3,9 Строгание, протягивание. Основы физико-химических методов размерной обработки.

Строганием обрабатывают горизонтальные, вертикальные и наклонные плоскости, канавки различного профиля а также фасонные поверхности с точ­ностью обработки по 7 - 13-му квалитетам и шероховатостью поверх­ности R_а = 25 - 1,6. Долблением обрабатывают те же поверхности, что и при строгании, но чаще всего долбление применяют для обработки внутренних фасонных поверхностей, шпоночных канавок и т.п.. Долблением можно получить точ­ность обработки по 12 - 15-му квалитетам и шероховатость поверх­ности R_а = 50 - 3,2. Строгание и долбление применяют в основном в индивиду­альном и мелкосерийном производстве.

Строгальные станки: поперечно-строгальные (нашли применение в условиях ремонтных мастерских) и про­дольно-строгальные. Схема процесса строгания на поперечно-строгальном станке приведена на рис. 37 а.

рис.37

Резец совершает возвратно-поступательное движение (D_r главное движение) со скоростью резания v. В конце холостого (вспомогательного) хода D_в.х. (резец возвращается в исходное положение) стол с заготовкой совершает поперечное перемещение на величину подачи S (мм/дв.х). На схеме показана глубина резания t. Отличие процесса строгания на продольно-строгальных станках от поперечно-строгальных состоит в том, что главное движение получает стол с заготов­кой, а поперечную подачу резец.

Процесс долбления осуществляется на долбежных станках. Резец получает возвратно-поступательное движение в вертикальном (D_r) направлении (рис. 37 б). Заготовка, установленная на столе, может получать продольное, поперечное либо круговое перемещение (D_s).

Работа строгального и долбежного резцов имеет характер прерывистого резания. Врезание резца в заготовку сопровождается ударами. После рабочего хода резец совершает холостой ход, за время которого остывает, что является положительным фактором. С другой стороны, нестабильный тепловой режим, при котором инст­румент претерпевает циклические нагрев и охлаждение, сущест­венно ухудшает условия его работы, приводит к усталостным явлениям и значительно снижает его стойкость в сравнении со стойкостью токарного резца, работающем при непрерывном резании. Ударная нагрузка на резец, наличие возвратно-поступательного движения в строгальных и долбеж­ных станках, а также большие инер­ционные усилия при реверсировании движения ограничивают возможности применения больших скоростей резания. Указанные обстоятельства, а также наличие холостых ходов существенно снижают производительность процесса обработки.

Чтобы противостоять динамическим нагрузкам на резец и достичь заданной точности обработки, строгальные резцы делаются более массивными чем токарные и часто для предотвращения заклинивания (из – за чрезмерного заглубления) изогнутыми (рис. 38 б).

рис.38

При прямом стержне (рис. 38 а) сила резания изгибает резец вокруг точки О, что вызывает внедрение резца в обрабатываемую заготовку. При изогнутом стержне это внедрение уменьшается, а при на­хождении вершины резца в опорной плоскости его не будет, так как радиус изгиба R равен вылету резца h.

Процесс строгания целесообразно применять при обработке длинных и узких поверхностей. Технологичной при обработке строганием является конструкция детали, у которой форма по­верхности представляет плоскость или сочетание плоскостей; обрабатывае­мые поверхности расположены в одной плоскости, что позволяет обрабатывать их за один проход; обрабатываемые поверхности заготовки расположе­ны в параллельных плоскостях и имеют разделительные канавки для выхода резца; в углах пересечения обрабатываемых поверхностей предусмотрена раздели­тельная канавка для выхода резца; пазы, обрабатываемые строганием, явля­ются сквозными, обеспечивая свободный заход и выход резца. Поверхности, обрабатываемые на долбежных стан­ках, должны быть небольшими. При значительных раз­мерах поверхностей увеличивается вылет резца, что при­водит к деформации и даже разрушению его.

Протягивание - высокопроизводительный процесс обра­ботки поверхностей многозубыми режущими инструментами - протяжками и прошивками. Высо­кая производительность при протягивании объясняется боль­шой суммарной длиной режущих кромок, одновременно участ­вующих в резании. Протягивание обеспечивает высокую точ­ность (6...9-й квалитеты) и низкую шероховатость (Ra = 0,63...2,5 мкм).

Протягивание широко применяется в массовом и крупносерийном производстве де­талей со сложными и фасонными профилями для обработки внутренних (рисунок 40 а,б,в,г,д,е) и на­ружных (рисунок 40 ж,з) поверхностей различных профилей.

рис. 40

Оно широко используется для обработки шлицевых пазов, шпоночных канавок, квадратных и шестигранных отверстий и др.. В условиях единичного производства протягивание применя­ют в тех случаях, когда другими методами трудно вести обработку, например фасонные внутренние поверхности на значительную длину.

рис. 41

Наибольшее промышленное применение получила схема (рис. 41) прерывистого протягивания с прямолинейным главным дви­жением - перемещение протяжки 3 вдоль оси движении относительно неподвижной за­готовки 2, опирающейся на опорный кронштейн станка 1. Движение подачи заложено в самом инструменте S_z (рис. 42, последующий зуб протяжки выступает над предыдущим). S_z является одновременно и глубиной резания.

рис. 42

В отличие от протягивания при прошивании инструмент - прошивка проталкивается, а не протягивается через отверстие. Прошивки по своей конструкции и области применения аналогичны протяжкам, но отличаются отсутствием хвостовой части (служит для закрепления протяжки в патроне станка) и небольшой длиной (не более 15 диаметров).

Физико-химические методы размерной обработки (ФХО) по механизму разрушения и съема материала подразделяют на три группы: электрофизические методы обработки (ЭФО), электрохимические методы обработки (ЭХО) и комбинированные.

Каждый из методов ФХО обладает уникальными технологическими возможностями, но все они более энергоемки и менее производительны в сравнении с методами механообработки. Поэтому использование методов ФХО оправдано только в следующих случаях:

• для обработки конструкционных материалов, имеющих низкую обра­батываемость лезвийным и абразивными инструментами (высоколегированные стали, керамика, ситаллы…);

• для обработки деталей сложной геометрической формы из труднооб­рабатываемых материалов (пресс-формы, штампы...);

• для обработки миниатюрных тонкостенных нежестких деталей, деталей сложной формы с пазами и отверстиями.

Эффективность применения методов ФХО проявляется тем больше, чем сложнее форма обрабатываемой поверхности детали, выше физико-механи­ческие свойства материала и чем большие трудности возникают при ее изготовлении методами механической обработки.

Условная схема процесса удаления припуска при электрофизических методах обработки приведена на рисунке 43.

рис. 43

Электрод-инструмент 1 и обрабатываемая заготовка 2 погружены в рабочую диэлектрическую жидкость и соединены с генератором электрических им­пульсов 3. Между электродом и деталью электрическим пробоем межэлек­тродного промежутка (МЭП) возбуждается импульсный разряд 4, который мгновенно нагревает микроучастки электродов и контактирующую с ними жидкость. В результате в зоне разряда формируется газовый пузырь 5. В конце каждого импульса происходит схлопывание пузыря. При этом продук­ты эрозии в виде гранул 6 удаляются из МЭП рабочей жидкостью 8, а на поверхности электрода-заготовки образуется эрозионная лунка 7. За вре­мя паузы происходит восстановление электрической прочности МЭП до ис­ходного значения. Затем, при подаче следующего импульса напряжения, весь процесс повторяется, но пробой происходит уже там, где напряжен­ность примет максимальное значение, - в зазоре между наиболее близкими микровыступами поверхности заготовки и инструмента. Процесс эрозии за­готовки продолжается до полного удале­ния металла, находящегося на расстоянии электрического пробоя.

Условная схема процесса электрохимической обработки приведена на рисунке 44.

рис. 44

Применяется для электропроводных материалов, которые при растворении не образуют труднорастворимых пленок. Рассмотрим обработку железоуглеродистого сплава (электролит - водном растворе хлорида натрия). Заго­товка 4 подсоединяется к положительному полюсу источника питания 3 и является анодом (+), а инструмент - к отрицательному полюсу и является катодом (-). В электролите 2 молекулы хлорида натрия распадаются на электрически за­ряженные ионы Na⁺ и СI^-, а молекулы воды - на ионы Н⁺ и ОН^-. В результате положительно заряженные ионы движутся к катоду (-), а отрицательно заряженные ионы - к аноду (+). При этом перенос электрических зарядов в металлических проводниках осуществляют электроны, а в электролите - ионы. Изменение носителей заряда в электрической цепи происходит на по­верхности электродов. На аноде (+) под действием электрического поля электроны перемещаются к источнику питания, «оттягиваясь» от поверхности анода внутрь металла, облегчая взаимодействие ионов воды с положительны­ми ионами решетки металла анода. При этом нарушаются межатомные связи в поверхностном слое ме­талла и происходит переход положительных ионов металла в электролит - растворение анода. В электролите ионы металла анода (обрабатываемого металла) образуют гидроксид металла Fe(OH)₂, который выпадает в осадок в виде шлама и уносится дви­жущимся электролитом со скоростью прокачки.

Ультразвуковая абразивная размерная обработка происходит за счет съема материала припуска хрупким скалыванием микрообъемов при импульсном ударном силовом воздействии частиц сво­бодного абразива с ультразвуковой частотой. Колебательные воздействия инструмента происходят в среде абразивной суспензии (абразив с водой и 1 - 2% ингибитора). Ультразвуковая абразивная обработка эффективна при обработке конструкционных мате­риалов, имеющих низкую обрабатываемость, электрофизическим и электрохимическим методами. Это заготовки из хрупких и твердых неэлек­тропроводных, химически стойких материалов, таких, как стекло, кварц, ке­рамика, ситалл, алмаз, азотированных и цементированных сталей… .

Электронно - лучевая размерная обработка используют кинетическую энергию сфокусированного пучка электронов. Процесс осуществляется в вакууме или при небольшом остаточном давлении газа. Сфокусированный пучок электро­нов проходит в рабочую камеру и бом­бардирует обрабатываемую поверхность. Здесь кинетическая энергия электронов преобразуется в тепловую энер­гию обрабатываемого вещества. Электронно-лучевой нагрев ведется в импульсном режиме. Разрушение происходит по механизму взрывного вскипания с выносом материала из зоны обработки в виде паров и капель.

Светолучевая (лазерная) размерная обработка использует для съема материала при формообразовании деталей сфокусированный поток электро­магнитной энергии высокой мощности, сформированный оптическим кван­товым генератором. Светолучевая (лазерная) обработка (СЛО) во многих случаях заменяет электронно-лучевую, так как лазерная обработка ведется на воздухе и не требует специальных вакуумных камер. Она позво­ляет обрабатывать любые материалы независимо от их твёрдости и вязкости.

Комбинированные методы являются результатом сочетания двух и более методов размерной обработки. Из них получили распространение ультразву­ковая обработка резанием, плазменно-механическая обработка и электро­химическое шлифование.

Ультразвуковая механическая обработка включает опера­ции точения, фрезерования, строгания, протягивания, сверления, зенкерования и нарезания резьб. Ультразвуковые колебания прикладываются к инструменту в осевом на­правлении подачи. Ультразвуковые колебания снижают сопротивление обрабатываемого материала пластиче­ской деформации в зоне стружкообразования, снижают трение в контактных зонах и облегчают поступление СОЖ в зону резания.

Плазменно-механическая обработка включает локальный нагрев сре­заемого слоя плазменной струей и последующий съем этого слоя режущим инструментом. Уменьшаются усилие резания, наклёп обработанной поверхности, повышаются производительность обработки и стойкость инструмента. Плазменный нагрев используется при черновой обработке.

Электрохимическое шлифование выполняют токопроводящим алмазным или абразивным кругом на металлической связке, являю­щимся катодом в электролите (подобно инструменту при электрохимической обработке). Совмещаются шлифование и электрохимическая обработка. Повышается качество шлифования, снижается износ круга и его засаливание, обеспечивается обработка материалов, образующих не­растворимые пленки, исключающие обработку материала электрохимическими методами.