Технология конструкционных материалов. Способы получения деталей (за

В маркировку круга кроме рассмотренных характеристик входят форма круга, основные размеры и максимальная допустимая скорость шлифования.

При выборе шлифовального круга необходимо стремиться, чтобы он работал в условиях самозатачивания (обусловленного выкрашиванием затупившихся зерен) и продолжительное время сохранял свою форму. Обычно для шлифования твердых материалов рекомендуется применять мягкие круги, а для обработки мягких материалов твердые круги.

Вряде случаев от этой общей рекомендации приходится отступать. Так, для обработки меди следует назначить мягкий круг, чтобы облегчить его самозатачивание. Иначе поры круга быстро забьются снимаемой стружкой, и круг потеряет режущие свойства.

Широкое распространение получило алмазное шлифование. Режущие кромки зерен алмаза в несколько раз острее, твердость в два и более раза выше в сравнении с большинством синтетических абразивных материалов. Алмазный круг состоит из алюминиевого, стального или пластмассового корпуса и алмазоносного слоя, составляющего 1,5…3 мм.

Вкачестве связки зерен алмаза используют бакелиты и металл. Наряду с алмазом успешно применяется кубический нитрид бора (эльбор).

Шлифовальные станки

В соответствии с выполняемой работой различают:

круглошлифовальные станки для обработки наружных по-

верхностей вращения; внутришлифовальные для обработки внутренних поверхностей вращения; плоскошлифовальные для обработки плоскостей; специальные (шлицешлифовальные, зубошлифовальные, резьбошлифовальные и др.); заточные для заточки режущего инструмента.

181

Наиболее распространенными являются круглошлифовальные и плоскошлифовальные.

Круглошлифовальный станок предназначен для шлифо-

вания наружных цилиндрических и конических поверхностей.

Для обработки плоских поверхностей наиболее распро-

страненными являются плоскошлифовальные станки, рабо-

тающие периферией круга.

Механизация и автоматизация технологических процессов механической обработкой

Наиболее перспективным направлением автоматизации производства в машиностроении и других отраслях промышленности является создание комплексно-автоматизированных гибких технологических систем.

Станки с программным управлением отличаются высокой производительностью, присущей специальным станкам, и гибкостью (прежде всего простота переналадки), характерной для универсального оборудования. Эти станки возможно применять практически в любых условиях производства. Металлорежущие станки снабжаются цикловым (ЦПУ) или числовым (ЧПУ) видами программного управления.

Станки с ЦПУ используются, например, при обработке ступенчатых валов. Они имеют позиционную систему с панелями упоров, включающих или отключающих подачу суппорта. Программа задается расстановкой специальных стержней штекеров в гнездах панели, которая дает возможность запрограммировать до 120 различных переходов. При работе используется специальная программная карта, которая исключает использование рабочим чертежей, а также освобождает его от расчетов. Станки с ЦПУ простые и дешевые, но переналадка станков достаточно трудоемка.

182

Системы с ЧПУ значительно расширяют технологические возможности станков, так как они производят перемещение рабочих органов станка по одной, двум или трем координатам. Кроме того, на носителе программы может быть зафиксировано практически неограниченное число команд по последовательности и величинам перемещений подвижных элементов рабочих органов станка. По технологическому назначению различают контурное и позиционное управление. При непрерывном, контурном управлении создается координация относительного расположения инструмента и заготовки как по пути, так и по скорости перемещения в любой момент времени. Это необходимо при обработке деталей со сложным профилем на токарных и фрезерных станках. Координатное, позиционное управление обеспечивает относительное перемещение инструмента и заготовки и используется на сверлильных, координатно-расточных и подобных станках с целью вывода инструмента в заданную позицию перед началом обработки поверхности с точным положением оси.

Систему ЧПУ станка 7 считают классической системой управления (рис. 87). В ее состав входят: источники информации по объему управления (измерительные датчики

Рис. 87. Структура системы ЧПУ

183

параметров технологического процесса 9 и сигнальные датчики фиксированных положений рабочих органов станка 10); исполнительные устройства (блок управления двигателями подач 4, двигатели приводов подач и привода главного движения 5, измерительные преобразователи перемещений рабочих органов станка 6); вычислительно-управляющее устройство (устройство числового программного управления (УЧПУ) 2); внешние согласующие устройства УЧПУ с источниками информации и исполнительными устройствами (нормирующие и согласующие блоки измерительных каналов 8); внешние устройства обмена информацией УЧПУоператор, УЧПУ ЭВМ (или локальная сеть ЭВМ) высших рангов (аппаратура связи с ЭВМ высшего ранга, периферийные устройства ввода-вывода данных 1); вспомогательные блоки и устройства 11 и 3.

Обрабатывающие центры. Обработка различных корпусных и других деталей сложной формы состоит из ряда последовательных операций, чаще всего: фрезерования, растачивания отверстий, нарезания резьбы и др. Выполнение каждой такой операции связано с установкой, закреплением, раскреплением и снятием заготовок, их транспортировкой от станка к станку, а следовательно, с уменьшением точности детали, затратой значительного времени и средств. Стремление к объединению этих различных операций в одну, выпол-

и автоматической смены инструмента. Такие станки названы обрабатывающими центрами (многооперационными, многофункциональными, многоцелевыми станками), они используют накопители трех видов: револьверные головки, дисковые и цепные магазины (рис. 88).

184

аб

Рис. 88. Накопители для инструментов:

аревольверная головка; б дисковый

ицепной магазины

Вревольверной головке можно разместить небольшое число инструмента (от 6 до 12), поэтому ее используют преимущественно в станках токарного и фрезерного типа, выполняющих ограниченное число операций.

Магазины обладают большей емкостью. В них можно разместить до 100 инструментов и более. Их используют

вмногооперационных фрезерно-расточных и сверлильнорасточных станках. Для автоматической смены инструментов обычно используют автооператоры.

Компоновка обрабатывающих центров может быть различной. Так, на рис. 89, а показана компоновка по типу бесконсольного горизонтально-фрезерного или горизонтально-

Рис. 89. Компоновка обрабатывающих центров

185

расточного станка. При такой компоновке облегчается наблюдение за обработкой заготовки, можно использовать поворотный стол и вести обработку с четырех сторон. Станки предназначены для обработки корпусных деталей. Компоновка по типу вертикально-фрезерных станков (рис. 89, б) также может быть использована с поворотным столом. Используются такие станки для обработки рычагов, вилок и других деталей.

На рис. 89, в показан обрабатывающий центр с горизонтальной осью шпинделя и с магазином 1, представляющий собой конический барабан с гнездами для размещения инструмента. Смена инструментов 2 осуществляется двухзахватным автооператором 3. Поворачиваясь против часовой стрелки, он одновременно захватывает инструменты, закрепленные в шпинделе 5 и в магазине. После этого оператор, перемещаясь вдоль оси поворота, выводит инструменты из гнезд, а после поворота на 180 вновь вводит их в гнезда, осуществляя таким образом их смену. При повороте оператора инструменты поддерживаются подпружиненными плунжерами 4.

Производительность обработки на обрабатывающих центрах в 4–10 раз превосходит производительность обработки на универсальных станках. Значительно повышается также точность обработки.

12. Отделочные методы обработки

При изготовлении ответственных деталей современных высокоскоростных и тяжело нагруженных машин к качеству их обработки предъявляются очень высокие требования. К методам обработки, обеспечивающим высокое качество поверхности, относятся: хонингование, суперфиниширование, притирка, полирование.

186

Хонингование метод окончательной обработки с помощью мелкозернистых абразивных брусков, которые вставлены в специальное приспособление (хонинговальную головку), совершают вместе с ней вращательное главное движение и поступательное перемещение вдоль оси, являющееся движением подачи (рис. 90, а). Хонинговальная головка раздвижная. В пазы ее корпуса вставлены специальные держатели, в которых помещены и закреплены абразивные бруски.

Рис. 90. Схемы тонкой обработки поверхностей

Под действием пружин бруски в процессе работы прижимаются к обработанной поверхности. Применяя хонингование, можно получить точность отверстий IТ7 IТ6 и шероховатость до 0,05, уменьшить овальность и конусность до 5 мкм.

Используется метод в основном при обработке точных отверстий, например гильз цилиндров.

Суперфиниширование метод очень тонкой окончательной обработки с целью получения особо гладкой поверхности. Суперфинишная головка 2 с помощью установленных в ней абразивных брусков снимает с детали 1 шероховатость, оставшуюся от предыдущей обработки. Обработка осущест-

187

вляется при сочетании вращательного и поступательного вдоль оси движений обрабатываемой детали 1 и колебательного (осциллирующего) движения брусков (рис. 90, б). Работу ведут при интенсивной смазке. В начале процесса, когда на поверхности имеются острые гребешки, масляная пленка под давлением абразивных брусков прорывается, и гребешки срезаются. Когда же они сглаживаются, смазка образует беспрерывную пленку, давление бруска становится недостаточным и резание прекращается. Назначение суперфиниширования получение поверхности до Rа 0,025…0,012.

Притирка метод чистовой обработки, обеспечивающий получение очень точных размеров (до 0,1 мкм) и очень малой шероховатости поверхности (Rа 0,025…0,012). Он представляет собой окончательную обработку, выполняемую с помощью притира, на поверхность которого наносится мелкий абразивный порошок, смешанный с маслом, или абразивная паста. В процессе притирки совершается относительное перемещение с небольшой скоростью обработанной детали и притира (рис. 90, в) либо перемещение детали при неподвижном притире или, наоборот, притира относительно неподвижной детали.

Притирка выполняется на универсальных и специальных притирочных станках, а также вручную. В качестве притиров используют вращающиеся диски, плиты, бруски, кольца, стержни из чугуна, меди, свинца, дерева твердых пород и др.

13. Электрофизико-химические методы обработки

Электрофизические и электрохимические (ЭФЭХ) методы обработки основаны на непосредственном воздействии различных видов энергии (электрической, химической и др.) на обрабатываемую заготовку. Эти методы позволяют изменять форму обрабатываемой поверхности заготовки и влиять

188

на состояние поверхностного слоя. Так, в некоторых случаях наклеп обработанной поверхности не образуется, дефектный слой незначителен, удаляются прижоги поверхности, полученные при шлифовании, повышаются коррозионные, прочностные и другие эксплуатационные характеристики поверхностей деталей.

ЭФЭХ методы дают возможность обработки заготовок независимо от твердости материала. Твердость обрабатывающего инструмента может быть значительно меньше твердости обрабатываемой заготовки.

Станки для электрической обработки чрезвычайно просты, что позволяет легко автоматизировать их работу.

Электрофизические и электрохимические методы используются преимущественно при обработке труднообрабатываемых материалов и сложных по профилю деталей: сложные штампы не только из жаропрочных сталей, но и из твердых сплавов, пресс-формы и другие детали, имеющие

втом числе некруглые отверстия очень малых размеров.

Взависимости от вида физико-химических процессов, осуществляющих съем материала, эти методы подразделяют-

ся на электроэрозионные, химические и электрохимические, ультразвуковые, лучевые методы обработки.

13.1. Электроэрозионные методы обработки

Электроэрозионная обработка металлов основана на воздействии электрических разрядов (импульсов) на отдельные участки обрабатываемой поверхности. Непосредственно в зоне обработки энергия разрядов между анодом (инструментом) и катодом (заготовкой) преобразуется в энергию тепловую. В зоне действия электрических разрядов температура достигает нескольких тысяч градусов, что приводит к оплавлению и даже испарению отдельных участков обрабатываемой поверхности, т.е. к так называемой эрозии

189

металлов. Так как электрические разряды возникают в последовательности, определяемой минимальными расстояниями между взаимодействующими поверхностями электродов, на электроде-заготовке отображается форма элек- трода-инструмента. Это разрешает эффективно обрабатывать изделия сложной формы.

Электроискровой метод

Метод основан на явлении разрушения металла в цепи постоянного тока под действием искрового разряда. При сближении металлических электродов в момент достижения пробойного зазора от катода к аноду проскакивают вначале отдельные электроны. Образуется канал проводимости, и в результате возникает кратковременный мощный искровой разряд, при котором температура в канале проводимости достигает 6000…11 000 С. Происходит концентрированное выделение энергии, приводящее к мгновенному расплавлению, испарению, взрывам и выбрасыванию частиц анода, которые направляются к катоду. Процесс ведется в жидкой диэлектрической среде (масло, керосин), в которой оторвавшиеся от анода частицы охлаждаются и оседают. Обработка ведется без соприкосновения заготовки и инструмента, поэтому можно обрабатывать токопроводящий металл любой твердости инструментом из мягкого металла (латуни, алюминия).

Форма инструмента соответствует форме обработанной поверхности заготовки. Точность и шероховатость обработанной поверхности зависят от электрического режима обработки. При черновом режиме Ra 6,3, при чистовом

Ra 1,6…0,8.

Электроискровая обработка получила наибольшее распространение для прошивки отверстий любой формы в труднообрабатываемых материалах, включая твердые сплавы,

190