Махаринский Е.И. Технология машиностроения

Подождите немного. Документ загружается.

заданных физико-механических свойств. Спекание представляет сложный ком-

плекс большого количества физико-химических явлений, протекающих одно-

временно или последовательно при нагревании заготовок. Возможны две раз-

новидности процесса спекания: твердофазное, т.е. без образования жидкой фа-

зы, и жидкофазное, при котором легкоплавкие компоненты смеси порошков

расплавляются. Спекание изделий, спрессованных из порошков, проводят в

среде защитного газа или вакууме. Применение защитных атмосфер обуслов-

лено необходимостью предохранения спекаемых материалов от окисления в

процессе термической обработки, а также восстановления оксидных пленок на

поверхности частиц.

Окисление при спекании крайне нежелательно, так как процесс уплотнения

и упрочнения спекаемых брикетов тормозится и даже останавливается при об-

разовании на поверхности частиц оксидных пленок. Спекаемые частицы могут

окисляться кислородом, содержащимся в защитной атмосфере (например, в ви-

де паров воды) в спекаемом материале в виде оксидов (покрывающих частицы

порошков), в порах спекаемого брикета, а также кислородом воздуха, подсасы-

ваемого через неплотности печи.

Защиту от окисления особенно трудно осуществить при спекании метал-

лов, образующих трудновосстановимые оксиды (хром, титан, алюминий). При

спекании таких металлов требуется тщательная очистка защитного газа от ки-

слорода. Выбор защитной среды сильно зависит от состава спекаемых изделий,

типа печей, экономических факторов и т п. Взаимодействие с атмосферой не

должно приводить к образованию соединений, ухудшающих свойства спечен-

ных тел. В целом атмосфера спекания влияет на десорбцию газов, рафинирова-

ние, восстановление и диссоциацию оксидов, перенос металла через газовую

фазу; образование химических соединений при взаимодействии с материалом

спекаемого тела, поверхностную диффузию атомов и др.

В качестве защитной атмосферы применяют водород, генераторный газ,

диссоциированный аммиак, конвертированный природный газ. инертные газы

(аргон, гелий), азот, эндо- и экзотермические газы, а также вакуум.

Точность изготовления порошковых деталей определяется точностью обо-

рудования, пресс-форм, стабильностью упругих последействий, объемных из-

менений при спекании, износом пресс-форм, ростом линейных размеров при

хранении и т. д.

Точность размеров холоднопрессованных брикетов при уплотнении «по

давлению» соответствует для размеров по высоте 12—14-му квалитетам, для

диаметральных — 6-8му квалитетам: при уплотнении с ограничителем для вы-

сотных размеров соответствует 12-му квалитету, для диаметральных–8–11-му

квалитету. При изготовлении изделий с точностью по 6–7-му квалитетам для

обеспечения допуска соосности детали пресс-формы изготовляют по 3 –6-му

квалитетам.

Спекание приводит к снижению точности размеров на 1–2 квалитета. Точ-

ность размеров поперечного сечения прессовок (круглость, соосность) практи-

чески не зависит от схемы прессования и определяется в основном точностью

пресс-форм.

3. ОБРАБОТКА ТИПОВЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ МАШИН

3.1. Обработка наружных поверхностей вращения

3.1.1. Точение заготовок

Точение применяется для обработки преимущественно поверхностей вра-

щения с помощью резцов. Обработка наружных поверхностей вращения назы-

вается обтачиванием, обработка канавок — прорезанием, обработка торцов —

подрезанием. В зависимости от типа обрабатываемой поверхности используют

различные типы универсальных или специальных резцов. Чаще всего главное вра-

щательное движение сообщается заготовке, которая устанавливается в цен-

трах, в самоцентрирующем патроне, в патроне и центре, в специальном или

специализированном приспособлении, которое крепится к шпинделю станка, а

движения подачи — резцу.

Точение заготовок для валов и других деталей, имеющих форму тел вра-

щения, бывает следующих видов:

черновое (или обдирочное) — с точностью обработки до 12-го квалитета и

с шероховатостью поверхности 160...40 мкм по критерию Rz;

чистовое — с точностью обработки до 8, 9-го квалитетов с шероховато-

стью поверхности до 2,5 по Rа;

чистовое, точное и тонкое — с точностью обработки до 7-го квалитета и с

шероховатостью поверхности до 0,16 мкм по Ra.

Обработку указанных деталей производят на различных станках: токарно-

винторезных (рис. 3.1), токарно-револьверных, многорезцовых, токарно-

карусельных, одношпиндельных и многошпиндельных токарных полуавтома-

тах и автоматах.

Рис. 3.1. Схема токарно-винторезного станка:

1- передняя бабка; 2- суппорт; 3- задняя бабка; 4- станина; 5, 9- тумбы; 6-фартук; 7-ходовой

винт; 8-ходовой валик; 10-коробка подач; 11-гитара сменных шестерен

К наружным поверхностям вращения, обрабатываемым точением, относят

цилиндрические, конические и фасонные элементарные поверхности, а также

прямые и угловые канавки. Частным случаем конической поверхности является

торец.

Формообразование на-

ружных поверхностей осуще-

ствляется резцами, тип кото-

рых зависит от формы по-

верхности и от типа ее грани-

цы. Так открытые цилиндри-

ческие поверхности обраба-

тываются прямыми или ото-

гнутыми проходными резца-

ми с углом в плане ϕ =

30…60°. Чем меньше ϕ, тем

выше стойкость резца. Но чаще всего применяют резцы с ϕ = 45°(рис. 3.2).

Полуоткрытые цилиндрические поверхности обрабатываются проходными

упорными резцами с углом в плане ϕ = 90…93°. Предпочтительнее ϕ = 93°,

чтобы торец формировался не за счет положения режущей кромки, а за счет

поперечной подачи S (рис. 3.3).

Порядок удаления напуска со ступенчатой поверхности необходимо выби-

рать таким, чтобы суммарная длина рабочих и холостых проходов была мини-

мальной. На рис. 3.4 показаны два варианта удаления напуска. В первом случае

общая длина проходов будет

(

)

(

)

,246222

321121321

LLLLLLLLLL

а во втором

(

)

321321

2222 LLLLLLL

Разница

∆

составляет

.24

LLL

∆

Рис. 3.2. Схема обработки прямыми и

отогнутыми проходными резцами

Рис. 3.4. Варианты удаления напуска

Рис. 3.3. Схема обработки

проходным упорным резцом

Следовательно, второй метод организации удаления напуска эффективнее

первого, особенно если

аа

≤

, где

а – допус-

тимая по жесткости и

виброустойчивости глу-

бина резания.

Коническую по-

верхность значительной

длины и относительно

небольшим углом на-

клона

, образующей к

оси (от 1:16 до 1:30),

обрабатывают таким же

инструментом, что и

цилиндрическую, но

при этом поворачивают

ось вращения заготовки

так, чтобы образующая

конуса стала параллель-

на направлению продольной подачи. Это осуществ-

ляется обычно за счет смещения центра задней баб-

ки в горизонтальной плоскости на величину h, зави-

сящую от требуемого угла

(рис. 3.5, а).

sin

⋅

, где

– длина заготовки.

Короткую (не более 30-40 мм) коническую по-

верхность можно обработать поперечной подачей

специальным широким резцом, режущая кромка ко-

торого повернута на заданный угол (рис. 3.5, б).

Кроме того, любую коническую поверхность можно

обработать (ручной подачей), повернув поворотную

плиту 4 верхних салазок 11 на заданный угол (рис.

3.5, в).

Подрезание торца осуществляют либо подрез-

ным резцом, либо проходными (отогнутым или

упорным). Второе предпочтительнее, так как при

этом нет необходимости в смене инструмента, ко-

гда после подрезания торца переходят к обтачива-

нию (рис. 3.6). Фасонное обтачивание, т. е. обра-

ботку поверхностей сложной конфигурации (сфе-

рических, ступенчатых, конических и др.), осуще-

ствляют при обработке фасонными резцами (рис. 3.7),

а также при одновременном перемещении режущего

инструмента в продольном и поперечном направле-

ниях (рис. 3.8, а). Фасонное обтачивание по копиру, контур которого соответст-

Рис. 3.5. Схема обработки конических поверхно-

стей

Рис. 3.6. Подрезка

торца

вует контуру обрабатываемой заготовки (рис. 3.8, б), значительно упрощает об-

работку заготовок. Фа-

сонное обтачивание кон-

тура может также осуще-

ствляться по программе

на станках оснащенных

системой числового про-

граммного управления.

Галтельный переход

от цилиндрической по-

верхности к торцу обра-

батывают проходным

упорным резцом, верши-

на которого имеет скруг-

ление соответствующего

радиуса (рис. 3.7, б).

Рис. 3.8. Схемы обработки фасонных поверхностей:

а– совмещением подач, б– по копиру

Обработка длиной фа-

сонной поверхности, к точ-

ности профиля которой не

предъявляются высокие

требования (14-16 квали-

тет), на токарно- винторез-

ном станке может быть вы-

полнена при одновремен-

ном ручном управлении

продольной и поперечной

подачей остроконечного

фасонного резца (рис. 3.9).

Производительность и ка-

чество обработки зависят от

навыков рабочего. Для повышения производительности опытные рабочие ис-

Рис. 3.7. Схема обработки короткой фасонной

поверхности (а) и галтельного перехода (б)

Рисунок 2.16– Схема обработки неточной длиной

фасонной поверхности

Рис. 3.9. Схема обработки неточной дли-

ной фасонной поверхности

пользуют автоматическую продольную подачу, управляя вручную только попе-

речной. Обработка такой фасонной поверхности осуществляется за несколько

проходов и по частям. Контроль профиля осуществляется шаблоном, для кото-

рого на необрабатываемой и обрабатываемой поверхностях формирует измери-

тельные базы.

Рис. 3.10. Схемы обработки прямых и угловых технологических канавок

Канавки на периферии и на торце заготовки выполняются прорезными

(канавочными) резцами. Канавки могут быть технологическими (для выхода

инструмента при последующей отделочной обработке) или функциональными.

Схемы обработки прямых и угловых технологических канавок приведены на

рис. 3.10. Прямые технологические канавки обрабатываются либо канавочными

резцами соответствующего профиля и ширины, которая обычно равна ширине

канавки (см. рис. 3.10, а и б), или проходным упорным резцом со вспомога-

тельным углом в плане ϕ

= 45°. Для последнего сначала осуществляют вреза-

ние поперечной подачей на глубину канавки, а затем продольной подачей обес-

печивают ее ширину (см. рис. 3.10, в).

Угловая технологическая канавка выполняется канавочным отогнутым

резцом с подачей под углом 45° к оси заготовки. Профиль рабочей части резца

соответствует профилю канавки. Вместо подачи под углом можно использовать

двухэтапную обработку: сначала радиальное врезание на глубину канавки, а за-

тем осевое на такую же глубину в торец. Но при этом ширина резца должна

быть меньше на

⋅

∆

, где

– радиальная (и торцовая) глубина канавки

(рис. 3.10-г).

Функциональные канавки могут быть прямоугольного, трапецеидального

профиля и типа «ласточкин хвост». Кроме того, на торце могут быть Т-

образные канавки. Прямоугольные и трапецеидальные канавки обрабатываются

прорезными резцами соответствующего профиля. Широкие прямоугольные ка-

навки обрабатываются за несколько проходов (рис. 3.11, а). Крупные трапецеи-

дальные канавки часто обрабатываются в три перехода (резцами трех видов,

см. рис. 3.11, б). В несколько переходов обрабатываются также канавки типа

«ласточкин хвост» и Т-образные канавки (см. рис. 3.11, в и 3.11, г).

Рис. 3.11. Схемы обработки функциональных канавок

Деталь отрезается от групповой заготовки отрезными резцами

(рис.3.12).

Обтачивание валов и других деталей (тел

вращения) обычно разделяется на две опера-

ции: черновое (предварительное) и чистовое

(окончательное) обтачивание. При черновом

обтачивании снимают большую часть припус-

ка, обработка производится с большой глуби-

ной резания и большой подачей. При обра-

ботке большого количества деталей (в серий-

ном и массовом производстве) черновое обта-

чивание производится на самостоятельном

станке, более мощном, чем станок для чисто-

вого обтачивания.

При чистовом обтачивании порядок обработ-

ки ступеней вала зависит также от заданных

баз, допускаемой величины погрешностей в

размерах отдельных ступеней и методов из-

мерения длин. При обтачивании вала со значительной разницей в диаметрах

первой (более толстой) стороны и концевой (более тонкой) следует стремиться

как можно меньше ослаблять вал при обработке, т.е. начинать обтачивание со

ступени наибольшего диаметра, а ступень наименьшего диаметра часто бывает

целесообразно обрабатывать последней.

3.1.2. Установка и закрепление заготовок на токарных станках

Для установки заготовки с использованием в качестве реальной технологи-

ческой базы наружной цилиндрической или шестигранной поверхности обычно

используется трехкулачковый самоцентрирующийся патрон. Такой патрон

можно использовать также, если в качестве реальной технологической базы

принята внутренняя цилиндрическая поверхность и прилегающий к ней торец,

Рис. 3.12. Отрезание детали

но диаметр этой поверхности должен быть достаточно большим, чтобы внутри

могли разместиться кулачки.

Четырехкулачковый патрон с независимым перемещением кулачков при-

меняют преимущественно для закрепления заготовок с технологической базой

некруглой формы (квадрат, прямоугольник и т.д.). Кулачки могут быть повер-

нуты на 180° для закрепления за внутреннюю поверхность.

При токарной обработке валов в качестве реальных технологических баз

используются центровые отверстия. В шпинделе передней бабки устанавлива-

ют неподвижный или плавающий центр (рис. 3.13, а, б). При обтачивании на-

ружной конической поверхности в шпинделе передней бабки и пиноли задней

бабки устанавливаются центры со сферической рабочей частью (см. рис. 3.13,

в). Если необходимо подрезать торец заготовки, в пиноль задней бабки уста-

навливают полуцентр (см. рис. 3.13, г). При обычном обтачивании в пиноль

задней бабки устанавливают вращающийся центр (рис. 3.14).

Рис. 3.13. Схемы центров

Передача крутящего момента от шпинделя заготовке осуществляется

пальцем поводкового патрона,

закрепленного на шпинделе, че-

рез хомутик, который закрепля-

ется на заготовке (рис. 3.14). Пе-

редача крутящего момента заго-

товке может осуществляться по-

водковым патроном, зубцы ко-

торого внедряются в торец заго-

товки действием осевой силы,

создаваемой задней бабкой.

Для повышения жесткости

заготовку вала устанавливают в

трехкулачковом патроне и цен-

тре задней бабки или при обта-

чивании длинной цилиндриче-

Рис. 3.14 Токарные хомутики:

а- обычный, б- самозатягивающийся

ской поверхности используют подвижный люнет, который закрепляется на

продольных салазках суппорта (рис. 3.15). Опорные кулачки люнета сдвинуты

по отношению к резцу в сторону задней бабки на 20…30мм.

Если в длинном валу или втулке, наружный диаметр которых не позволяет

их разместить внутри шпинделя, необходимо обработать отверстие, то заготов-

ку устанавливают в трехкулачковый патрон и неподвижный люнет (рис. 3.16),

закрепляемый на направляющих станины.

На рис. 3.17 показана схема обра-

ботки вала при его установке в центрах,

поводковый патрон и хомутик, а также

с применением люнета.

При обработке втулок и дисков,

чтобы обеспечить соосность обрабаты-

ваемых поверхностей с отверсти-

ем, которое служит реальной тех-

нологической базой, заготовку

устанавливают и закрепляют на

оправках различной конструкции.

Оправки могут быть консольны-

ми, когда они своим хвостовиком

(конус Морзе) устанавливаются в

шпинделе, или центровыми, когда

они с закрепленной них заготов-

кой устанавливаются в центрах.

Цилиндрические оправки для

установки заготовок с гарантиро-

ванным зазором (рис. 3.18) конст-

руктивно простые, позволяют

вести многоместную обработку, но не обеспечивают точного центрирования.

Цилиндрические прессовые оправки (рис. 3.19) применяются при необходимо-

сти обеспечить высокую точность взаимного расположения отверстия и обра-

батываемых поверхностей. Используя при запрессовке упорные кольца (на ри-

Рис. 3.15. Подвижный люнет

Рис. 3.16. Неподвижный люнет

Рис. 3.17. Схема обработки вала на токар-

ном станке

100

сунке не показаны), точно ориентируют заготовку по длине оправки. При нали-

чии кольцевой выточки 1 можно подрезать оба торца заготовки. Шейка 2 – на-

правляющая при напрессовке.

Наряду с жесткими применяют раз-

жимные оправки: 1) цанговые; 2) кулачко-

вые; 3) с тарельчатыми пружинами; 4) с

гофрированными центрирующими втул-

ками; 5) с упругой гильзой, которая раз-

жимается изнутри гидропластом; 6) само-

зажимные роликовые. Консольная цанго-

вая и кулачковая центровая оправка пока-

заны на рис. 3.20. Силу закрепления на

этих оправках обеспечивает давление цен-

тра задней бабки.

Консольная оправка с тарельчатыми

пружинами показана на рис. 3.21. При

вращении винта 5 втулка 2 сплющивает

пружину 4. Ее наружный диаметр увели-

чивается, за счет чего происходит центрирование и зажим заготовки.

Схема оп-

равки с гофриро-

ванной центри-

рующей втулкой

показана на рис.

3.22. При сжа-

тии такой втул-

ки также проис-

ходит увеличе-

ние наружного и

уменьшение

внутреннего диаметров.

Рис. 3.18. Консольная оп-

равка с зазором

Рис. 3.19. Схема цилиндрической прессо-

вой оправки

Рис. 3.20. Консольная цанговая и

кулачковая центровая оправки

Рис. 3.21. Консольная оправка с тарельчатыми пружинами