатые колеса, должны удовлетворять следующим технологическим требованиям. Несимметричное расположение элементов зубчатого колеса и резкие переходы приводят к повышенным деформациям зуба при термической обработке. Термическая обработка колес с симметричными элементами значительно уменьшает деформацию зубьев. Нарезание колес с выступающими ступицами в пакете приведет к увеличению рабочего хода инструмента. Колеса без выступающих ступиц позволяют обрабатывать их пакетом. Зубчатые колеса с близко расположенным высоким буртиком можно обрабатывать только зубодолблением. Если буртик расположить ниже 458 окружности впадин зубчатого венца, то его можно обрабатывать червячными фрезами, круговыми протяжками. Многовенцовые зубчатые колеса с близкорасположенными венцами, затруднительно обрабатывать современными высокопроизводительными методами. Лучше расположить венцы на расстоянии, достаточном для выхода червячной фрезы или круговой протяжки или спроектировать сборное колесо. 15.8. Абразивная обработка деталей машин, шлифование Абразивная обработка (АО) - процесс обработки заготовок резанием абразивным инструментом. Абразивные зерна расположены в режущем инструменте беспорядочно и удерживаются связующим материалом. При придании инструменту движения резания, в зоне его контакта с обрабатываемой поверхностью часть зерен срезает материал заготовки. Обработанная поверхность представляет собой совокупность микроследов воздействия абразивных зерен. Поэтому, иногда, АО определяют, как управляемый износ заготовки. В зависимости от качества обработанной поверхности различают: шлифование и отделочную обработку. Шлифование это чистовая операция, позволяющая получить обработанную поверхность с размерной точностью по 5…7 квалитету и шероховатостью R Z 0,3…2,4 мкм. Скорость резания при АО лежит в пределах 30…100 м/с, поэтому АО – высокопроизводительный процесс. АО позволяет производить чистовую обработку заготовок из различных материалов, имеющих различную твердость (для заготовок из закаленных сталей – это основной способ обработки). Абразивный инструмент, в отличие от другого многозубого лезвийного инструмента, имеет множество режущих лезвий, расположенных хаотично. Единичное зерно шлифовального круга может: располагаться на некотором расстоянии от обрабатываемой поверхности; скользить по обработанной поверхности (скользящие зерна); проникать в обработанную поверхность на 459 небольшую глубину и только пластически деформировать материал заготовки (деформирующие зерна); проникать в обработанную поверхность на глубину достаточную для снятия стружки (режущие зерна). Поэтому, по сравнению с лезвийной обработкой: скользящие зерна создают дополнительное сопротивление резанию (дополнительное трение); деформирующие зерна создают дополнительное сопротивление резанию на упругую и пластическую деформацию поверхностного слоя; режущие зерна так же расположены хаотично (неоптимальные углы резания, например передний угол от -90 о до +30 о ), что приводит к увеличению сил сопротивления резанию. Сила резания, при работе единичного зерна, значительно больше. Но, абразивное зерно работает с малыми глубинами и шириной резания, снимает тонкие стружки, поэтому суммарная сила резания меньше. Температура в зоне резания значительно больше, поэтому возможны структурные превращения металла в зоне резания (прижоги). Стружка сгорает на воздухе в виде снопа искр, что требует дополнительных мер пожарной и санитарной безопасности. Силу резания, как и при лезвийной обработке, можно разложить на три составляющие (P z ; P y ; P x ). Силы и мощность резания рассчитывают по следующим формулам: где: коэффициент C P и показатели степени a, b, c зависят от условия шлифования; S прод - продольная подача на оборот круга; V k - скорость круга в м/с; V заг – скорость заготовки; t – глубина резания, в мм; ή к и ή заг – к.п.д. кинематических цепей приводящих в движение абразивный инструмент и заготовку. В процессе шлифования режущие свойства круга изменяются. Абразивные зерна затупляются, частично раскалываются, выкрашиваются, поры между зернами забиваются отходами шлифования. Поверхность круга теряет свою первоначальную форму. Возрастает сила и температура резания. Точность обработки снижается, увеличивается вероятность прижогов. Однако, при , 60000 ; 1000 ; ЗАГ ЗАГ Z ЗАГ K K Z K и ПРОД a ЗАГ P Z V P N V P N t S V C P 460 выламывании затупившихся зерен, на поверхности круга обнажаются новые, незатупившиеся зерна, т.е. круг частично самозатачивается. В этом смысле очень важна роль связки (вещества закрепляющие зерна). При слабом закреплении зерен, они быстрее выламываются, круг лучше самозатачивается, что удобно при черновом шлифовании, но рабочая поверхность круга быстро теряет свою форму. При чрезмерном закреплении зерен, круг быстро теряет свои режущие свойства, но рабочая поверхность хорошо сохраняется, что удобно при чистовом шлифовании. Для восстановления геометрии круга и его режущих свойств, проводят правку круга. Алмазным или абразивным инструментом снимают часть рабочей поверхности круга. Толщина удаляемого слоя обычно не превышает 0,01…0,03 мм. Различают: геометрическую и физическую стойкость шлифовального круга. Геометрическая стойкость – время (количество обработанных заготовок) непрерывной работы, после которой необходима правка с целью восстановления геометрических параметров рабочей поверхности. Геометрическую стойкость обычно назначают для чистового шлифования, для шлифования фасонных или конических поверхностей. Физическая стойкость шлифовального круга – время (количество обработанных заготовок) непрерывной работы, после которой необходима правка с целью восстановления режущих свойств рабочей поверхности. Физическую стойкость обычно назначают для чернового шлифования. В зависимости от вида обрабатываемой поверхности различают шлифование: круглое наружное и внутреннее; фасонное; плоское. При шлифовании главное движение D р придают абразивному инструменту (шлифовальному кругу). Скорость главного движения определяется по формуле: V к =πD к n к /60000, м/с, где: D к – диаметр шлифовального круга в мм; n к – частота вращения шлифовального круга в об/мин. Для обеспечения цилиндричности обработанной поверхности при круглом шлифовании заготовке придают движение круговой подачи (D д ), скорость которого в м/мин определяется по формуле: V д = πD д n д /1000, м/с, где: D д – диаметр 461 обрабатываемой поверхности в мм; n к – частота вращения заготовки в об/мин. В зависимости от направления движения подачи, придаваемой шлифовальному кругу, различают три основных схемы шлифования: с продольной подачей (D Sпрод ), с поперечной подачей (D Sпоп ), с тангенциальной подачей (D Sт ). В зависимости от способа базирования заготовки различают: шлифование в центрах или в патроне; бесцентровое шлифование; планетарное шлифование. Круглым наружным шлифованием ( рис. 15.21, а) обрабатывают наружную цилиндрическую поверхность валов, колец и втулок. При шлифовании в центрах обрабатывают шейки заготовок 2 ступенчатых и гладких круглых стержней (валов). При наружном бесцентровом шлифовании заготовку 2 не закрепляют в центрах или в патроне. Заготовка опирается на нож 3 и базируется по обработанной поверхности, что существенно повышает точность обработки. Заготовка получает вращение от ведущего круга 4. Скорость движения ведущего круга в 60…100 раз меньше скорости движения шлифующего круга 1. При вращении заготовки от ведущего круга ее скорость (круговая подача) определяется по формуле: V з = π D в .к n в кή cos ά / 1000, где: V з - скорость движения заготовки в м/мин; D в –диаметр ведущего круга в мм; n в – частота вращения ведущего круга в об/ мин; ή - коэффициент, учитывающий проскальзывание ведущего круга и заготовки; ά – угол наклона оси ведущего круга или ножа (направляющей линейки) к оси заготовки, обычно ά = 2…6 о . Скорость продольного перемещения заготовки в мм/мин, равна: S з = π D в n в ή sin ά. При внутреннем шлифовании ( рис. 15.21, б) обрабатывают внутренние цилиндрические сквозные и глухие поверхности валов, колец, втулок, корпусных деталей. При шлифовании в патроне движение круговой подачи осуществляется за счет вращения заготовки со скоростью: V з = π D з n з / 1000, где: V з - скорость движения заготовки в м/мин; D з – диаметр обрабатываемого отверстия в мм; n з – частота вращения заготовки в об/ мин. 462 При внутреннем бесцентровом шлифовании круговая подача осуществляется за счет вращения заготовки со скоростью: V з = π D в n в ή / 1000, где: V з - скорость движения заготовки в м/мин; D в –диаметр ведущего круга в мм; n в – частота вращения ведущего круга в об/ мин; ή - коэффициент, учитывающий проскальзывание ведущего круга и заготовки. Заготовку устанавливают: на двух вращающихся роликах и неподвижной опоре. При внутреннем планетарном шлифовании заготовка неподвижна. Для осуществления движения круговой подачи шпинделю шлифовальной бабки придают дополнительное вращение вокруг оси обрабатываемого отверстия. 15.21. Технологические схемы шлифования: а, б – круглое наружное и внутреннее; в – плоское; D р – главное движение; D s – движение подачи; D в – движение ведущего круга; D д – движение круговой подачи; D sпрод – движение продольной подачи; D sпоп – движение поперечной подачи; D sв – движение вертикальной подачи; D sкруг – движение круговой подачи; 1 – шлифующий круг; 2 – заготовка; 3 – нож; 4 – ведущий круг. 463 Плоским шлифованием ( рис. 15.21, в) обрабатывают наружные плоские поверхности заготовок. Шлифование выполняется периферией или торцом круга. При шлифовании торцом круга колебания инструментального шпинделя меньше влияют на рельеф обработанной поверхности. Поэтому, шлифование торцом обеспечивает большую точность и меньшую шероховатость обработанной поверхности. При плоском шлифовании главное движение придается режущему инструменту – шлифовальному кругу. Движения подачи придаются заготовке и кругу. Заготовку устанавливают на магнитный стол станка или в приспособлениях (например: в тисках, в синусных тисках, на синусной линейке), устанавливаемых на магнитном столе. Плоское шлифование характеризуется наличием: прямолинейной продольной подачи; (при установке заготовок на вращающийся стол – круговой подачей); поперечной подачей и вертикальной подачей. В условиях единичного и серийного производства широко используются универсальные круглошлифовальные и плоскошлифовальные и бесцентрово- шлифовальные станки. Круглошлифовальный станок ( рис. 15.22, а) состоит из станины 9, передней 5 и задней 8 бабок, шлифовальной бабки 7. На верхних направляющих станины установлен стол 2. На верхней части стола установлен поворотный суппорт. На поворотном суппорте установлены: передняя бабка с коробкой скоростей 4; и задняя бабка. На задней части станины размещена шлифовальная бабка со шлифовальным кругом 6. Стол станка перемещается в продольном направлении штоком 1 гидроцилиндра 10. Внутришлифовальный станок имеет аналогичную компоновку. Однако у него нет задней бабки, шлифовальная бабка выполнена консольной. Т.к. круги для внутришлифовальных работ имеют малый диаметр, то механизм главного движения должен обеспечить высокие обороты шлифовального круга (до 10000 об/мин). Производительность внутришлифовальных станков значительно ниже, т.к. консольное расположение шлифовальной бабки и 464 консольное закрепление шлифовального круга не обеспечивают необходимой жесткости системы СПИД. Вдобавок, требуется частая правка круга. Плоскошлифовальный станок показан на рис. 15.22, б. На поперечных направляющих станины 9 размещена вертикальная колонна 12. По вертикальным направляющим 11 колонны перемещается шлифовальная бабка 13 с абразивным кругом 6. Круг частично закрыт защитным кожухом. По горизонтальным направляющим станины перемещается стол 17. Продольные движения стола осуществляются штоком 1 гидроцилиндра 10. На направляющих стола могут устанавливаться: заготовка; машинные тиски, синусные тиски или магнитная плита. На магнитной плите могут устанавливаться: заготовка; синусные тиски или плита. Бесцентрово-шлифовальный станок показан на рис. 15.22, в. На станине 9 размещена: шлифовальная бабка 19 с абразивным кругом 6. На верхних направляющих станины установлен стол 17 с вертикальной колонной 12. На колонне размещены: поворотный суппорт 16 и бабка 15 ведущего круга 14. Каждый из кругов периодически правят с помощью механизмов для правки 13. Заготовку устанавливают на нож 18 между шлифующим и ведущим кругами. Круги выбираются таким образом, чтобы трение между заготовкой и ведущим кругом было больше трения между заготовкой и шлифующим кругом. Если необходимо продольное перемещение заготовки, то ведущий круг поворачивают на угол 1…7 о относительно оси заготовки. 465 Рис. 15.22. Станки шлифовальной группы: а - круглошлифовальный станок; б – плоскошлифовальный станок; в - бесцентрово-шлифовальный станок; 1 – шток; 2 – стол; 3 – верхняя, поворотная часть стола; 4 – коробка скоростей; 5 – передняя бабка; 6 – абразивный круг; 7, 19 – шлифовальная бабка; 8 – задняя бабка; 9 – станина; 10 – гидроцилиндр; 11 – направляющие; 12 - колонна; 13 - механизмы правки; 14 - ведущий круг; 15 - бабка ведущего круга; 16 - поворотный суппорт; 17 - стол ведущего круга; 18 – нож. 15.9. Отделочная обработка деталей машин Отделочная обработка (финишные операции) позволяют получить обработанную поверхность с размерной точностью по 4…5 квалитету и шероховатостью R Z менее 0,3 мкм. В зависимости от вида и объекта приложения, различают отделочные операции: прецизионную обработку; тонкое шлифование, хонингование, супер- и микрофиниширование, доводку (притирку), полирование, виброабразивную и магнитно-абразивную обработку. Прецизионная обработка (тонкое точение и растачивание, алмазное точение, тонкое фрезерование) позволяет получить: шероховатость поверхности – R а 0,02…0,63 мкм; точность по 5…9 квалитету и характеризуется высокими скоростями резания (1,5…15 м/с), малыми подачами (0,01…0,15 мм/об) малой глубиной резания (0,05…0,3 мм) при высокой виброустойчивости технологической системы СПИД. Тонкое шлифование производят мягкими мелкозернистыми шлифовальными кругами на больших скоростях резания (от 35 м/с). Процесс характеризуется снятием малых припусков (0,04…0,08 мм на сторону); малыми подачами (0,005 …0,1 мм/об), частой правкой круга. Перед окончанием обработки шлифовальный круг работает без подачи (выхаживание). При этом съем металла происходит за счет упругих сил в технологической системе СПИД, с постепенным уменьшением силы резания. Процесс осуществляется на 466 станках высокой и особо высокой точности, обеспечивающих плавность хода всех механизмов, высокой жесткости и виброустойчивости технологической системы СПИД. Хонингование – отделочный метод обработки внутренних поверхностей абразивными брусками ( рис. 15.23, а). Хонингование применяется для повышения точности формы, размера и снижения шероховатости отверстий, а так же создания специфического микропрофиля обработанной поверхности в условиях серийного и массового производства после операций растачивания, развертывания, протягивания и шлифования. Обработку производят с помощью абразивных или алмазных брусков, закрепленных в хонинговальной головке (хоне). Хону, как правило, сообщают три движения: вращение D 1 ; возвратно-поступательное перемещение D 2 и радиальное движение подачи. При вибрационном хонинговании, хону или заготовке придают дополнительное круговое или возвратно-поступательное движение с малой амплитудой (1…4 мкм) и частотой до 20 двойных ходов в минуту. Скорость главного движения D 1 для обработки стали составляет 1…2 м/с, для обработки чугуна – 2…3 м/с. Соотношение скоростей движений D 1 и D 2 составляет 1,5…10. По характеру крепления брусков в хоне, различают: хоны с подпружиненными брусками и с жестким закреплением брусков. Хоны с подпружиненными брусками не исправляются такие погрешности формы как «не прямолинейность оси отверстия». При жестком закреплении брусков происходит исправление всех погрешностей формы, но точность обработки ниже. 467 Рис. 15.23. Технологические схемы финишной обработки: а – хонингование; б – суперфиниширование; в – притирка; г – полирование лентами; 1 – заготовка; 2 – стружка;3 – притир; 4 – абразивное зерно; D 1 – главное движение; D 2 – возвратно-поступательное движение;D окр – вращение заготовки; D кол – возвратно-поступательное движение бруска; D sпрод – движение продольной подачи; Р - сила прижима. Суперфиниширование – отделочный метод обработки наружных поверхностей мелкозернистыми абразивными брусками, совершающими колебательные движения с амплитудой 2…5 мм и частотой до 2000 двойных ходов в минуту ( рис. 15.23, б). Суперфиниширование применяют для отделочной обработки трущихся поверхностей, когда необходимо повысить их эксплуатационные свойства. Это достигается благодаря обеспечению: малой шероховатости (R a 0,05…0,6 мкм); уменьшению погрешностей формы до 0,3 мкм; нанесению на поверхность оптимального микрогеометрического рисунка; сглаживанию верхушек микронеровностей (увеличение площади фактической опорной поверхности). К преимуществам суперфиниширования можно отнести: простоту применяемого оборудования; возможность использования универсальных токарных или шлифовальных станков и головок – вибраторов, высокую производительность и простую автоматизацию процесса. Сущность процесса состоит в микрорезании 468 обрабатываемой поверхности одновременно большим количеством мельчайших абразивных зерен (до 10000 зерен/мм 2 ). При этом снимаются тончайшие стружки (до 0,01 мм), одновременно, скорость съема металла достигает 1…2 мкм/с. Большинство зерен не режет, а пластически деформирует металл, при этом сглаживаются микронеровности и она получат зеркальный блеск. Основными рабочими движениями являются: вращение заготовки (D окр ); возвратно – поступательное движение бруска (D кол ) и движение продольной подачи (D прод ). Иногда на брусок накладывают дополнительные ультразвуковые колебания, что позволяет увеличить скорость съема металла и бруски, самозатачиваются. Цикл обработки поверхности суперфинишированием складывается из времен: удаления исходной шероховатости Т 1 ; резания Т 2 ; перехода от резания к трению Т 3 ; полирования Т 4 . Как правило: Т 1 = 0,15…0,2 Т ц ; Т 2 = 0,4…0,5 Т ц ; Т 3 = 0,2…0,25 Т ц ; Т 4 = 0,2…0,25 Т ц Развитием суперфиниширования является микрофиниширование, характеризуемое: большими давлениями на брусок и жесткой фиксацией брусков, что значительно уменьшает погрешности предшествующей обработки. Доводка (притирка) – отделочная операция, при которой съем металла с обрабатываемой поверхности производится абразивными зернами, свободно распределенными в пасте или суспензии, нанесенной на поверхность притира ( рис. 15.23, в). Операция выполняется на малых скоростях и при переменном направлении рабочего движения притира. Эта наиболее трудоемкая отделочная операция позволяет получить шероховатость обработанной поверхности R z 0,01…0,05 мкм, отклонения формы – 0,05…0,3 мкм. Различают доводку: ручную, полумеханическую и механическую. Ручная доводка применяется в единичном и мелкосерийном производстве, а также при обработке деталей сложной формы. Точность и качество обработки зависят от квалификации рабочего. Высококвалифицированный специалист обеспечивает точность формы в пределах от 0,5 до 2 мкм. Машинно-ручная 469 доводка используется в мелкосерийном производстве. Ее выполняют при помощи электрических или пневматических доводочных приспособлений. Главное движение выполняет приспособление, а движение подачи – от руки. Механическая притирка применяется в крупносерийном и массовом производстве на специальных притирочных станках. Сущность доводки – притирки заключается в том, что абразивные зерна 4, находятся в составе связующей жидкости 5, между обрабатываемой поверхностью заготовки 1 и притиром 3. Абразивные зерна вдавливаются в поверхность притира, т.к. он выполнен из более мягкого материала, чем заготовка, и шаржируются в нем. При взаимном перемещении притира и заготовки, абразивные зерна снимают тончайшие стружки 2. Химическое воздействие кислой среды пасты сочетается с механическим воздействием абразива. Под воздействием кислоты, обработанная поверхность покрывается окисной пленкой. Вначале микронеровности соприкасаются с притиром по малой контактной площади. Срезаются окисные пленки с выступов микронеровностей. Этот этап характеризуется большими удельными давлениями и пластическим деформированием выступов микронеровностей. С увеличением контактной площади, давление уменьшается, снижается толщина снимаемого слоя. При этом снимаются только окисные пленки. Притирка внутренней цилиндрической поверхности заготовки 1 осуществляется притиром 7 в виде разжимной втулки с прорезями. Притиру сообщают возвратно-вращательное движение D 1 и возвратно-поступательное движение D 2 . Возможно равномерное дополнительное вращение заготовки. Притирка осуществляется вручную или на металлорежущих станках. Аналогичная схема и движения применяется при притирке наружных внутренних цилиндрических поверхностей. В качестве притира используется кольцо с прорезями. Полирование – это заключительная операция механической обработки заготовки, выполняемая с целью уменьшения шероховатости поверхности и придания ей зеркального блеска. Полирование обеспечивает шероховатость 470 поверхности R a 0,16…0,02 мкм; R z 0,1…0.05 мкм. Эта отделочная операция осуществляется механическими, химическими, электромеханическими и другими методами. Различают: полирование кругами; полирование лентами; абразивно-жидкостную обработку; виброабразивную обработку и магнитно- абразивную обработку. При полировании лентами ( рис. 15.23, г) используется гибкий абразивный инструмент – абразивная лента 8. Абразивная лента представляет собой гибкую плоскостную основу (матерчатые ленты) с нанесенным на ее рабочую поверхность абразивным зерном. Абразивные зерна могут работать в условиях жесткого закрепления (абразивная лента) или в режиме податливости (лента с нанесенной на ней абразивной пастой). К преимуществам полирования лентами относятся: постоянство скорости резания; эластичность и упругость ленты; возможность обработки больших поверхностей; отсутствие необходимости в балансировке и правке инструмента; безопасность работы. Абразивно-жидкостная обработка применяется для полирования сложных фасонных поверхностей. Сущность абразивно-жидкостной обработки заключается в подаче на обрабатываемую поверхность суспензии под давлением и с большой скоростью. Абразивные зерна, срезая выступы микронеровностей, создают эффект полирования. При подаче суспензии с воздухом повышается производительность обработки, но увеличивается ее шероховатость. Для повышения производительности и качества отделочных операций часто используется вибрационная обработка в абразивной среде. Главное движение резания осуществляют абразивные зерна, совершающие колебания под воздействием внешней возмущающей силы (вибраций). Перед обработкой, заготовки загружаются в контейнер, заполненный абразивной средой. Контейнеру сообщают колебательные движения в двух плоскостях. Частота колебаний – от 50 до 180 КГц. Абразивная среда и заготовки при этом перемещаются, совершая: колебания в двух плоскостях и медленное 471 вращение всей массы. В контейнере детали расположены хаотично и занимают случайное положение, что обеспечивает равномерную обработку всех поверхностей. Большое количество микроударов поддерживает заготовки во взвешенном состоянии, что исключает образование грубых забоин и повреждений. Обработка может протекать всухую или с подачей жидкого раствора. Жидкий раствор обеспечивает удаление продуктов износа, равномерное распределение заготовок по объему контейнера и химико- механический процесс съема металла. Магнитно-абразивному полированию подвергаются плоские, цилиндрические или фасонные поверхности заготовок из магнитных и не магнитных материалов. За 10…40с достигается шероховатость обработанной поверхности R a 0,032…0,2 мкм, исправляются погрешности геометрической формы. Сущность магнитно-абразивной обработки заключается в следующем. Заготовкам, помещенным в магнитное силовое поле, сообщают вращательное движение вокруг оси и оссилирующее движение вдоль оси. Возбуждаемый в сердечниках электромагнита поток пронизывает заготовки в диаметральном направлении. В контейнер с заготовками подается порошок, обладающий абразивными и магнитными свойствами и охлаждающая жидкость. Магнитное поле выполняет роль связки формирующей из отдельных абразивных зерен эластичный абразивный инструмент. Магнитное поле также обеспечивает силовое воздействие, с помощью которого абразиву сообщается нормальные и тангенциальные силы резания. ОЖ – носитель поверхностно-активных веществ. В зоне обработки возникает процесс электролиза. Анодное растворение поверхностного слоя заготовок интенсифицирует процесс обработки. Анодное растворение поверхностных слоев абразива обеспечивает их самозатачиваемость. Контрольные вопросы 1. Что такое главное движение резания? 2. Что такое передняя поверхность режущего инструмента? 472 3. Как влияет угол на процесс резания? 4. Что такое «главная составляющая силы резания»? 5. Что это за материалы: сталь У11А; ТТ8К6, ВШ-75, композит 05? 6. Как рассчитать передаточное отношение винтовой передачи? 7. Что такое автоматизация производства? 8. Какие поверхности обрабатывают точением? 9. На каких токарных станках обрабатывают партии несложных валиков? 10. Чем отличается строгание от долбления? 11. Какие поверхности обрабатывают на строгальных станках? 12. Чем отличается протягивание от прошивания? 13. В каких случаях используют: рассверливание, зенкерование, цекование, развертывание? 14. В чем различие методов обката и копирования при обработке зубчатых венцов? 15. Какими способами можно шлифовать отверстия в корпусных деталях? 16. Что такое хонингование? 17. Какие отделочные методы обработки наружных поверхностей Вы знаете? |