Лекция №17 Характеристика методов абразивной обработки; обработка заготовок на шлифовальных станках
Характеристика методов абразивной обработки
Шлифование – это процесс обработки заготовок резанием абразивными кругами.
Абразивные зерна расположены в круге беспорядочно и удерживаются связующим материалом. При вращательном движении круга в зоне его контакта с заготовкой часть зерен срезает материал.
С заготовки срезается большое число тонких стружек (до 100 млн. за 1 мин.). Обработанная поверхность представляет собой совокупность микроследов абразивных зерен и имеет малую шероховатость. Часть зерен ориентирована так, что резать не может, но производит работу трения по поверхности резания.
Шлифовальные круги работают успешно на очень больших скоростях – до 30 м/с и более. Процесс резания каждым зерном осуществляется почти мгновенно.
В зоне резания выделяется большое количество теплоты. Мелкие частицы обрабатываемого материала, сгорая, образуют пучок искр, либо оплавляются.
Абразивные зерна могут также оказывать на заготовку значительное силовое воздействия. Происходит поверхностное пластическое деформирование материала, искажение его кристаллической решетки. Деформирующая сила вызывает сдвиги одного слоя атомов относительно другого. Вследствие упругопластического деформирования материала обработанная поверхность упрочняется.
Но этот эффект менее ощутим, чем при обработке металлическим инструментом.
Тепловое и силовое воздействие на обработанную поверхность приводит к структурным превращениям, изменениям физико-механических свойств поверхностных слоев обрабатываемого материала. Так образуется дефектный поверхностный слой детали. Для уменьшения тепловых эффектов материал шлифуют при обильной подаче СОЖ.
Шлифование широко распространено. С его помощью можно производить обработку деталей с высокой точностью. Обработке подвергают различные материалы, а для заготовок из закаленных сталей шлифование является одним из наиболее распространенных методов формообразования. В отдельных случаях шлифование по эффективности соперничает с фрезерованием и точением.
Абразивные инструменты
Абразивные инструменты делят по следующим параметрам:
1. По геометрической форме и размерам.
2. По роду и сорту абразивного материала.
3. По зернистости или размерам абразивных зерен.
4. По связке или виду связующего вещества.
5. По твердости.
6. По структуре или строению круга.
Форма поперечных сечений шлифовальных кругов и их размеры регламентированы ГОСТ, который предусматривает 22 профиля и несколько сотен типоразмеров.
Зерна абразивных инструментов представляют собой искусственные или естественные минералы и кристаллы. Из естественных минералов применяют алмаз, кварц, корунд, наждак, кремень, гранат.
К искусственным минералам относятся:
1. Электрокорунд нормальный (Э).
2. Электрокорунд белый (ЭБ).
3. Монокорунд (М).
4. Карбид кремния зеленый (КЗ).
5. Карбид кремния черный (КЧ).
6. Карбид бора.
7. Борсиликокарбид.
8. Электрокорунд хромистый (ЭХ).
9. Электрокорунд титанистый (ЭТ).
Абразивные материалы отличаются высокой твердостью. Для определения твердости наиболее распространен метод царапания острием одного тела по поверхности другого. Твердость определяют по минералогической шкале.
Зерна абразивного материала разделяют по крупности на группы и номера. Основной характеристикой номера зернистости является количество и крупность основной фракции. Номер зернистости связан с размерами зерна основной фракции (в мкм). При изготовлении инструмента зерна скрепляют друг с другом цементирующим веществом – связками. Наиболее широко применяют инструменты, изготовленные на керамической, бакелитовой или вулканитовой связках.
Керамическую связку делают из глины, полевого шпата, кварца и других веществ путем их тонкого измельчения и смешивания в определенных пропорциях.
Бакелитовая связка состоит в основном из искусственной смолы – бакелита. Вулканитовая связка представляет собой искусственный каучук, подвергнутый вулканизации для превращения его в прочный и твердый эбонит.
Под твердостью абразивного инструмента понимают способность связки сопротивляться вырыванию абразивных зерен с рабочей поверхности инструмента под действием внешних сил.
По степени твердости инструменты делят на семь групп и 16 степеней твердости.
Структура абразивного инструмента характеризует его внутренне строение, т.е. соотношение между объемным содержанием абразивных зерен, связки и пор в единице объема инструмента.
Для шлифования заготовок из твердых сплавов и высокотвердых материалов успешно применяют алмазные круги. Алмазный круг состоит из корпуса и алмазоносного слоя. Корпус делают из алюминия, пластмасс или стали. Толщина алмазоносного слоя у большинства кругов составляет 1,5 – 3 мм.
На шлифовальных кругах наносят условные обозначения, называемые маркировкой. Маркировка необходима для правильного выбора инструмента при проведении конкретной работы. Условные обозначения располагают в определенной последовательности:
1. Абразивный материал и его марка.
2. Номер зернистости.
3. Степень твердости.
4. Номер структуры.
5. Вид связки.
Например, условные обозначения сокращенной маркировки 44А40С26К5 расшифровывают следующим образом:
1. Монокорунд 44А.
2. Зернистость 40.
3. Твердость С2.
4. Структура 6.
5. Связка керамическая разновидности К5.
Используют также более полную маркировку кругов.
Обработка заготовок на шлифовальных станках
Детали современных машин представляют собой сочетание плоских и круговых цилиндрических, конических наружных и внутренних поверхностей. Другие поверхности встречаются редко. В соответствии с формами деталей машин наиболее распространены схемы шлифования, приведенные на рис. 27.
Рис. 27. Основные схемы шлифования:
а – плоское; б – круглое; в – внутреннее.
Для всех технологических способов шлифовальной обработки главным движением резания Vк (в м/с) является вращение круга.
При плоском шлифовании возвратно-поступательное перемещение заготовки является продольной подачей Sпр (в м/мин) (рис. 27. а). Для обработки поверхности на всю ширину b заготовка или круг должны перемешаться с поперечной подачей Sп (в мм/дв. ход). Это движение происходит прерывисто (периодически) при крайних положениях заготовки в конце продольного хода. Периодически производится и подача Sв (в мм) на глубину резания, которая осуществляется также в крайних положениях заготовки, но в конце поперечного хода.
При круглом шлифовании продольная подача происходит за счет возвратно-поступательного движения заготовки (рис. 27. б). Подача Sпр (в мм/об) соответствует осевому перемещению заготовки за один ее оборот. Вращение заготовки является круговой подачей Sкр(в м/мин)
Sкр = π · Dзаг · nзаг/1000,
где nзаг – частота вращения заготовки, об/мин; Dзаг – диаметр заготовки, мм.
Подачу Sп (в мм/дв.ход, мм/ход) на глубину резания для приведенной схемы обработки производят при крайних положениях заготовки.
Движения, осуществляемые при внутреннем шлифовании, показаны на рис. 27. в.
Некоторые трудности вызывает шлифование отверстий малого диаметра. Для обеспечения необходимой скорости резания шлифовальный круг имеет частоту вращения, доходящую до десятков и сотен тысяч в минуту. Шлифование на более низких скоростях не обеспечивает необходимого качества обработки и снижает стойкость кругов.
Лекция №18
Характеристика методов нарезания зубьев на деталях;
обработка заготовок на фрезерных и зуборезных станках
Характеристика методов нарезания зубьев на деталях
В передачах современных машин и приборов широко применяются зубчатые колеса с эвольвентным зацеплением, т.е. такие, у которых боковая поверхность зуба очерчена эвольвентной кривой. Эвольвентой называют траекторию точки прямой, катящейся по окружности без скольжения.
Основной технологической операцией при изготовлении зубчатых колес является обработка их зубьев, на которую затрачивают 50...60% от общей трудоемкости механической обработки.
Нарезание зубьев на зубчатых колесах в производстве осуществляют фрезерованием, долблением, строганием, шлифованием, накатыванием, протягиванием и другими способами.
При изготовлении эвольвентных зубчатых колес различают два метода зубонарезания: копированием профиля режущего инструмента (метод деления) и обкатыванием (метод огибания).
Метод копирования основан на профилировании зубьев фасонным инструментом, профиль режущей части которого соответствует профилю впадины нарезаемого зубчатого колеса.
По методу копирования впадина между зубьями колеса образуется режущим инструментом (резцом, пальцевой или дисковой фрезой, протяжкой, шлифовальным кругом), имеющим профиль режущих кромок, одинаковый с профилем впадины обрабатываемого колеса.
На горизонтально-фрезерном станке (рис. 41) зубчатые колеса по методу копирования нарезают дисковой модульной фрезой. Фреза 3 совершает вращательное движение, а стол станка 5 с нарезаемым колесом и делительной головкой перемещается вдоль оси колеса (продольная подача). После того как впадина зуба профрезерована полностью, стол с заготовкой, посаженной на оправку 2, и делительной головкой отводится в исходное положение, а заготовка 1 с помощью делительной головки 4 поворачивается на один зуб или на один шаг. Далее фрезеруется следующая впадина и т. д.
Рис. 28. Фрезерование зубчатого колеса на горизонтально-фрезерном станке червячной модульной фрезой.
1 – заготовка; 2 – оправка; 3 – червячная модульная фреза; 4 – делительная головка.
При больших модулях размеры дисковых фрез получаются очень большими, поэтому при нарезании зубчатых колес с модулем от 30 до 75 мм предпочитают применять пальцевые фрезы.
Нарезание зубчатых колес методом копирования не обеспечивает высокой точности. Причины этого – погрешности фасонного инструмента и неточности делительных головок. Этот метод применяют для нарезания зубчатых колес невысокой точности.
Зубонарезание методом копирования производят также долблением одновременно всех впадин зубчатого колеса. В качестве инструмента используют резцовую головку, которая имеет столько радиально расположенных фасонных резцов, сколько впадин у нарезаемого зубчатого колеса.
Нарезание одновременно всех зубьев колеса по методу копирования обеспечивает высокую производительность, но в связи со сложностью и высокими требованиями к точности изготовления режущего инструмента этот метод имеет ограниченное применение.
При нарезании зубьев червячной фрезой по методу обкатывания (рис. 29. I) фрезе сообщают вращательное движение в направлении стрелки А и поступательное движение подачи в направлении стрелки В. Одновременно заготовка получает вращательное движение. Благодаря вращательным движениям фрезы и заготовки профили режущих кромок фрезы занимают по отношению к профилю зубьев колес ряд положений (рис. 29. II). Эвольвентные профили зубьев колеса образуются при этом как огибающие ряда положений кромок фрезы.
Другой инструмент, работающий по методу огибания, - режущее зубчатое колесо (долбяк), зубьям которого придана форма, обеспечивающая им режущие свойства. При нарезании зубьев долбяку придают возвратно-поступательное движение в направлении стрелки Н (рис. 29. III). Перемещаясь вниз, долбяк своими зубьями срезает с заготовки металл. Кроме того, долбяк и заготовка вращаются в направлении стрелок В и С. При вращении долбяк делительной окружностью D-D (рис. 29. IV) катится без скольжения по делительной окружности Е-Е заготовки в направлении стрелки Р. Эвольвентный профиль зуба долбяка при этом будет занимать ряд последовательных положений, как показано на рисунке. Эвольвентный профиль зуба колеса будет огибающей всех положений эвольвентного профиля зуба долбяка.
Рис. 29. Нарезание зубьев по методу обкатывания.
Ι – нарезание зубьев червячной фрезой; ΙΙ – положения режущих кромок червячной фрезы по отношению к профилю зубьев колес; ΙΙΙ – нарезание зубьев долбяком; ΙV – качение делительной окружности долбяка по делительной окружности заготовки.
Червячная фреза и долбяк — универсальные инструменты. Они имеют преимущественное применение при нарезании зубьев на зубчатых колесах.
Метод обкатывания наиболее точен и производителен и является основным при обработке зубчатых колес. Нарезание зубьев методом обкатывания производится на зубофрезерных, зубодолбежных и зубострогальных станках.
Червячная модульная фреза (рис. 30) представляет собой червяк с трапецеидальной нарезкой, на котором прорезаны канавки перпендикулярно витку. В результате этого на червяке образуются зубья, расположенные по винтовой линии. Верхняя и боковые поверхности зубьев у червячных фрез затылуются по архимедовой кривой, что обеспечивает на зубьях постоянство заднего и боковых задних углов.
Рис. 30. Инструменты, работающие по методу обкатывания.
а – червячная модульная фреза: 1 – передняя поверхность зуба фрезы, 2 – задняя поверхность зуба фрезы, 3 – боковые задние поверхности зуба фрезы; б – долбяк.
При сечении зубьев фрезы плоскостью, перпендикулярной оси фрезы, образуется архимедова спираль, а в осевом сечении — прямолинейный трапецеидальный профиль. В нормальном сечении к витку профиль зубьев выполняется точно по ГОСТ 3058 — 54, которым определяется исходный контур трапецеидальной зубчатой рейки.
Червячная фреза состоит из корпуса и зубьев, которые имеют углы заточки: задний α, передний γ и боковые задние α1 и α2. Задний и боковые задние углы, полученные при затыловании, остаются постоянными до конца службы фрезы; а передний угол поддерживается при переточках постоянно равным 0°. Поверхности зуба фрезы называются передней 1, задней 2 и боковыми задними 3.
Заточка фрезы производится путем шлифования передних поверхностей зубьев так, чтобы они получались всегда направленными по радиусу.
Червячные модульные фрезы применяются для чернового и чистового нарезания зубчатых колес внешнего зацепления с прямыми и косыми зубьями. Они изготавливаются как цельными, так и со вставными зубьями.
По числу трапецеидальных витков червячные зуборезные фрезы выполняются однозаходными, двухзаходными и трехзаходными. Чем больше число заходов, тем выше производительность фрезы, но точность ее работы несколько снижается. Поэтому многозаходные фрезы применяются, как правило, для чернового зубофрезерования.
Метод обкатывания обеспечивает непрерывное формообразование зубьев колеса. Нарезание зубчатых колес этим методом получило преимущественное распространение вследствие высокой производительности и значительной точности обработки.
Наиболее широко применяют нарезание зубчатых колес методом обкатки на зубофрезерных, зубодолбежных и зубострогальных станках.
Раздел 5. «Процессы и операции формообразования основных технологий обработки металлов давлением». Дидактическая единица 1 (5.1) – Классификация технологических процессов обработки материалов давлением. Дидактическая единица 2 (5.2) – Характеристика прокатного производства. Дидактическая единица 3 (5.3) – Характеристика технологического процесса ковки. Дидактическая единица 4 (5.4) – Характеристика технологического процесса горячей объемной штамповки. Дидактическая единица 5 (5.5) – Характеристика технологического процесса холодной штамповки. Дидактическая единица 6 (5.6) - Характеристика технологического процесса холодного выдавливания. Дидактическая единица 7 (5.7) - Характеристика технологического процесса холодной высадки. Дидактическая единица 8 (5.8) – Характеристика технологического процесса прессования. Дидактическая единица 9 (5.9) - Характеристика технологического процесса волочения.
Лекция №19
Классификация технологических процессов
обработки материалов давлением
Сущность обработки металлов давлением
Обработкой давлением называются процессы получения заготовок или деталей машин силовым воздействием инструмента на исходную заготовку из исходного материала.
Пластическое деформирование при обработке давлением, состоящее в преобразовании заготовки простой формы в деталь более сложной формы того же объема, относится к малоотходной технологии. Обработкой давлением получают не только заданную форму и размеры, но и обеспечивают требуемое качество металла, надежность работы изделия.
Существенные преимущества обработки металлов давлением по сравнению с обработкой резанием - возможность значительного уменьшения отхода металла, а также повышения производительности труда, поскольку в результате однократного приложения усилия можно значительно изменить форму и размеры деформируемой заготовки. Кроме того, пластическая деформация сопровождается изменением физико-механических свойств металла заготовки, что можно использовать для получения деталей с наилучшими эксплуатационными свойствами (прочностью, жесткостью, высокой износостойкостью и т. д.) при наименьшей их массе. Эти преимущества обработки металлов давлением способствуют неуклонному росту ее удельного веса в металлообработке.