книги из ГПНТБ / Маталин, А. А. Новые направления развития технологии чистовой обработки

значительно расширяет область применения доводки брусками и позволяет решать очень сложные технологи­ ческие задачи высокоточной обработки при наименьших затратах времени и средств.

Такими методами удается осуществлять обработку шеек и галтелей коленчатых валов, шеек и кулачков рас­ пределительных валов, торцевых поверхностей толкате­ лей клапанов, тормозных дисков, зубчатых колес шесте­ ренчатых насосов, сферических беговых дорожек насосно­ го вала и втулки, сферических винтовых поверхностей винтов и гаек винтовых пар качения, шаровых поверхно­ стей насосных поршней и других ответственных деталей. При этом одновременно с достижением зеркальной по­ верхности и высокого качества поверхностного слоя осу­ ществляется исправление погрешностей геометрической формы и расположения обрабатываемых поверхностей (непараллельность плоскостей, неконцентричность цилин­ дрических и сферических поверхностей). Благодаря созда­ нию на станках средств автоматического контроля удает­ ся при обработке торцевых плоскостей выдержать точ­ ность размеров по толщине в пределах допуска 0,003 мм.

Интересной разновидностью суперфиниширования яв­ ляется процесс микродоводки, разработанный в 1966 г. [38]. В отличие от обычного суперфиниширования наруж­ ная микродоводка осуществляется абразивными бруска­ ми, совершающими короткие возвратно-поступательные перемещения не параллельно оси обрабатываемой детали, а под некоторым углом а. Это приводит к быстрому обра­ зованию на рабочей поверхности бруска углубления (рис. 18, а), состоящего из центральной плоской площад­ ки 1 и закругленных, соответственно радиусу г и обраба­ тываемой поверхности, участков 2. Остальные движения (вращение изделия и движение продольной подачи, не­ обходимой для обработки длинных деталей) аналогичны движениям суперфиниша (косоугольная модификация микродоводки).

91

В начальный период обработки имеет место процесс микрорезания обрабатываемой поверхности металла са­ мозатачивающимися закругленными участками 2 рабочей поверхности брусков и интенсивный съем припуска (зона 1, рис. 19). При этом происходит быстрое уменьшение

Рис. 18. Схема микродоводки:

а — косоугольная мнкродоводка ( а — угол наклона траектория осциллирую­ щего движения бруска относительно оси изделия); б — угловая микродо­ водка (т — угол поворота бруска относительно оси изделия при его колеба­ тельных движениях).

высоты неровностей заготовки. После снятия неровностей заготовки изменение шероховатости замедляется, а иног­ да даже происходит стабилизация шероховатости обра­ батываемого изделия на уровне, определяемом зернисто­ стью брусков и режимами обработки. Съем металла с изделия продолжается почти с той же интенсивностью, так как он осуществляется самозатачивающимися закруг­ ленными участками бруска.

Интенсивному микрорезанию на первой стадии микро­ доводки способствует хорошее очищение рабочей поверх­

92

ности смазочно-охлаждающей жидкостью в моменты выхода режущих закругленных участков бруска из кон­ такта с обрабатываемой поверхностью. Это предотвра­

щается и заменяется полированием, при минимальном съеме металла и при быстром уменьшении высоты шеро­ ховатости (зона 2, рис. 19). Через 12, 18, 35 и 60 сек ко­ соугольной микродоводки соответственно достигаются 10, 11, 12 и 13—14-й классы чистоты.

93

Микродоводка стальных закаленных деталей осуще­ ствляется абразивными брусками ЭБ20/14СТК с усилием прижима 4,5—5,5 кГ, совершающими 3000 двход-мин

самплитудой колебания 3,5 мм на стадии микрорезания

и2,5 мм — на стадии полирования. Окружная скорость детали 150—170 м/мин-, скорость продольной подачи 4—5 м/мин; угол наклона траектории колебательных дви­ жений бруска к оси изделия а = 9 —12°. Микродоводка

ведется твердыми абразивными брусками (СТ, Т), отли­ чающимися высокой стойкостью. Охлаждение ведется смесью 80% керосина с 20% веретенного масла. За 15 сек обработки снимается припуск 0,025—0,030 мм на диаметр. Волнистость поверхности снижается с 10—12 мкм до 2 мкм, овальность, конусность и корсетность уменьшают­ ся с 3—4 до 1—2 мкм. Аналогичный результат достигает­ ся, если сообщить бруску наряду с колебательным движе­ нием вдоль образующей детали дополнительное колеба­ тельное движение вокруг его центральной оси под углом 8° на первой и 5° — на второй стадии процесса. Схема угловой доводки (рис. 18,6) применяется при обработ­ ке отверстий. При угловой микродоводке снижение шеро­ ховатости происходит менее интенсивно, чем при косо­ угольной, и 10-й класс чистоты достигается за 14 сек, 11-й класс — за 22, а 13—14-й классы — за 75 сек.

При обработке конусов и деталей больших диаметров (более 300 мм) бруску сообщается дополнительное дви­ жение в поперечном направлении. В этом случае на брус­ ке образуется плоская рабочая поверхность и процесс переходит в стадию микрорезания (рис. 19). Перевод процесса в стадию полирования осуществляется выклю­ чением поперечных движений бруска.

Процесс микродоводки обычно осуществляется при наличии осевой подачи вдоль образующей детали. Это дополнительное движение устраняет влияние на качество обработки неоднородности абразива и величины исходной шероховатости. Микродоводка производится с помощью

94

специальных электромагнитных головок простой кон­ струкции, позволяющих осуществить различные схемы процесса [40].

Впервые косоугольная модификация процесса была применена при обработке шатунных и коренных шеек ко­ ленчатых валов компрессоров на Одесском заводе холо­ дильного машиностроения в 1968 г. [39]. Внедрение этого процесса дало возможность стабильно получать на ша­ тунных шейках чистоту 11-го класса (вместо ранее полу­ чаемого 9-го класса), повысить долговечность пары шейка вала — вкладыш шатуна и снизить мощность хо­ лостого хода компрессоров. Косоугольная микродоводка была внедрена на московских заводах «Борец» и «Комп­ рессор», Ереванском и Краснодарском компрессорных за­ водах и др.

Успешно применена микродоводка и в подшипниковой промышленности. На 10-м Государственном подшипнико­ вом заводе косоугольная и угловая модификации процес­ са микродоводки внедрены при обработке дорожек каче­ ния внутреннего и наружного колец роликоподшипников 2310 и 2312. На микродоводку поступают кольца с бего­ выми дорожками, обработанными шлифованием до 6— 7-го классов чистоты. Их геометрическая форма выдер­ живается в пределах норм точности, предусмотренных действующей технологией для подшипников класса точ­ ности Н. В процессе микродоводки класс чистоты поверх­ ности беговых дорожек внутренних и наружных колец повышается до 1l-ro класса соответственно за 18 и 22 сек. Отклонение геометрической формы беговых дорожек пос­ ле микродоводки не выходит за пределы допусков, пре­ дусмотренных техническими условиями на изготовление колец роликоподшипников классов Н, П и В.

Проверка состояния колец после микродоводки пока­ зала, что процесс не дает прижогов. В поверхностном слое формируются сжимающие напряжения, достигаю­ щие величины 40—60 кГ/мм2.

95

На Одесском заводе холодильного машиностроения косоугольная микродоводка применяется для обработки цилиндрических и конических поверхностей дорнов, вере­ тен и роликов механической развальцовки, калибров, пробок, внутренних и наружных конусов в инструмента­ рии. Эксплуатация инструмента, обработанного микро­ доводкой, показала, что срок его службы возрос в 1,2— 2,5 раза.

Микродоводка имеет широкие возможности примене­ ния и в других отраслях машиностроения, в частности в металлургической и бумажной промышленности при до­ водке валков, шпинделей и других станкостроительных деталей, требующих высокой точности и чистоты обраба­ тываемой поверхности. Микродоводка может найти при­ менение в автомобильном и тракторном машиностроении при окончательной обработке коленчатых и кулачковых валов, пальцев, толкателей, а также дорожек качения различного назначения подшипников, выпускаемых заво­ дами подшипниковой промышленности.

ТОНКОЕ И АЛМАЗНОЕ РАСТАЧИВАНИЕ

Тонкое растачивание

Процессы тонкого и алмазного растачивания характе­ ризуются применением высоких скоростей резания в со­ четании с минимальными значениями глубины резания

(0,05—0,1 мм) и подачи (0,02—0,08 мм/об) при снятии тончайших стружек с сечением 0,001—0,04 мм2.

Скорости резания, применяемые в настоящее время при тонком растачивании, составляют: при обработке чугуна — 60—130 м/мин; стали— 120—400 м/мин; брон­ зы — 150—300 м/мин; алюминия — 200—600 м/мин; баб­ бита — 300—600 м/мин.

При некоторых скоростях резания, различных для

96

разных обрабатываемых металлов, на рабочих поверхно­ стях режущих инструментов возникает нарост. Последний увеличивает трение и пластическое деформирование ме­ талла поверхностного слоя и стружки и способствует увеличению вибраций в системе СПИД, что в конечном счете приводит к увеличению шероховатости обработан­ ной поверхности и повышению степени наклепа поверх­ ностного слоя металла. Тонкое растачивание ведется при скоростях, значительно превышающих скорости, при ко­ торых образуется устойчивый нарос г (15—40 м/мин для углеродистых сталей), поэтому шероховатость поверхно­ сти после тонкой расточки невелика и наклеп поверхно­ стного слоя металла незначителен.

При тонком растачивании обычно достигаются сле­ дующие шероховатости поверхностей: для стали ■— 6 — 8 -го классов чистоты; чугуна — 6 —7-го классов и при об­ работке цветных металлов и сплавов — 8 —1 0 -го, а при благоприятных условиях даже 1 1 -го классов чистоты.

При высоких скоростях резания тонкого растачивания длительность воздействия сил резания на поверхностный, слой металла невелика и пластическая деформация ме­ талла, вызываемая этими силами, не успевает распро­ страниться на большую глубину. Малые величины усилий резания, связанные с минимальными размерами снимае­ мой стружки при тонком растачивании, в свою очередь не могут вызвать большой степени пластической деформа­ ции металла поверхностного слоя. Поэтому при тонком растачивании степень и глубина распространения наклепа невелики и поверхностный слой в значительной степени сохраняет свое исходное состояние.

К преимуществам метода тонкого растачивания перед методами абразивной обработки следует отнести отсут­ ствие шаржирования поверхностного слоя отходами абра­ зива, имеющего место при шлифовании и доводке сво­ бодным абразивом, опасного при работе трущихся со­ пряжений.

Малые усилия резания, не превышающие 2—3 кГ, а при алмазном растачивании даже менее 1 кГ, вызывают незначительные упругие деформации системы СПИД, что позволяет получить этим методом высокую точность раз­ меров и геометрической формы обрабатываемых отвер­ стий.

При использовании современных алмазно-расточных станков обеспечивается точность размеров в пределах допусков 1-го класса с погрешностью геометрической формы (некруглость, конусность) в пределах 0,004— 0,005 мм при расточке черных металлов твердосплавны­ ми резцами и 0,002—0,003 мм — при алмазной расточке цветных сплавов.

Тонкое растачивание исправляет криволинейность оси отверстия заготовки и может обеспечить точное взаимное расположение осей обрабатываемых отверстий, что не всегда достигается при других методах чистовой обра­ ботки.

Высокие режимы резания и возможность совмещенной обработки нескольких диаметров ступенчатых отверстий и одновременной обработки нескольких отверстий с раз­ ных шпинделей станка, обеспечивают высокую произво­ дительность и экономичность процесса при получении вы­ сокой точности и качества обработанных поверхностей.

При необходимости обработки отверстий в черных ме­ таллах с шероховатостью 1 0 —1 1 -го классов с одновре­ менным достижением высокой точности размеров и пря­ молинейности оси тонкое растачивание иногда применяет­ ся в качестве предварительной операции перед хонинго­ ванием. Задачей тонкого растачивания в этом случае является обеспечение прямолинейности оси (что не мо­ жет быть достигнуто хонингованием) и создание одина­ кового по величине припуска на чистовую обработку. Поэтому тонкое растачивание ведется при повышенных подачах (порядка 0,12—0,15 мм/об), что обеспечивает высокую производительность.

98

Процесс тонкого растачивания, разработанный в 1910 г. для алмазной расточки фибры и цветных металлов и сплавов, благодаря своим достоинствам применяется и в настоящее время для обработки различных конструк­ ционных материалов, главным образом сталей и чугунов.

Рис. 20. Изменение шероховатости (а) и амплитуды колебаний рас­ точного резца (б) при увеличении скорости тонкого растачивания ста­ ли 20Х с режимом s = 0,08 мм/об; t= 0,2 мм [21]:

/ — 0160 м м ; 2 — 0 80 мм] 3— 040 мм.

Так, из общего числа алмазно-расточных станков, выпу­ щенных за последние годы Одесским заводом радиально­ сверлильных станков, 34,4% предназначено для обработ­ ки чугуна, 23% — Для обработки углеродистой стали, 17,7% — для обработки легированной стали, 10,5% — для обработки бронзы и латуни и 17,4%— для обработки алюминиевых сплавов [2 1 ].

При повышении скорости тонкого растачивания в свя­ зи с уменьшением объема пластической деформации по­ верхностного слоя металла и связанным с этим снижени­ ем вибраций шероховатость поверхности и наклеп по­ верхностного слоя металла снижаются (рис. 20). Это позволяет назначать при тонком растачивании наивысшие скорости резания, допускаемые стойкостью режущего ин­ струмента и виброустойчивостыо детали и станка.

т99

Важной характеристикой режима тонкого растачива­ ния является подача. Как известно, при обычном точении увеличение подачи вызывает рост высоты шероховатости

Поэтому при чистовом точении стремятся уменьшать по­ дачи и обычно работают с подачами 0,06—0,08 мм/об.

При работе в зоне особо тонких стружек, характерных для процессов тонкого и алмазного растачивания, когда на процесс стружкообразования оказывает влияние вели­ чина радиуса округления режущего лезвия р, соизмери­ мого с толщиной среза, уменьшение высоты шероховато­ сти за счет снижения подачи ограничено минимальной толщиной срезаемого металла.

Как известно, в связи с тем, что режущее лезвие инструмента имеет некоторый радиус округления р, сня­ тие стружки может происходить только при условии до­ статочно большой толщины срезаемого слоя металла t„mi, зависящей от величины радиуса округления, свойств обрабатываемого металла и от скорости резания. При обычном точении стали твердосплавным резцом эта вели­ чина составляет для острозаточенного резца 0,005 мм, а при его затуплении возрастает до 0,02 мм. В случае, когда толщина срезаемого слоя устанавливается меньше t шш, резания не происходит и металл подминается закруглен­ ной частью лезвия инструмента, подвергаясь упругой и пластической деформациям. После прохождения резца несрезанный слой металла частично упруго восстанав­ ливается, вызывая трение по задней поверхности инстру­ мента и увеличивая шероховатость обработанной поверх­ ности. При уменьшении радиуса округления и при увеличении скорости резания наименьшая толщина сре­ заемого слоя уменьшается.

При тонком точении резцом, имеющим радиус закруг­ ления вершины г, теоретически стружка образуется пере-

100