Астафьева Е.А. Технология конструкционных материалов

Подождите немного. Документ загружается.

ГЛАВА 10. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ОБРАБОТКИ ЗАГОТОВОК В СОВРЕМЕННОМ МАШИНОСТРОЕНИИ

10.10. Обработка заготовок шлифованием



Технология конструкционных материалов. Учебное пособие -391-

Круглошлифовальный станок представлен на рис. 10.67, а. На верх-

них направляющих станины

8 установлен стол 1. На верхней, поворотной

части

2 стола размещен поворотный суппорт 10 с передней 4, задней 17

бабками и коробкой скоростей

3. На задней части станины расположена

шлифовальная бабка

6 с абразивным кругом 5. Стол станка перемещается в

продольном направлении штоком

11 гидроцилиндра 9. При шлифовании

длинных конических поверхностей заготовка устанавливается в центрах

передней и задней бабок. Верхняя часть стола поворачивается на половину

угла при вершине конуса заготовки. При шлифовании коротких конусных

поверхностей заготовку зажимают в патроне передней бабки, которую

поворачивают на требуемый угол с помощью поворотного суппорта.

Рис. 10.67. Станки шлифовальной группы: а – круглошлифовальный; б – бесцен-

трово-шлифовальный; в – плоскошлифовальный; 1 – стол; 2 – верхняя, поворотная часть

стола; 3 – коробка скоростей; 4 – передняя бабка; 5 – абразивный круг; 6 – шлифовальная

бабка; 7 – задняя бабка; 8 – станина; 9 – гидроцилиндр; 10, 16 – поворотные суппорты; 11

– шток; 12, 14 – механизмы правки; 13 – ведущий круг; 15 – бабка ведущего круга; 17 –

задняя бабка (колонна); 18 – стол ведущего круга; 19 – нож; 20 – магнитная плита

Внутришлифовальный станок имеет аналогичную компоновку. Однако

у него нет задней бабки, а шлифовальная бабка выполнена консольной. Так

как круги для внутришлифовальных работ имеют малый диаметр, механизм

главного движения должен обеспечить высокие обороты шлифовального

круга (до 10 000 об/мин). Производительность внутришлифовальных станков

невысока, так как консольное расположение шлифовальной бабки и консоль-

ное закрепление шлифовального круга не обеспечив

ают необходимой

ГЛАВА 10. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ОБРАБОТКИ ЗАГОТОВОК В СОВРЕМЕННОМ МАШИНОСТРОЕНИИ

10.10. Обработка заготовок шлифованием



Технология конструкционных материалов. Учебное пособие -392-

жесткости системы СПИД. Кроме того, требуется частая правка круга.

Бесцентрово-шлифовальный станок представлен на рис. 10.67, б. На

станине

8 размещена шлифовальная бабка 6 с абразивным кругом 5. На

верхних направляющих станины установлен стол и вертикальная колонна

с поворотным суппортом

16 и бабкой 15 ведущего круга 13. Каждый из

кругов периодически правят с помощью механизмов для правки

12 и 14.

Заготовку устанавливают на нож

19 между шлифовальным и ведущим

кругами, которые выбираются таким образом, чтобы трение между

заготовкой ведущим кругом было больше трения между заготовкой и

шлифовальным кругом. Если необходимо продольное перемещение

заготовки, ведущий круг поворачивают на угол 1–7° относительно оси

заготовки. В результате появляется осевая составляющая силы трения,

которая придает заготовке осевое движение подачи, и гладкие

цилиндрические заготовки (цилиндры, кольца) можно подавать непрерывно,

что резко повышает производительность обработки.

Плоскошлифовальный станок показан на рис. 10.67, в. На попереч-

ных направляющих станины

8 установлена вертикальная колонна 17, по

вертикальным направляющим которой перемещается шлифовальная бабка

с абразивным кругом

5. Круг частично закрыт защитным кожухом. По

горизонтальным направляющим станины перемещается стол

1. Продольные

движения стола осуществляются штоком

11 гидроцилиндра 9. В направляю-

щих стола могут устанавливаться заготовка, машинные тиски, синусные тис-

ки или стол, магнитная плита (стол)

20. На магнитной плите могут разме-

щаться заготовка, синусные тиски или стол.

Базовые поверхности (рис. 10.68

) необходимо предварительно обраба-

тывать. Они должны обеспечивать точную и надежную установку и закреп-

ление заготовки.

Рис. 10.68. Технологические требования к заготовкам, обрабатываемым шлифова-

нием:

1 – обрабатываемая поверхность; 2, 3, 5, 7 – базовые поверхности; 4 – технологи-

ческая канавка;

6 – точные поверхности; 8 – галтель; 9 – проточка

ГЛАВА 10. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ОБРАБОТКИ ЗАГОТОВОК В СОВРЕМЕННОМ МАШИНОСТРОЕНИИ

10.10. Обработка заготовок шлифованием



Технология конструкционных материалов. Учебное пособие -393-

При обработке поверхностей 1 (рис. 10.68) на плоскошлифовальных

станках в качестве базовой необходимо выбрать наиболее развитую

плоскость

2. При базировании в патроне в качестве базовой следует принять

цилиндрическую поверхность

3, при базировании в центрах – центровые

отверстия

5 или установочные фаски 7. Между шейками вала и торцами, из-

за непрерывного осыпания круга, образуется галтель

8. Если галтель

недопустима, следует предусмотреть переходную технологическую канавку

4 для выхода шлифовального круга. Точные поверхности 6 необходимо

разделять проточками

9, которые можно не обрабатывать. Желательно

избегать конструирования поверхностей с большим перепадом диаметров.

При подрезании торца после протягивания шлицов желательно иметь

наружные выточки, которые обеспечат безударную работу резца.

Тенденциями развития современной авиационной и автомобильной

техники являются увеличение скоростей движения, уменьшение удельной

массы (отношение массы машины к ее мощности) и повышение надежности

конструкций. В связи с этим возрастают требования к точности обработки

деталей машин, что связано с применением отделочных (финишных)

операций.

Для отделочных методов обработки характерны небольшие толщины

срезаемого слоя, незначительные силы резания и тепловыделение.

Отделочн

ая обработка позволяет повысить точность обработанной

поверхности, нанести на нее необходимый микрогеометрический рисунок,

повысить эксплуатационные свойства детали.

К отделочным видам обработки относятся: тонкое шлифование; алмаз-

ное точение и фрезерование; хонингование; суперфиниширование; доводка

(притирка); полирование; ленточное шлифование; абразивно-жидкостная

обработка; виброабразивная обработка; магнитно-абразивная обработка.

Тонкое шлифование производят мягкими мелкозернистыми шлифо-

вальными кругами на больших скоростях резания (от 35 м/с) с обильной пода-

чей СОТС. 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

технологи

ческой системе СПИД с постепенным уменьшением силы резания.

Процесс осуществляется на станках высокой и особо высокой точности,

обеспечивающих плавность хода всех механизмов, высокой жесткости и

виброустойчивости технологической системы СПИД. Тонкое шлифование

требует хорошей фильтрации СОТС, чтобы исключить попадание абразива и

стружки в зону шлифования.

Прецизионная обработка (тонкое точение и растачивание, алмазное

ГЛАВА 10. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ОБРАБОТКИ ЗАГОТОВОК В СОВРЕМЕННОМ МАШИНОСТРОЕНИИ

10.11. Отделочные операции



Технология конструкционных материалов. Учебное пособие -394-

точение, тонкое фрезерование) характеризуется высокими скоростями реза-

ния (100–1000 м/мин), малыми подачами (0,01–0,15 мм/об), малой глубиной

резания (0,05–0,3 мм) при высокой виброустойчивости технологической

системы СПИД. Стальные заготовки с прерывистой обрабатываемой поверх-

ностью (наличие пазов, шлицов, отверстий), детали из высокопрочных

сталей и чугуна обрабатывают при скоростях резания до 50 м/мин (при

применении инструментов с режущей част

ью из сверхтвердых материалов

скорость резания можно повысить до 150 м/мин). Рекомендации по

применению инструментальных материалов приведены в табл. 7.18.

Прецизионная обработка позволяет получить шероховатость

поверхности Ra 0,02–0,63 мкм, точность по 5–9-му квалитетам.

Хонингование – отделочный метод обработки внутренних поверхнос-

тей абразивными брусками.

Хонингование применяется в условиях серийного и массового произ-

водства после операций растачивания, развертывания, протягивания и шли-

фования для повышения точности формы, размера и снижения шерохова-

тости поверхности отверстий, создания специфического микропрофиля

обработанной поверхности. Обработку производят с помощью абразивных

или алмазных брусков, закрепленных в хон

инговальной головке (хон).

Бруски, закрепленные на хонинговальной головке, совершают возвратно-

поступающие движения вдоль оси обрабатываемого отверстия (рис. 10.69,

а).

Хону, как правило, сообщают три движения: вращение, возвратно-

поступательное перемещение и радиальное движение подачи. При вибраци-

онном 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.

а б в

Рис. 10.69. Развертка обработанной поверхности: а – схема хонингования

отверстия;

б − обычное хонингование: 1, 2 − нижнее и верхнее положение брусков

соответственно;

3 – смещение бруска на один шаг; h – перебег; t – шаг смещения брусков;

в – вибрационное хонингование

ГЛАВА 10. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ОБРАБОТКИ ЗАГОТОВОК В СОВРЕМЕННОМ МАШИНОСТРОЕНИИ

10.11. Отделочные операции



Технология конструкционных материалов. Учебное пособие -395-

На рис. 1

0.69, а показана развертка обработанной поверхности и схема

образования сетки. Нижнее

1 и верхнее 2 положения абразивных брусков

устанавливают с перебегом

h, который необходим для точной обработки

отверстия. Минимальные отклонения формы получаются при перебеге

равном 0,33 длины бруска, и длине бруска, равной 0,5–0,75 длины

обрабатываемого отверстия. При каждом двойном ходе бруски оказываются

в положении

3, т. е. смещаются на шаг t. Можно менять угол наклона сетки.

При вибрационном хонинговании вид сетки изменится (рис. 10.69,

б).

По характеру крепления брусков в хоне различают хоны с подпружи-

ненными брусками (при обработке отверстий не исправляются такие погреш-

ности формы, как непрямолинейность оси отверстия) и хоны с жестким

креплением брусков (при обработке происходит исправление всех

погрешностей формы, но точность обработки ниже).

Хонинговальные бруски изготавливают из электрокорунда, карбида

кремния или синтетических алмазов.

Суперфиниширование – отделочный метод обработки наружных по-

верхностей мелкозернистыми абразивными брусками, совершающими коле-

бательные движения с амплитудой 2–5 мм и частотой до 2000 двойных ходов

в минуту.

Метод применяют для отделочной обработки трущихся поверхностей,

когда необходимо повысить их эксплуатационные свойства. Суперфиниши-

рованием обеспечивается малая шероховатость (Ra 0,05–0,6 мкм), уменьше-

ние погрешностей формы до 0,3 мкм, нанесение на поверхность оптималь-

ного микрогеометрического рисунка, сглаживание верхушек микронеровнос-

тей (увеличение площ

ади фактической опорной поверхности).

К преимуществам суперфиниширования можно отнести простоту

применяемого оборудования, возможность использования универсальных

токарных или шлифовальных станков, головок-вибраторов, высокую

производительность и простоту автоматизации процесса.

Сущность процесса суперфиниширования состоит в микрорезании об-

рабатываемой поверхности одновременно большим количеством мельчай-

ших абраз

ивных зерен (до 10 000 зерен/мм

). При этом снимаются тончайшие

стружки (до 0,01 мм), а скорость съема металла достигает 1–1,5 мкм/с.

Большинство зерен не режет, а пластически деформирует металл –

микронеровности сглаживаются, и поверхность получает зеркальный блеск.

Разновидностью суперфиниширования является микрофиниширование,

характеризуемое большими давлениями на брусок и жесткой фиксацией брус-

ков, 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 при-

тира. Эта наиболее трудоемкая отделочная операция выполняется на малых

ГЛАВА 10. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ОБРАБОТКИ ЗАГОТОВОК В СОВРЕМЕННОМ МАШИНОСТРОЕНИИ

10.11. Отделочные операции



Технология конструкционных материалов. Учебное пособие -396-

скоростях при переменном направлении рабочего движения притира и позво-

ляет получить шероховатость обработанной поверхности Rz 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 0,5–2 мкм.

Полумеханическую доводку выполняют при помощи электрических или

пневматических доводочных приспособлений. Главное движение

выполняется приспособлением, а движение подачи – от руки.

Механическая притирка применяется в крупносерийном и массовом

производстве на специальных притирочных станках.

Сущность доводки (притирки) заключается в сочетании химического

воздействия кислой среды пасты с механическим воздействием абразива.

Полирование – это заключительная операция механической обработки

заготовки, выполняемая с целью уменьшения шероховатости поверхности и

придания ей зеркального блеска. Полирование обеспечивает шероховатость

поверхности Ra 0,02–0,16 мкм, Rz 0,05–0,1 мкм.

Операция осуществляется механическими, химическими, электромеха-

ническими и другими методами. Различают полирование кругами, лентами,

абразивно-жидкостную, виброабразивную и магнитно-абразивную обработку.

Полирование мягкими абразивными кругами применяется при декора-

тивной окончательной отделке деталей или при подгот

овке поверхности под

гальванические покрытия. В процессе полирования обрабатываемая поверх-

ность заготовки под давлением прижимается к рабочей поверхности вращаю-

щегося абразивного круга, на которой закреплен слой абразива или нанесена

полировальная паста. Обработка ведется на простых по конструкции или

универсальных станках, с помощью ручных полировальных машин.

Промышленностью выпускаю

тся следующие виды полировальных кру-

гов: лепестковые, эластичные, войлочные, тканевые, бумажные, фетровые,

хлопчатобумажные, гибкие и др.

Лепестковые полировальные круги различаются по способу крепле-

ния абразивных лепестков в ступице круга.

Армированные неразборные круги с клеевым креплением лепестков

(рис. 10.70,

а) предназначены для декоративно-полировальных работ. Круги

состоят из двух штампованных фланцев

1 и приклеенных к ним (и между

собой) лепестков

2. В качестве клея применяется композиция на основе

эпоксидной смолы.

Армированные разборные круги с клеевым соединением лепестков и

механическим креплением блока с арматурой (рис. 10.70,

б) применяются на

универсальных плоскошлифовальных и круглошлифовальных станках. Круги

состоят из алюминиевой ступицы

4, двух фланцев 1, стягивающих болтов 3 и

ГЛАВА 10. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ОБРАБОТКИ ЗАГОТОВОК В СОВРЕМЕННОМ МАШИНОСТРОЕНИИ

10.11. Отделочные операции



Технология конструкционных материалов. Учебное пособие -397-

набора лепестков 2. Предварительную установку и крепление лепестков

осуществляют при помощи кольцевых выступов фланцев, входящих в

радиусные пазы лепестков. Лепестки связаны в единый блок при помощи

композиции на основе эпоксидной смолы.

Рис. 10.70. Лепестковые полировальные круги: а – армированные неразборные; б –

армированные разборные; в – торцевые; г – безарматурные; 1 – фланец; 2 – лепесток; 3 –

болт; 4 – ступица; 5 – планшайба

Торцевые лепестковые круги (рис. 10.70, в) состоят из сборной план-

шайбы

5 и набора лепестков 2, закрепленных в планшайбе при помощи

композиции на основе эпоксидной смолы. Торцевой круг имеет угол поднут-

рения торца лепестков 8–10°. При установке круга лепестки разворачиваются

в радиальном направлении в сторону вращения круга на этот угол. Лепест-

ковые круги диаметром до 500 мм можно изготавливать безарматурными

(рис. 10.70,

г).

Войлочные круги обладают большой эластичностью, хорошо подают-

ся правке, достаточно прочно удерживают нанесенные на них абразивные

порошки и пасты. Войлочные круги подразделяются на тонкие, полугрубо-

шерстные и грубошерстные. Первые применяются при обработке ответствен-

ных деталей машин и приборов, вторые – для полирования хирургических

инструментов, деталей точных измерительных приборов, стекла. В осталь-

ных случаях применяются грубошерстные круги.

Тканевые полировальные круги являются наиболее распространен-

ными. Их изготавливают диаметром 150–500 мм. Скорость резания равна 80–

85 м/с.

Гибкие полировальные круги. Наиболее прогрессивным полиро-

вальным инструментом являются гибкие полировальные круги, отличаю-

щиеся от обычных абразивных кругов большой эластичностью, высокой

ГЛАВА 10. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ОБРАБОТКИ ЗАГОТОВОК В СОВРЕМЕННОМ МАШИНОСТРОЕНИИ

10.11. Отделочные операции



Технология конструкционных материалов. Учебное пособие -398-

термостойкостью и механической прочностью. Они изготавливаются прессо-

ванием и вулканизацией смеси каучукосодержащих связок с абразивными

зернами.

Полировальные пасты и суспензии. При полировании применяются

абразивные пасты и суспензии, изготавливаемые в основном по техническим

условиям потребителей.

Полировочные пасты содержат мягкие абразивы: оксиды железа, хрома,

алюминия, венскую известь, маршалит; зернистость составляет менее 1 мкм.

В состав паст также входят плавкие связки, смазывающие вещества и

поверхностно-активные вещества (ПАВ). В качестве связки используются

стеарин, парафин, воск, олеиновая кислота, вазелин, свиной жир (лярд).

Смазывающим материалом служат керосин, бензин, вода, трансформаторное

или иные масла. В ка

честве ПАВ обычно используются олеиновая или

стеариновая кислота.

По консистенции пасты подразделяются на твердые (Т) и мазеобразные

(М), по концентрации – на повышенные (П) и нормальные (Н), по смывае-

мости – на смываемые органическими растворителями (О), смываемые водой

(В), смазываемые органическими растворителями и водой (ВО).

Наибольшее применение в промышленности получили пасты ГОИ

(Государственный оптическ

ий институт), воздействие которых на обрабаты-

ваемую поверхность одновременно и механическое, и химическое. Номер

пасты соответствует ее абразивной способности.

Суспензии состоят из микропорошка и жидкости. В зависимости от

условий обработки концентрация микропорошка составляет от 1:5 до 1:1.

Приготовление суспензий достаточно просто: вначале смешивают

жидкие компоненты (керосин, веретенное масло, стеарин), затем при

непрерывном помешивании добавляют абразивный порошок.

Абразивно-жидкостная обработка, применяемая для полирования

сложных фасонных поверхностей, заключается в подаче на обрабатываемую

поверхность суспензии под давлением и с большой скоростью. Абразивн

ые

зерна, срезая выступы микронеровностей, создают эффект полирования. При

подаче суспензии с воздухом повышается производительность обработки, но

увеличивается шероховатость поверхности.

ГЛАВА 10. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ОБРАБОТКИ ЗАГОТОВОК В СОВРЕМЕННОМ МАШИНОСТРОЕНИИ

10.11. Отделочные операции



Технология конструкционных материалов. Учебное пособие -399-

Рис. 10.71. Установка для абразивно-жидкостной обработки:

1 – суспензия; 2 – бак; 3 – рабочая камера; 4 – сопло; 5 – насос

Установка для абразивно-жидкостной обработки (рис. 10.71

) состоит из

рабочей камеры

3 с обрабатываемой заготовкой, твердосплавного сопла 4 для

подачи абразивной суспензии

1 из бака 2 и насоса 5. Наибольший съем

металла получается при угле наклона сопла 45°.

Виброабразивная обработка. 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). Рабочая среда и заготовки при этом перемещаются,

совершая колебания в двух плоскостях и медленное вращение всей массы. В

рабочей среде детали расположены хаотично и занимают случайно

положение, что обеспечивает равномерную обработку всех поверхностей.

Большое количество микроударов поддерживает заготовки во взвешенном

состоянии, благодаря чему исключается образование грубых забоин и

повреждений. Обработку можно производить всухую или с подачей жидкого

раствора, который обеспечивает удаление продуктов изнашивания,

равномерное распределение заготовок по объему контейнера и химико-

механический процесс съема мет

алла.

Магнитно-абразивное полирование (МАП) применяется для полиро-

вания плоских, цилиндрических или фасонных поверхностей заготовок из

магнитных и немагнитных материалов. За 10–40 с достигается шерохова-

тость обработанной поверхности Ra 0,032–0,2 мкм, исправляются погреш-

ности геометрической формы.

Сущность магнитно-абразивной обработки заключается в следующем.

Заготовкам, помещенным в магнитное силовое поле, сообщают вращательное

круг

ГЛАВА 10. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ОБРАБОТКИ ЗАГОТОВОК В СОВРЕМЕННОМ МАШИНОСТРОЕНИИ

10.11. Отделочные операции



Технология конструкционных материалов. Учебное пособие -400-

движение вокруг оси и осциллирующее 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 СОТС. Магнитное поле выпол-

няет роль связки, формирующей из отдельных абразивных зерен эластичный

абразивный инструмент, и обеспечивает силовое воздействие, с помощью

которого абразиву сообщаются нормальные и тангенциальные си

лы резания.

Рис. 10.72. Установка для магнитно-абразивной обработки: 1 – трафарет; 2 – крон-

штейн; 3 – токосъемник; 4 – шпиндель; 5 – оправка; 6 – контактные кольца; 7 – электро-

магнитный индуктор; 8 – катушки электромагнита; 9 – заготовка; 10 – рабочая плита; 11 –

прокладка; 12 – стол

СОТС – носитель поверхностно-активных веществ. В зоне обработки

возникает процесс электролиза. Анодное растворение поверхностного слоя

заготовок ускоряет процесс обработки. Анодное растворение поверхностных

слоев абразива обеспечивает их самозатачиваемость.

Схема установки для магнитно-абразивного полирования приведена на

рис. 10.72

. Между столом 12 станка и рабочей плитой 10 установлена

немагнитная, неэлектропроводная прокладка

11. На рабочей плите размеща-

ются трафарет

1 и заготовки 9. На шпиндель 4 станка надета оправка 5 с

корпусом электромагнитного индуктора

7 и катушками 8 электромагнита.

Напряжение на катушки электромагнита подается через контактные кольца

токосъемником

3, установленным на кронштейне 2.

Магнитно-абразивное полирование происходит с подачей в зону

обработки 5–10%-ного раствора эмульсола марки Э-2 в воде. Абразивные

порошки для МАП должны обладать высокой магнитной индукцией

насыщения, магнитной проницаемостью, абразивными свойствами,

теплопроводностью, химической стойкостью и низкой электропроводностью.