3. Виды и методы чистовой отделочной обработки наружных цилиндрических поверхностей

Для получения точной и чистой, окончательно отделанной наруж­ной цилиндрической поверхности применяются в зависимости от предъ­являемых требований и характера детали различные виды чистовой отделочной обработки.

К числу их относятся: тонкое (алмазное) точение, шлифование (в центрах, бесцентровое, абразивной лентой), притирка (доводка), механическая доводка абразивными колеблющимися брусками (суперфиниш), полирование, обкатывание роликами, обдувка дробью и др.

Тонкое (алмазное) точение

Тонкое (алмазное) точение применяется главным образом для отделочной обработки деталей из цветных металлов и сплавов (бронзы, латуни, алюминиевых сплавов и т. п.) и отчасти для деталей из чугуна и стали. Объясняется это тем, что шлифование цветных металлов значительно труднее, чем стали и чугуна, вследствие быстрого засали­вания шлифовального круга. Кроме того, обработка алмазными рез­цами стальных и чугунных деталей пока еще значительно менее эффективна, чем деталей из цветных металлов и сплавов.

При тонком точении обработка производится алмазными резцами или резцами, оснащенными твердыми сплавами; последние в ряде случаев заменяют алмазные резцы. Метод алмазного точения сохранил свое название и при замене алмазных резцов резцами из твердых сплавов, но с режимами резания, примерно такими же, какие применяются для алмазных резцов и характеризуются высокими скоростями резания при малой подаче и малой глубине резания.

Скорость резания в зависимости от рода обрабатываемого материа­ла составляет от 100 до 1000 м/мин, а иногда и выше. При обработке алмазными резцами деталей из цветных металлов применяются более высокие скорости; при обработке деталей из чугуна и стали, а также при обработке деталей как из черных, так и из цветных металлов резцами, оснащенными твердыми сплавами, применяются меньшие ско­рости. Для точения деталей из бронзы применяется скорость резания 200—300 м/мин; для деталей из алюминиевых сплавов — 1000 м/мин и выше при подаче 0,03—0,1 мм/об и глубине резания 0,05—0,10 мм. Тонкое точение производится на быстроходных станках с числом оборотов шпинделя в минуту от 1000 до 8000 и в некоторых случаях выше, в связи с чем к станкам предъявляются особые требования в отношении точности, жесткости, вибрации и устойчивости, а также зазоров шпинделя в подшипниках. При соблюдении этих требований алмазным точением достигаются точность обработки 2-го .класса и выше и 8—10-й классы шероховатости поверхности.

Производительность обработки деталей при тонком точении выше,, чем при шлифовании. В крупносерийном и массовом производстве i in тонкого точения применяются специальные быстроходные станки в наибольшей степени удовлетворяющие условиям обработки.

Алмазные резцы обычной конструкции состоят из двух основных частей — алмаза и стальной державки. Алмазный кристалл весом от 0,5 до 1,2 карата, обработанный шлифованием (огранкой) для получения требуемых углов режущей части, закрепляют с помощью пайки в стальной державке. В последнее время широко применяют резцы с механическим креплением алмаза в державке.

Алмазный кристалл перетачивают от 6 до 16 раз; он может быть использован до веса в 0,1 карата.

Стойкость алмазных резцов выше стойкости твердосплавных резцов в десятки раз. Себестоимость обработки деталей алмазными резцами в среднем в 1,5—2 раза меньше, чем твердосплавными, и в 3—4 раза меньше, чем резцами из быстрорежущей стали.

Шлифование

Шлифование является основным методом чистовой отделки наруж­ных цилиндрических поверхностей.

Современные прогрессивные способы изготовления заготовок — отливок и штамповок — дают возможность получить их с размерами и формой, близкими к размерам и форме готовой детали, и часто представляется возможным ввиду весьма малых припусков обходиться без обработки лезвийным инструментом, окончательно обрабатывая заготовки только шлифованием и получая этим методом обработки окончательные точные размеры и надлежащий класс шероховатости поверхности детали.

Шлифование наружных цилиндрических поверхностей. Для обработки наружных цилиндрических поверхностей применяют следующие виды шлифования:

а) обдирочное;

б) точное, которое может быть предварительным и чистовым;

в) тонкое.

Обдирочное шлифование применяется взамен предварительной обработки резанием лезвийным инструментом и здесь не рассматривается. Наиболее распространенным является обычное точное шлифование, при котором точность обработки наружных цилиндрических поверх­ностей достигает 2-го класса, а шероховатость поверхности — 7—9 классов.

Тонкое шлифование дает возможность получить более высокую степень точности обработки, соответствующую 1-му классу точности, и более высокое качество поверхности, соответствующее 10—11-му классам шероховатости.

Тонкое шлифование осуществляется мягким мелкозернистым шлифовальным кругом при большой скорости его вращения (более 40 м/сек) при малой скорости вращения обрабатываемой детали (до 10 м/мин) и малой глубине резания (до 5 ж/с); шлифование сопровождается усиленным охлаждением обрабатываемой детали.

Шлифование наружных цилиндрических и конических поверхностей (называемое «круглым» шлифованием) производят на круглошлифовальных станках, причем обрабатываемая деталь может быть установлена в центрах станка, цанге, патроне или в специальном приспособлении. Скорость вращения детали при шлифовании в зави­симости от ее диаметра применяется от 10 до 50 м/мин; скорость шлифовального круга у многих станков обычно составляет 30 м/с, а при использовании более прочных кругов достигает 50 м/с. Продольная подача и глубина резания варьируются в зависимости от способов шлифования.

Различают следующие два способа круглого шлифования:

а) шлифование с продольной подачей;

б) шлифование с поперечной подачей (способ врезания). Первый способ заключается в том, что в процессе шлифования обрабатываемая деталь (рис. 9, а) совершает продольные движения попеременно в обе стороны; поперечная подача шлифовального круга производится по окончании каждого продольного движения (хода). При предварительном шлифовании продольная подача обычно составляет 0,5—0,8 высоты круга на один оборот детали, при окончатель­ном — 0,2—0,5 высоты круга; глубина резания — 0,005—0,02 мм на каждый проход. Этот способ является наиболее распространенным и удобным для шлифования валов. Основное время для круглого наружного шлифования с продольной подачей (рис. 9, а) определяется по формуле:

где L — длина продольного хода стола в мм; а — припуск на сторону в мм; п — число оборотов детали в минуту; s — продольная подача в мм на один оборот детали; s_non — поперечная подача круга за один проход (глубина резания) в мм; k — коэффициент, учитывающий точность шлифования (величина этого коэффициента указана далее); s_a — продольная подача в долях высоты круга на один оборот детали (величина s_A указана далее); В_к (Н) — высота круга в мм. Длина продольного хода стола L определяется по формулам:

а) при шлифовании на проход:

L = L₀ — (0,2 -V- 0,4) В_к [мм];

б) при шлифовании в упор L = L₀ — (0,4 -т- 0,6) В_к [мм].

Здесь L_o — длина шлифуемой поверхности в мм.

Величина коэффициента k принимается для всех видов шлифовальных работ по следующим данным:

При точности шлифования 0,10—0,15 мм k=1,1

» » 0,07—0,09 мм k = 1,25

» » 0,04—0,06 мм k =1,4

» » 0,02—0,03 мм k = 1,7

При работе по калибрам k равно 2,0.

Рис. 9. Схемы круглого шлифования.

а — с продольной подачей; б — с поперечной подачей; в — шлифование уступа и шейки вала.

Величина продольной подачи s_R (в долях высоты круга на один оборот детали) принимается в следующих размерах:

для чугуна: при отделке — до 0,3 — 0,4 высоты круга (при предварительном проходе — до 0,8);

для стали сырой и термически обработанной и для бронзы: при отделке — до 0,25 — 0,3 высоты круга (при предварительном проходе — до 0,7).

Второй способ — шлифование с поперечной подачей (s_non), или способ врезания (рис. 9, б). При этом способе шлифование производится широким кругом сразу по всей длине шлифуемой поверхности детали. Шлифовальному кругу сообщается поперечная подача по направлению к центровой линии детали. Высота круга выбирается несколько больше, чем длина шлифуемой поверхности детали. Этот способ наиболее производителен и широко применяется в массовом и крупносерийном производстве. Этот способ позволяет, пользуясь фасонным кругом, получить соответствующую форме круга поверх­ность детали.

Основное время для круглого наружного шлифования с поперечной подачей круга определяется по формуле:

где s_non — поперечная подача на один оборот детали (глубина резания) в мм.

В настоящее время стали применять круглошлифовальные станки с двумя, тремя и более шлифовальными кругами.

При необходимости шлифования уступа и прилегающей узкой шейки ступенчатого вала применяют станки с поворотной шлифовальной бабкой (рис. 60, в).

При измерении диаметра шлифуемой шейки вала предельной скобой приходится останавливать станок, что связано со значительной затратой времени. В современной практике широко применяют специальные контрольные устройства, измеряющие диаметр обрабатываемой поверхности в процессе шлифования.

Такие устройства бывают следующих видов: 1) механические (с индикатором); 2) электроконтактные; 3) электроиндуктивные; 4) пневматические; 5) электропневматические; 6) фотоэлектрические и др. Наибольшее распространение имеют механические (с индикатором) и электроконтактные устройства.

К механическим устройствам относятся главным образом трехконтактные индикаторные скобы, предназначенные для визуального контроля. При шлифовании шеек ступенчатого вала целесообразно применять устройство (рис. 61) с поворотным барабаном 7, на котором смонтировано необходимое количество трехконтактных индикаторных скоб 2, каждая из которых отрегулирована на требуемый диаметр.

При обработке ступеней вала барабан повертывается вручную, а на вал накидывается соответствующая диаметру скоба. Такое устройство можно применять и при шлифовании деталей разных диаметров, закрепленных за одним станком.

Электроконтактные и другие устройства автоматически выключают станок при достижении заданного размера обрабатываемой поверхности, что предупреждает появление брака.

Ограждение шлифовальных кругов является обязательным и необходимым с целью предупреждения травмирования рабочих.