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

101

снижает высоту шероховатости, но может даже вызвать, при определенных условиях, возрастание последней в свя­ зи с уменьшением длины срезаемого участка В—С и уве­ личением длины упруго-деформируемого участка А—В (рис. 21, б). В этом случае при уменьшении подачи в не­ сколько раз увеличивается удельная сила резания, повы­ шается степень пластической деформации металла обра­ батываемой поверхности и стружки, увеличивается усадка стружки, усиливается наростообразование на рез­ це, возрастают вибрации и, в конечном счете, увеличи­ вается шероховатость обработанной поверхности.

Изменение глубины резания в обычных условиях то­ чения мало отражается на качестве поверхности, однако при тонком растачивании влияние глубины резания мо­ жет быть значительным.

Тонкое растачивание осуществляется консольным ин­ струментом, отличающимся сравнительно малой жест­ костью, особенно при больших вылетах расточных борштанг и отношении длины борштанги L к ее диаметру d более чем 2. В этих условиях даже небольшое увеличение усилий резания может вызвать заметные вибрации систе­ мы СПИД, увеличение износа резца и возрастание шеро­ ховатости поверхности. Поэтому при увеличении глубины резания при тонком и алмазном растачивании шерохова­ тость поверхности несколько увеличивается.

При уменьшении глубины резания по тем же причи­ нам, что и при уменьшении подачи, увеличивается пласти­ ческое и упругое деформирование металла обрабатывае­ мой поверхности, растут вибрации системы СПИД и увеличивается шероховатость и наклеп обработанной по­ верхности. Поэтому не рекомендуется топкое растачива­ ние черных металлов проводить с глубиной резания менее

0,05 мм или более 0,15—0,20 мм.

Уменьшение жесткости системы СПИД и, в частности, увеличение податливости расточных борштанг при увели­

102

чении отношения вызывает рост амплитуды колебаний

резца, увеличение его износа и соответственное возраста­ ние шероховатости обработанной поверхности (рис. 2 2 ). При этом в результате повышенного затупления инстру­

ность закономерностей изменения этих характеристик в зависимости от изменения жесткости системы СПИД.

Геометрия режущего инструмента в свою очередь оказывает влияние на вибрации системы СПИД. Умень­ шение углов в плане ф и ф 1, которое при обычном точе­ нии снижает величину неровностей, одновременно увели­ чивает составляющую силу Р у, что в условиях малой жесткости системы СПИД при тонком растачивании мо­ жет привести к росту вибраций и повышению шерохова­ тости поверхности. Поэтому при тонком растачивании малые углы ф (меньше 60°) применяются только при до­ статочно жестких борштангах, с малой длиной и большим диаметром.

Неравномерность припуска, снимаемого при тонком

103

растачивании, вызывающая колебание усилий резания, также может явиться причиной возникновения вибраций системы СПИД и соответствующего увеличения шерохо­ ватости поверхности. Так, при растачивании отверстий

Рис. 23. Влияние изменения вибрации системы и длины борштанги при растачивании стали 40Х на шероховатость и наклеп поверхностного слоя (борштанга 016 мм, отверстие 020 мм, s = 0,08 мм/об, t = 0,2 мм):

а, б — изменение амплитуды колебаний А, в — изменение шероховатости поверхности R a ,г — изменение микротвердости И и глубины наклепа /г;

1 — v » 160 м/мин; 2 — v = 250 м[мин.

в стали 20Х смещение оси предварительно расточенного отверстия в заготовке увеличилось относительно смеще­ ния оси после окончательной расточки с 0,1 до 0 ,2 мм, а шероховатость поверхности обработанного отверстия уве­ личилась с R a — 0 ,8 мкм до Ra = 1,2 мкм [28].

104

При увеличении подачи и глубины резания соответ­ ственно возрастает усилие резания и увеличиваются упругие отжатая в системе СПИД. На их абсолютные величины существенное влияние оказывают колебания припуска и твердости обрабатываемого материала. Соот­ ветственно этому увеличивается рассеивание размеров отверстия и погрешности его геометрической формы. Одновременно с этим увеличивается размерный износ рез­ цов, что, в свою очередь, увеличивает погрешность разме­ ров обрабатываемых отверстий. Вместе с тем, увеличение подачи, уменьшающее длину пути резания, может вы­ звать уменьшения изменения размера отверстия по его длине, связанное с износом резца. Поэтому некоторое увеличение подачи может в известных пределах способ­ ствовать повышению точности обработки.

Размерный износ резцов вызывает переменную систе­ матическую погрешность размеров и формы обрабаты­ ваемых отверстий. При высокой точности выпускаемых в настоящее время алмазно-расточных станков, особенно станков класса «В», точность размеров и формы обраба­ тываемых отверстий в настоящее время стала лимитиро­ ваться недостаточной размерной стойкостью твердосплав­ ных резцов.

Для обеспечения точности размеров в пределах 1-го класса и более высокой точности требуется проведение частых поднастроек станка или создание систем автома­ тической поднастройки, компенсирующих изменение раз­ меров отверстий, связанное с большим износом резцов. Износ резцов, вызывающий конусность отверстий, огра­ ничивает размеры обрабатываемых на алмазно-расточ­ ных станках точных отверстий.

Все это делает необходимым всемерное расширение и ускорение работ по созданию новых инструментальных материалов, которые смогут обеспечить повышение раз­ мерной стойкости резцов для тонкой расточки.

Высокая точность, производительность и экономич­

105

ность процесса тонкого растачивания обусловливают его широкое применение в условиях массового и крупносе­ рийного производств, использующих специальные алмаз­ но-расточные станки. В условиях серийного и мелкосе­ рийного производств специальные алмазно-расточные станки встречаются крайне редко, поэтому весьма важно применить процесс тонкого растачивания на обычных универсальных станках.

Проведенными исследованиями было установлено [29], что тонкое растачивание стальных деталей по 1, 2 и 3-му классам точности и 6 , 7 и 8 -му классам чистоты вполне возможно и целесообразно при использовании универсальных токарных станков типа 1К62, 1А62, 1604, горизонтально-фрезерных станков 6Н82 и вертикально­ фрезерных станков 6А12П. При этом трудоемкость и себе­ стоимость обработки отверстий тонким растачиванием на фрезерных и токарных станках оказалась в 1,5—2 раза ниже, чем при развертывании и шлифовании по 2 и 3-му классам точности и в 2—2,5 раза ниже трудоемкости и себестоимости растачивания на токарных станках твердо­ сплавными, быстрорежущими и минералокерамическими пластинками.

Тонким растачиванием на универсальных станках до­ статочно производительно и экономично достигается и 1-й класс точности. Погрешности геометрической формы отверстий 040X80 мм при этом составляют:

При обработке на универсальных станках устойчиво обеспечивается шероховатость обработанной поверхности

106

в пределах 6 -го и 7-го классов чистоты. Шероховатость поверхности 8 -го класса при тонком растачивании па всех станках (включая специальный) достигается с трудом и может быть обеспечена стабильно только при условии тщательной доводки режущих лезвий инструментов или при охлаждении и удалении стружки струей распыленной эмульсии.

Наиболее рациональными режимами тонкого растачи­ вания стали 40 являются режимы, приведенные в табл. 14.

Таблица 14

Рекомендуемые режимы тонкого растачивания для стали 40

Наибольшая производительность и экономичность тонкого растачивания достигается при обработке деталей на специальном алмазно-расточном станке. Выполнение тех же работ на горизонтально-фрезерном станке увели­ чивает трудоемкость операции на 40—50% и себестои­ мость на 50—60%, а тонкое растачивание на токарных станках по сравнению с работой на специальных станках увеличивает трудоемкость на 65—80%, а себестоимость— на 85—110%.

Приведенные экспериментальные данные показывают полную техническую и экономическую целесообразность замены малопроизводительных и дорогих методов обра­ ботки точных отверстий развертыванием, растачиванием и шлифованием прогрессивным методом тонкого растачи­ вания на специальных алмазно-расточных или на универ­ сальных фрезерных и токарных станках.

107

Алмазное растачивание

Применение алмазных резцов, отличающихся наивыс­ шей твердостью и износостойкостью, высокой теплопро­ водностью и низким коэффициентом трения, дает возможность наилучшим образом использовать преиму­ щества процесса тонкого растачивания. К сожалению, хи­ мическое сродство алмаза с черными металлами, имею­ щими в своем составе углерод, и способность алмаза к диффузионным и адгезионным процессам с этими ме­ таллами, а также малая теплостойкость алмаза не позво­ ляют использовать его преимущества при обработке чер­ ных металлов, для которых при тонком точении прихо­ дится применять твердые сплавы и минералокерамику. Поэтому алмазное растачивание находит практическое применение главным образом при обработке цветных металлов и сплавов, фибры и пластмасс.

Всвязи с хрупкостью алмазных резцов, приводящей

ких выкрашиванию при возникновении толчков и ударов, процесс алмазного растачивания в еще большей мере, чем тонкое растачивание твердосплавными резцами, тре­ бует устранения вибраций в системе СПИД.

От станков для расточки алмазами требуется тщатель­ ная балансировка всех вращающихся частей и плавность перемещений, повышенная точность, жесткость и вибро­ устойчивость, наличие тонких подач и высоких скоростей вращения шпинделей. При этом станки должны иметь устройство для подачи смазывающе-охлаждающих жид­ костей.

Этим требованиям в основном удовлетворяют выпус­ каемые в настоящее время станки класса «В» (2705В,

2706В, 2711В и 2712В).

При исследовании процесса алмазного растачивания бронзы Бр.ОЦС 5—5—5, красной меди М2, латуни ЛЖМц59—1—1 и алюминиевого сплава Д16, проведен­ ном в Одесском политехническом институте, успешно при-

108

менялись стандартные алмазные резцы (ГОСТ 13288— 67) с геометрией: <р—45°, cpi= 50°, 7 = 0 , а=10° при на­ личии фасетки шириной 0,05 мм. При обработке цветных металлов и сплавов должен быть обеспечен достаточный зазор между борштангой и обрабатываемым отверстием, достигающий при обработке меди 5 мм.

Таблица 15

Режимы алмазного растачивания цветных металлов и сплавов

Режимы резания, обеспечивающие устойчивое дости­ жение шероховатости 1 0 -го класса чистоты поверхности на станке 2705В алмазными резцами указанной геомет­ рии, приводятся в табл. 15.

При обработке по указанным режимам стабильно обеспечивается точность размеров отверстий в пределах допусков 1-го класса точности. При этом рассеивание размеров отверстий 028—60 мм не превышало 0,007— 0,008 мм, погрешность формы отверстий по некруглости составляла 0,002—0,003 мм, а по конусности — 0,001—

0 , 0 0 2 мм.

В связи с тем, что жесткость шпиндельного узла алмазно-расточного станка не постоянна по окружности и в пределах одного оборота значительно изменяется, по­ грешности геометрической формы, и в частности, некруг-

109