книги из ГПНТБ / Мовчин, В. Н. Технология производства измерительных инструментов и приборов учебник

Строгание, несмотря на ряд недостатков (низкие ско­ рости резания и потери времени на обратный холостой ход), находит применение в особенности для обработки на продольно-строгальных станках крупногабаритных или узких длинных деталей (измерительных линеек, поверочных мостиков и т. д.).

Основным достоинством обработки на строгальных станках является обеспечение прямолинейности и плоско­ стности, например, при чистовом строгании можно обеспе­ чить прямолинейность 0,05—0,1 мм на 1 м длины поверх­ ности детали с шероховатостью 5—6-го классов чистоты. При применении широких резцов, работающих с малой глубиной резания (/ = 0,1ч-0,5 мм) и подачах s = 10ч- ч-20 мм/ход, можно добиться 7-го класса чистоты.

При строгании крупных отливок и сварных заготовок наличие внутренних напряжений может после удаления большого слоя металла вызвать нарушение внутреннего равновесия и вследствие этого деформацию. Для умень­ шения внутренних напряжений перед механической обра­ боткой стальные заготовки подвергают отжигу, а отливки из чугуна — старению и отжигу. С той же целью при стро­ гании высокоточных (корпусных) деталей после черновой обработки производят старение. При строгании, особенно чистовом, большое значение имеет правильное закрепле­ ние детали. Под действием сил зажима деталь деформи­ руется, а по окончании обработки и снятия прижимов стремится принять прежнее положение, при этом изме­ нятся ее геометрическая форма и размеры. При выпол­ нении с одного установа черновой и чистовой обработки необходимо после чернового строгания ослабить прихваты, а затем учитывая, что при чистовой обработке усилия ре­ зания меньше, снова закрепить деталь но с меньшим уси­ лием.

Фрезерование плоскостей. Наиболее распространенным способом обработки поверхностей является фрезерование. По сравнению со строганием фрезерование обладает рядом преимуществ: более высокой производительностью при использовании многолезвийного инструмента; более вы­ сокой точностью обработки и универсальностью, позво­ ляющей производить обработку плоскостей, шпоночных пазов и т. д.

Плоскости можно обрабатывать на фрезерных станках цилиндрическими или торцовыми фрезами. Фрезерование цилиндрическими фрезами осуществляют двумя спосо­

120

бами: 1) встречным фрезерованием (вращение фрезы на­ правлено против подачи); 2) попутным фрезерованием (направление вращения фрезы совпадает с направлением подачи). В обоих способах форма стружки принципиально не изменяется, но условия резания, а главное — дей­ ствие сил резания различные.

При встречном фрезеровании толщина стружки уве­ личивается постепенно от нуля до максимума, что обеспе­ чивает плавное изменение нагрузки на зуб фрезы, но при этом возникающие усилия резания стремятся отор­ вать деталь от стола станка. Наличие зазоров в направ­ ляющих стола (в особенности у изношенных станков) вызывает вибрацию и снижает класс чистоты обрабаты­ ваемой поверхности детали.

При попутном фрезеровании толщина стружки ме­ няется от максимума до нуля, при этом усилия резания при­ жимают деталь к столу и вибрация исключается. Однако изменение нагрузки на зуб фрезы от максимума до мини­ мума вызывает толчки в направлении подачи, сопровождае­ мые подрывом фрезы. Поэтому для попутного фрезерова­ ния необходима специальная конструкция механизма подач станка, исключающего зазоры. Существующие горизонтально-фрезерные станки, не имея такого меха­ низма подач, работают по способу «встречной подачи», что обеспечивает при обработке цилиндрическими фре­ зами шероховатостьповерхности в пределах 4—6-го классов чистоты и точность За—4-го классов.

При фрезеровании плоскостей торцовыми фрезами на вертикально-фрезерных станках обеспечиваются более высокие классы чистоты поверхности, так как отсутствуют усилия, отрывающие деталь от станка. Кроме того, кон­ струкция и метод крепления оправки с торцовой фре­ зой более надежны, чем крепление цилиндрических фрез. Достигаемые классы чистоты поверхности 5—7 и точно­ сти За—4.

Преимуществом торцового фрезерования является также возможность применения скоростного резания. Цилиндрические фрезы, оснащенные пластинами твердого сплава, практически не применяются из-за высокой стои­ мости фрез, выкрашивания пластин твердого сплава вследствие вибраций, возникающих при работе по способу встречной подачи, и сложности восстановления при ре­ монте твердосплавных цилиндрических фрез. Указанные недостатки цилиндрических фрез почти не свойственны

121

торцовым фрезам с механическим креплением резцов, оснащенных твердосплавными пластинами, позволяющим производить обработку со скоростями резания 100—- 300 м/мин..

Фрезерование фасонных поверхностей. Наиболее рас­ пространенным и простым способом обработки незамкну­ тых прямолинейно-фасонных поверхностей является фре­ зерование фасонными фрезами или наборами фрез. Зам-

по разметке или на копировально-фрезерных станках. Фрезерование замкнутых фасонных поверхностей на деталях типа дисков производят: а) по разметке или не­ посредственно по размерам; б) по копиру на различных

приспособлениях.

Схема фрезерования кулачков по копиру показана на рис. 53, а. Обрабатываемую деталь 1 вместе с копиром 2 устанавливают в приспособлении. Копир под действием груза Q постоянно прижимается к неподвижной опоре, и при вращении форма копира передается на деталь. При фрезеровании деталей невысокой точности в неподвиж­ ной опоре устанавливают ролик, при более высоких тре­ бованиях к точности копирования устанавливают сухарь с минимальной величиной радиуса; Сухарь ставят вместо ролика из-за того, что при переходе с цилиндрической поверхности копира на наклонную часть продольное пе­

122

Фрезерование на деталях поверхностей в виде спирали Архимеда (равным углам поворота соответствуют равные приращения радиуса-вектора) можно производить как на вертикально; так и горизонтально-фрезерных станках. Обрабатываемую деталь 1 (рис. 54) устанавливают на де­ лительной головке 2 и приводят во вращение, а стол вместе с делительной головкой пе­ ремещают на величину Н. Смен­ ные зубчатые колеса подбирают из расчета продольного перемещения на величину Я за один оборот детали.

Протягивание. Наружное протя­ гивание поверхностей применяют только в крупносерийном и массо­ вом производстве, так как для его осуществления необходимы специаль­ ные протяжки и приспособления для установки деталей. Схемы сня­ тия припуска, так же как и при­ меняемое оборудование, аналогичны протягиванию внутренних поверх­ ностей. Более удобными для на­ ружного протягивания являются

вертикально-протяжные станки, позволяющие приме­ нять составные протяжки большой длины.

Наружное протягивание позволяет во многих случаях заменить фрезерование, обеспечивая при этом высокую производительность за счет одновременного участия в об­ работке нескольких зубьев протяжки и более высокие классы точности и чистоты поверхности по сравнению с фрезерованием.

6. ШЛИФОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ

Современная техника больших скоростей предъявляет высокие требования к качеству и точности поверхностей деталей машин и приборов. Качество изготовления дета­ лей машин контролируют с помощью измерительных ин­ струментов и контрольно-измерительных приборов, де­ тали которых и особенно измерительные поверхности (кон­ цевые меры длины, рабочие поверхности калибров и т. д.)

123

должны быть изготовлены более качественно, чем контро­ лируемые детали машин.

При изготовлении деталей машин и особенно измери­ тельных инструментов широко применяют обработку ре­ занием с использованием абразивных инструментов, по­ зволяющих снимать тончайшие слои металла.

Самой распространенной обработкой с применением абразивного инструмента является шлифование.

Режущие инструменты при шлифовании на любом виде шлифовальных станков представляют собой шлифо­ вальные круги различной формы и размеров и шлифоваль­ ные сегменты. Шлифовальный круг состоит из абразивных зерен, скрепленных связывающим веществом, называе­ мым связкой. Применяя шлифовальные круги с зернами различной величины и из различных абразивных мате­ риалов, можно изменять величину снимаемого слоя ме­ талла и тем самым обеспечивать различные классы чистоты поверхности на обрабатываемой детали.

Несмотря на то, что зерна абразивных материалов обла­ дают высокой твердостью, все же в процессе работы про­ исходит их затупление, условия резания ухудшаются и затупившиеся зерна под действием увеличившихся сил резания вырываются из связки. Взамен вырванных зату­ пившихся зерен в работу вступают новые зерна, которые по мере затупления также должны быть удалены из круга. Удаление затупившихся зерен под действием возрастаю­ щих сил резания называется самозатачиванием. Условия самозатачивания, очевидно, зависят от свойств связки, удерживающей абразивные зерна.

Шлифовальные круги применяют для выполнения раз­ личных работ и обработки металлов, обладающих различ­ ными механическими свойствами, например, незакален­ ной и закаленной стали, чугуна, твердых сплавов и т. д., очевидно, в каждом случае требуется подобрать соответ­ ствующую характеристику шлифовального круга, т. е. материал абразивных зерен, величину зерен, вид и мате­ риал связки и структуру расположения зерен.

Абразивные материалы. Абразивными материалами, применяемыми при шлифовании, называют зерна (кри­ сталлы), обладающие высокой твердостью и прочностью и имеющие острые грани, способные резать обрабатывае­ мый металл.

Абразивные материалы могут быть естественного про­ исхождения и искусственного.

124

Основными естественными абразивными материалами являются кварц, кремень, корунд и алмаз.

Кварц (песчаник) представляет собой кристаллизо­ ванную двуокись кремния, зерна которой имеют невысо­ кую твердость и обладают большой вязкостью. Кварц применяют для гидропескоструйной обработки поверх­ ностей заготовок.

Кремень является разновидностью кварца, содержит не менее 97% двуокиси кремния (SiO2) и обладает большой вязкостью и минимальной хрупкостью. В измельченном виде зерна кремния имеют обломочно-остроугольную форму и применяются для изготовления шлифовальной шкурки, предназначенной для обработки дерева, кожи, эбонита и т. д.

Корунд — минерал, состоящий в основном из кристал­ лической окиси алюминия (А120 3) и некоторого количе­ ства примесей. Абразивная способность корунда зави­ сит от количества окиси алюминия и содержания приме­ сей. С увеличением содержания окиси алюминия абразив­ ная способность корунда возрастает. Примеси (кварц и другие минералы, химически связанные с А120 3), имеют меньшую твердость, чем сам корунд, и снижают абразив­ ную способность корунда. Содержание примесей опреде­ ляет цвет корунда (серый, синий, красный, белый и т. д.).

В природе встречаются две разновидности корундов: непрозрачные и прозрачные. К непрозрачным корундам относятся обыкновенный корунд и наждак. Корунд со­ держит 90—95% окиси алюминия, менее хрупок, чем наждак, и является более качественным абразивным мате­ риалом. По твердости корунд уступает только карбиду кремния, карбиду бора и алмазу. Обыкновенный корунд используют для производства микропорошков М28—М7, для изготовления шлифовальных кругов его применяют крайне редко, так как зерна искусственного корунда менее хрупки и поэтому обеспечивают большую произво­ дительность при шлифовании. К прозрачным корундам относятся рубин, сапфир, топаз, аметист и изумруд. Такие корунды обладают высокой твердостью и износостойко­ стью и применяются для армирования измерительных на­ конечников приборов.

Алмаз обладает наибольшей твердостью из всех извест­ ных материалов и поэтому используется в технике для различных целей: правки шлифовальных кругов, обработки твердых металлов, обработки стекла, а также для армиро­

125

вания измерительных наконечников различных измери­ тельных приборов.

По внешним признакам и свойствам алмазы подразде­ ляют на три разновидности: борты, балласы и карбонадо. Наиболее твердым и хрупким является борт и наиме­ нее твердым— карбонадо. Твердость алмазов примерно в 2—3 раза выше, чем карбида бора и карбида кремния. Массу алмазов определяют в каратах, один карат равен 0,2 грамма.

Искусственные абразивные материалы. Основными искусственными абразивными материалами являются электрокорунд нормальный, электрокорунд белый, моно­ корунд, электрокорунд титанистый, карбид кремния, карбид бора, эльбор, синтетические алмазы.

Электрокорунд нормальный (Э) получают путем электрической восстановительной плавки боксита (гли­ нозем, кремнезем и окись железа). Он имеет кри­ сталлическое строение и содержит 93—96% окиси алю­ миния.

Электрокорунд белый (ЭБ) выплавляют из высокока­ чественного сырья (чистой окиси алюминия). ЭБ отли­ чается от нормального электрокорунда более высоким содержанием окиси алюминия (97—99%), незначительным наличием других окислов, однородностью, высокой твер­ достью, прочностью и более острыми кромками зерна. Перечисленные свойства позволяют применять белый электрокорунд для обработки сталей, имеющих высокую твердость, и при высоких требованиях к классам чистоты и точности обрабатываемой поверхности. Для менее от­ ветственных работ, а также для шлифования незакален­ ных сталей применяют как более дешевый нормальный электрокорунд.

Монокорунд (М) — абразивный материал, получается путем специальной плавки и имеет высокое содержание окиси алюминия (98—99%). По сравнению с нормальным и белым электрокорундом монокорунд обладает более высо­ кой твердостью, механической прочностью и абразивной

способностью.

Высокая абразивная способность монокорунда объяс­ няется особенностями его строения. Если зерна электро­ корунда после дробления представляют собой осколки кристаллов корунда, то зерна монокорунда представляют собой целые кристаллы. В процессе шлифования зерна монокорунда скалываются отдельными частичками, что

120

обеспечивает хорошую самозатачиваемость, а следова­ тельно, высокую режущую способность и меньшие уси­ лия резания.

Так как монокорунд значительно дороже белого элек­ трокорунда («=ша 20%), его рекомендуется применять для обработки деталей из закаленной стали, с повышенными требованиями к качеству поверхности.

Абразивный материал, выплавленный из глинозема в определенном сочетании с окисью титана (Ti2Oa), обра­ зующей твердый раствор в корунде, называют электро­ корундом титанистым (ЭТ). Титанистый электрокорунд по сравнению с нормальным и белым электрокорундом обладает большей абразивной способностью, но меньшей механической прочностью. Его применяют для ответ­ ственных шлифовальных и доводочных работ.

Карбид кремния (карборунд) представляет собой хи­ мическое соединение углерода с кремнием (SiC). В есте­ ственном виде встречается очень редко, и получается пу­ тем плавки кварцевого песка, содержащего 99—99,5% кремнезема (Si02), и веществ, содержащих углерод (кокс, антрацит), в электрической печи сопротивления.

Карбид кремния обладает более высокой твердостью по сравнению с электрокорундом, уступая по твердости только алмазу и карбиду бора. Абразивная способность карбида кремния очень высокая, так как его зерна имеют острые грани, к недостатку его следует отнести высокую хрупкость зерен.

Особенности карбида кремния делают его незаменимым при шлифовании материалов с небольшим сопротивлением разрыву, т. е. таких материалов, как чугун, латунь, алюминий, твердые сплавы и т. д.

Существуют две разновидности карбида кремния: а) карбид кремния черный (КЧ) и карбид кремния зеле­ ный (КЗ). Зеленый карбид кремния обладает несколько большей абразивной способностью и повышенной хруп­ костью, поэтому его применяют для чистовых работ.

Карбид бора (В4С) представляет собой кристалличес­ кий абразивный материал, полученный путем восстанов­ ления борного ангидрида (В20 3) углеродом. Карбид бора содержит до 94% кристаллического карбида бора и раз­ личные примеси и выпускается в виде мелкозернистых (до № 100) порошков серовато-черного цвета.

Карбид бора обладает высокой абразивной способно­ стью и твердостью и применяется для шлифования и отде-

127

лочной обработки твердых материалов. Абразивная спо­ собность карбида бора по сравнению с алмазом при обра­ ботке твердых сплавов составляет 60—70%, т. е. почти в 2 раза выше, чем карбида кремния.

Кристаллический нитрид бора, имеющий кубическую структурную сетку, называют «эльбор», а за рубежом — «боразон». Эльбор, обладая высокой твердостью, близкой к твердости алмаза, и в то же время меньшей хрупкостью, может обрабатывать твердые сплавы и другие материалы, заменяя алмаз.

Эльбор является новым перспективным абразивным материалом, но технико-экономическая целесообразность применения его в промышленности пока что изучена недостаточно.

Как абразивный материал алмаз обладает основным ценным свойством, отличающим его от всех других мине­ ралов, — высокой твердостью, благодаря которой он может резать любые материалы. Микротвердость алмаза примерно равна 8000 кгс/мм2, а микротвердость карбида бора равна 4450 кгс/мм2, т. е. алмаз примерно в 2 раза тверже карбида бора. Свойство алмазов используют при обработке твердых сплавов, точении твердых металлов, а также вязких металлов, не поддающихся шлифованию, при правке абразивных кругов и т. д.

Синтетические алмазы (АС) по твердости примерно рав­ ноценны естественным алмазам и способны резать (цара­ пать) последние, но по своей абразивной способности не­ сколько уступают природным алмазам (примерно в 1,4— 4 раза). Несмотря на худшую абразивную способность, синтетические алмазы ввиду их меньшей стоимости и де­

определяется величиной зерна. По ГОСТ 3647—71 абра­ зивные материалы в зерне разделяют по крупности на номера (от номера 200 до 3 и более Мелкие от М40 до М5) и на группы:

а) шлифзерно (по величине зерна объединяет номера зернистости от 200 до 16); б) шлифпорошки с номерами зернистости от 12 до 3 и в) микропорошки — от М40 до М5.

123

Зернистость шлифовальных кругов выбирают в зави­ симости от вида выполняемой работы и требований к ше­ роховатости обрабатываемой поверхности. Для обдироч­ ного плоского шлифования применяют шлифовальные сегменты (ГОСТ 2564—67) с зернистостью 125—80 и шли­ фовальные круги с зернистостью 125—50. Предваритель­ ное круглое и плоское шлифование производят кругами с зернистостью 50—25. При окончательном шлифовании поверхностей, в том числе и фасонных поверхностей, применяют круги с зернистостью 25—12, а для шлифо­ вания резьбы 80—3.

Твердость абразивных инструментов. Твердость шли­ фовальных кругов и других абразивных инструментов определяется не твердостью абразивных зерен, а прочно­ стью связки удерживающей зерна в круге.

Одним из основных факторов, обеспечивающих каче­ ство поверхности при шлифовании, является самозатачи­ вание круга. В процессе работы абразивные зерна зату­ пляются, при этом возникает трение, резко увеличиваю­ щее давление на зерно. При применении твердой связки, прочно удерживающей зерна, самозатачивание происхо­ дит только частично или может совершенно прекратиться. От работы затупившими зернами возникают прижоги и искажения геометрической формы детали.

Выбор твердости шлифовального круга зависит от_способа шлифования, размеров и формы обрабатываемой поверхности детали, материала и твердости детали, режи­ мов резания, величины абразивного зерна и т. д.

В зависимости от выбранного способа шлифования изменяется длина дуги соприкосновения шлифовального круга с обрабатываемой деталью. Например, при плоском шлифовании торцом круга дуга соприкосновения или точ­ нее площадь соприкосновения шлифовального круга с деталью значительно больше, чем при шлифовании плос­ кости периферией круга. При внутреннем шлифовании дуга соприкосновения больше, чем при наружном круглом шлифовании.

С увеличением дуги соприкосновения возрастает время контакта шлифовального круга с деталью и выделяется большее количество тепла. Применяемое для исключения прижогов уменьшение глубины резания уменьшает дав­ ление на зерно, и поэтому для создания условий само­ затачивания твердость круга должна быть принята меньше.