7.Способы и методы обработки поверхностей

деталей машин

Получение заданных форм, размеров и шероховатости поверх-

ностей деталей машин достигается обычно соответствующей обра- боткой заготовок. Доминирующее значение в современном машино- строении имеет удаление металла в виде стружки (обработка резани- ем); применяется также обработка пластическим деформированием, термическая и химико-термическая обработка. Наряду с обработкой на станках используется и слесарная обработка особенно в единичном и мелкосерийном производстве, а также при ремонтных работах для пригонки сопрягаемых деталей машин.

Предварительная обработка литых и кованых заготовок пре- дусматривает удаление заусенцев, пригара, прибылей и напусков. Очистка производится на обдирочно-шлифовальных станках, круп- ные заготовки обрубаются пневматическими зубилами, зачищаются шлифовальными машинками.

Очистку поверхностей производят также вращающимися прово- лочными щетками или в дробеструйных камерах. Мелкие заготовки очищают большей частью в очистных вращающихся барабанах, в струе рабочей жидкости, состоящей из кальцинированной соды, воды, и направляемой под давлением на поверхность обрабатываемой заго- товки. Поковки и штамповки из высокоуглеродистых сталей, чугун- ные и стальные отливки подвергают зачастую термической обработке (отжигу или нормализации) для улучшения структуры и обрабаты- ваемости.

Заготовки подвергаются обработке:

*) металлическими инструментами: резцами, в том числе вибро-

резанием, фрезами, сверлами, зенкерами, развертками, протяжками и т.д.

2) абразивными инструментами: шлифованием, в том числе об- работка алмазными кругами, хонингованием, суперфинишем, ульт- рофинишем, притиркой, полированием, шлифованием и полировани- ем лентами, обработкой абразивной струей.

3) без удаления металла: термической и химико-термической, пластическим деформированием (упрочняющая технология) - обкатывание поверхностей роликами и шариками; обработка отверстий

шариками, оправками и раскатками; а также дробеструйный наклеп.

Электромеханическая обработка подразделяется на электроме-

ханическое точение и электромеханическое сглаживание.

Электромеханическое точение осуществляется в условиях ме- стного нагрева снимаемого слоя металла при подводе в зону резания электротока большой силы (3*0-*000 А) и малого напряжения (1-* В). Нагревом охватывается зона перед режущей кромкой резца, что сни- жает силы резания и благоприятно сказывается на уменьшении шеро- ховатости обработанной поверхности.

Электромеханическое сглаживание основано на деформирова- нии роликом или полировальником скользящего трения микронеров- ностей поверхности с подогревом ее электротоком. Получается шеро-

ховатость поверхности R_a=0,3*. Сочетание теплового (температура в

зоне контакта достигает 800-900C) и силового воздействия изменяет

структуру и механические свойства поверхностного слоя (на глубину 0,1-*,1* мм), повышая его твердость и износостойкость.

Электроэрозионная обработка предназначена для обработки особо труднообрабатываемых конструкционных материалов с помо- щью электрических разрядов, причем к заготовке подводится поло- жительный заряд, а к электроду - отрицательный заряд.

Электроэрозионная обработка может выполняться четырьмя

способами:

*) Электроискровая обработка основана на использовании кратковременных искровых зарядов с частичным их переходом в ду- говой разряд получаемых от электрического генератора импульсов. Деталь и инструмент помещаются в диэлектрическую жидкость, ко- торая препятствует расширению зоны действия разряда, способствуя концентрации тепловой энергии на малом участке поверхности. Тем-

пература достигает 10000C и вызывает быстрый износ электродов-

инструментов. Метод малопроизводителен, т.к. продолжительность паузы между разрядами в *-10 раз превышает продолжительность са- мого разряда.

2) При электроимпульсной обработке специальный генератор дает более продолжительный и мощный разряд, что снижает темпера-

туру до 40*0-5000C и уменьшает износ инструмента. Производи-

тельность повышается в десятки раз. Этим методом можно обрабатывать сложные фасонные поверхности с точностью до 0,*3-0,05 мм и

отверстия с точностью 0,01-0,0* мм.

3) При анодно-механической обработке для создания кратко- временных разрядов используется быстрое перемещение инструмента относительно обрабатываемой заготовки. Инструментом служит либо вращающийся металлический диск, либо движущаяся бесконечная металлическая лента или проволока, к которой подводиться отрица- тельный заряд. В зону обработки подается электролит, который соз- дает на поверхности заготовки токонепроводящую изолирующую пленку. При соприкосновении заготовки с инструментом он на не- больших участках удаляет пленку и в этих местах возникают кратко- временные дуговые разряды.

4) При электроконтактном способе для создания кратковре- менных разрядов также используется быстрое перемещение инстру- мента относительно обрабатываемой заготовки. Однако электролит не применяется, и процесс осуществляется преимущественно в воздухе. Скорость перемещения инструмента в 2,5-3 раза больше, чем при анодно-механическом способе. Этот способ позволяет подводить к месту обработки очень большие мощности, измеряемые сотнями кВт. Однако на заготовке остается слой оплавленного металла (глубиной 1-1,5 мм), для удаления которого требуется дополнительная механи- ческая обработка.

Электрогидравлическая обработка основана на анодном рас- творении металла с прокачкой электролита между заготовкой и элек- тродом. Этот метод характерен применением постоянного тока на- пряжения 12-25 В, дешевизной электролита (водный раствор пова- ренной соли), отсутствием износа электродов (прокачка электролита предупреждает оседание металла на инструменте-катоде) и большой производительностью обработки, не зависящей от размеров и мате- риала заготовок. Электрогидравлическая обработка обеспечивает точность сложных заготовок - 0,1 мм при глубине дефектного слоя приблизительно равном 0,005-0,05 мм и шероховатость обработан-

ной поверхности *_a=2,5-1,25.

Электроабразивная обработка основана на электрохимическом

растворении твердого материала при механическом удалении продук- тов растворения из зоны обработки. Отличается этот метод от анодно- механической обработки тем, что используется только один инстру- мент - электропроводный абразив, являющийся одновременно и ка- тодом, и инструментом, удаляющим анодную пленку. Электро-абразивная обработка обеспечивает R_a=0,08-0,04 и производитель-

ность 20-25 мм³/мм при обработке твердосплавных материалов.

При ультрозвуковой обработке вибрирующий с определенной амплитудой и частотой инструмент перемещается перпендикулярно к обрабатываемой поверхности. В зону обработки вводится суспензия абразива. Ультразвуковые колебания образуют в жидкости кавитаци- онные пузырьки, захлюпывание которых вызывает гидравлические удары, разрушающие твердые и хрупкие материалы. Наличие абрази- ва ускоряет разрушение материала. Разрушенный материал удаляется из зоны обработки вместе с циркулирующей суспензией абразива. Инструмент внедряется в обрабатываемую заготовку и воспроизводит в ней отверстие соответствующей формы и размера. Применяется также ультразвуковое шлифование и хонингование.

Для ведения ультразвуковой обработки применяют станки, ра- ботающие в диапазоне частот 15-30 кГц с амплитудой колебаний - 0,05 мм и выходной мощностью 0,*-10 кВт. Этим методом обрабаты- вают сложные профили в твердых и хрупких материалах (тантал, мо- либден, алмаз, стекло, фарфор и т.д.), при этом обеспечивается 6-7

квалитет точности и шероховатость R_a=0,16-0,04.

Обработка металлов электронным лучом осуществляется в ва-

кууме на установках, позволяющих создавать концентрированный поток электронов по направлению к обрабатываемой заготовке. На- правление потока электронов корректируется электромагнитными ка- тушками и собирается в фокус электромагнитной линзой. Рабочая

температура достигает 6000C, что приводит к испарению металла,

образуя в заготовке отверстие диаметром 0,001 мм или прорезь ши- риной до 0,0* мм с ровными краями. Метод позволяет обрабатывать разнообразные материалы с высокой степенью точности.

При обработке дуговой плазменной струей температура дости-

гает 15000C. Этим методом можно резать, наносить покрытия и вы-

полнять другую обработку заготовок из разнообразных материалов- проводников, полупроводников и диэлектриков. Кроме разделитель- ной резки, можно осуществлять строгание плоскостей, подготовку под сварку кромок листов из нержавеющей стали и других металлов и сплавов.

Обработка с применением квантовых генераторов (лазеров). Оптический квантовый генератор (лазер) состоит из активного веще- ства (например, кристалла синтетического рубина с примесью хрома длинной 50 мм и диаметром 5 мм), объемного резонатора, образованного двумя полупрозрачными зеркалами, источника питания и источ-

ника возбуждения - спиральной стеклянной трубки, мощной газораз- рядной лампы, которая обвивает кристалл рубина.

Чередующимися вспышками лампы атомы хрома в рубиновом кристалле возбуждаются и переводятся на более высокий энергетиче- ский уровень. В рубине возникает избыток возбужденных атомов. Посторонний квант, встретившись с насыщенным энергией атомом, выбивает у него квант, и вдоль кристалла летят уже два кванта, кото- рые по дороге выбивают все новые и новые кванты, т.е. процесс при- обретает характер лавины. Торцы кристалла рубина тщательно отпо- лированы, и один из них полупосеребрен, а второй посеребрен и яв- ляется зеркалом. Кванты со скоростью света летят от торца к торцу и, благодаря все нарастающей мощности, наконец, прорываются через полупосеребренный торец в виде тонкого красного луча, обладающе- го высокой монохроматичностью (одноцветностью). С помощью линз при непрозрачной преграде возникает световое давление, достигаю- щее миллиона атмосфер. Лазер работает импульсами продолжитель- ностью 1,5 тысячной доли секунды. Лазером прошиваются алмазы, сапфиры толщиной в несколько миллиметров. Луч лазера использует- ся для сварки, плавки, испарения вещества, разрезки и т.д. Конструк- тивным недостатком существующих лазеров является низкий КПД - 0,5%.

Электрохимическая обработка. В технологии машиностроения все более тесным становится содружество электричества, химии и механики. Химические реактивы создают на обрабатываемой поверх- ности более мягкую, чем основной металл пленку, электричество ин- тенсифицирует процесс ее образования, а механические установки удаляют нарастающий поляризационный слой. Таким образом, осу- ществляется электрохимические точение, фрезерование, сверление, шлифование.

При электрохимическом шлифовании 9/10 металла снимается за счет электрохимического растворения и 1/10 - абразивом. Обработка удешевляется в 5-10 раз. Повышается качество шлифуемой поверхно- сти, т.к. в зоне резания не возникает больших температур.