
книги из ГПНТБ / Маталин, А. А. Новые направления развития технологии чистовой обработки
.pdfменнои толщины с очень тонкой вершиной (рис. 21, а). Часть этой верши ны А—В с толщиной мень шей, чем наименьшая тол щина срезаемого слоя tMim, практически не может быть срезана и подминает ся закругленной вершиной лезвия. Срезание металла фактически происходит только на участке В—С, на котором толщина стружки превосходит ве личину t ми„. После прохо да резца деформирован ный участок металла (на рис. 21 показан двойной штриховкой) частично уп руго восстанавливается,
увеличивая высоту неров-
£2
ностей Rz с величины ^ ,
определяемой теоретиче ски без учета пластиче ских и упругих деформа ций, до некоторого значения факт (рис. 2 1 ,а).
При работе в зоне осо бо тонких подач (менее
0,04—0,05 мм/'об при обра ботке углеродистой стали твердосплавным резцом с радиусом закругления г — = 0 ,8 —1,0 мм) уменьше ние подачи не только не
Увеличение высоты шероховатости с уменьшением подачи при |
тонких стружек [24]. |
Рис. 21. |
снятии |
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
мента |
и |
|
динамического |
(вибрационного |
характера) |
||||
воздействия |
режущего |
|
|
|
|||||
лезвия |
на |
обрабатывае |
|
|
|
||||
мую поверхность увеличи |
|
|
|
||||||
вается |
степень |
пластиче |
|
|
|
||||
ской деформации |
поверх |
|
|
|
|||||
ностного |
слоя |
металла и |
|
|
|
||||
его наклеп |
[28]. Кривые |
|
|
|
|||||
изменения |
амплитуды ко |
|
|
|
|||||
лебаний резца, шерохова |
|
|
|
||||||
тости |
и |
наклепа |
стали |
Рис. 22. Влияние податливости уз |
|||||
40Х при увеличении по |
|||||||||
ла шпиндель-борштанга алмазно |
|||||||||
датливости борштанги, по |
расточного станка |
при расточке |
|||||||
казанные на рис. 23, по |
стали 20Х с о = 100 м/мин\ |
s=0,02 |
|||||||
строенные по данным про |
мм/об; /=0,1 |
мм на: |
|||||||
веденных |
|
исследований |
/ — амплитуду колебаний резца; 2 — |
||||||
|
удельный износ резца [28]. |
||||||||
[2 1 ], |
показывают |
общ |
|
|
|
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:
Станок |
Некруглость, |
Конусность, |
|
мм |
мм |
алмазно-расточной |
0,002—0,004 |
0,004—0,008 |
2А715 |
||
горизонтально-фре- |
0,004—0,006 |
0,006-0,011 |
зерный 6Н82 |
||
токарный 1А62 |
0,005—0,010 |
0,010-0,015 |
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
|
|
Тип станка |
|
Режим резания |
Алмазно-рас |
Горизонталь- |
Токарный |
|
точной 2А715 |
но фрезерный |
. 1А62 |
|
6Н82 |
||
|
|
|
|
Скорость, м'мин |
240 |
130—150 |
130-150 |
Подача, мм/об |
0,08 |
0,07 |
0,07-0,11 |
Глубина, мм |
0,1 |
0 ,1 -0 ,1 5 |
0,25 |
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
Обрабатываемый материал
Скорость ре зания, M j M U H |
Подача, мм |
Глубина ре зания, мм |
Состав СОЖ
Достигаемый класс чистоты
Сплав алюминия Д16 |
515 |
0,02 |
0,09 |
Керосин |
10 а |
Латунь ЛЖМц59—1—1 |
370 |
0,02 |
0,06 |
с маслом |
10 в |
То же |
|||||
Бронза Бр. ОЦС 5—5—5 |
475 |
0,02 |
0,06 |
Сжатый |
10 6 |
Красная медь М2 |
385 |
0,02 |
0,05 |
Веретенное |
10 6 |
|
|
|
|
масло |
|
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
лость зависят от величины усилий резания и при их увеличении возрастают. Поэтому при увеличении скоро сти резания от 320 до 520 м/мин некруглость отверстии в алюминиевых сплавах, латуни и красной меди возра стает от 0,002 до 0,003 мм, а в бронзе — от 0,0016 до 0,0024 мм. При изменении подачи от 0,02 до 0,06 мм/об при растачивании со скоростью 320 м/мин с глубиной по дачи 0,06 мм некруглость отверстий в этих материалах колеблется в пределах 0,0018—0,0025 мм, а в бронзе — в пределах 0,0016—0,0018 мм. При увеличении глубины резания от 0,03 до 0,12 мм при растачивании всех иссле дованных цветных металлов и сплавов со скоростью ре зания 320 м/мин и подачей 0,02 мм/об некруглость отвер стий увеличивается в пределах от 0,0016 до 0,0026 мм.
Большая стойкость алмазных резцов при обработке точных отверстий в деталях из цветных сплавов обуслов ливает высокую экономическую эффективность их приме нения. Так, применение алмазных резцов на заводе им. Лихачева показало [10], что при обработке баббита и бронзы они дают повышение стойкости по сравнению с твердосплавными в 7—12 раз. Рост производительности станков при этом составляет 25%. Подналадка твердо сплавного резца на размер производится 1— 2 раза в смену, а алмазного — 1 раз за 6 —7 смен. В связи с этим потери времени на остановки и подналадку станков при обработке деталей алмазными резцами значительно сни жаются.
ЧИСТОВАЯ ОБРАБОТКА ХОЛОДНЫМ ПЛАСТИЧЕСКИМ ДЕФОРМИРОВАНИЕМ
Сущность процесса обработки холодным пластическим деформированием
К числу наиболее прогрессивных методов чистовой обработки относится обработка холодным пластическим деформированием.
ПО