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

ботки выбирают от № 16 до 5, а для окончательной —■ от № 4 до Ml0. Правку брусков, установленных на соот­ ветствующей диаметр, производят шлифованием на круг­ лошлифовальных станках кругами из карбида кремния.

Величина припуска на хонингование зависит от вида и точности предыдущей обработки, диаметра отверстия и материала. Практически величину припуска принимают для обработки стали в пределах от 0,01 до 0,08 мм, а для чугуна — от 0,02 до 0,2 мм. С целью получения каче­ ственной поверхности обрабатываемого отверстия, окруж­ ную скорость головки принимают в 3—4 раза больше скорости возвратно-поступательного движения, при этом скрещивающиеся штриховые линии образуют угол а = = 30-ь60°. Окружную скорость головки берут в пре­ делах 0,3—0,8 м/с, а скорость возвратно-поступательного движения 0,1—0,3 м/с, причем большие значения отно­ сятся к обработке более твердых металлов. В качестве смазочно-охлаждающей жидкости применяют керосин с до­ бавлением 10—20% веретенного масла.

Хонингование при обработке точных отверстий имеет довольно широкое применение, так как по сравнению с внутренним шлифованием имеет ряд преимуществ.

При хонинговании уменьшается вспомогательное время на установку и выверку положения обрабатываемой детали, так как головка соединена со шпинделем станка посредством шарнира, что позволяет ей самоустанавливаться по обрабатываемому отверстию. Кроме того, при­ менение плавающей головки позволяет принимать при­ пуски на хонингование в несколько раз меньшими, чем на шлифование, вследствие того, что отпадает необходи­ мость в компенсации погрешности установки. Удельное давление при хонинговании принимают от 3 до 6 кгс/см2 (давление на зерно от 0,4 до 1 гс), что значительно меньше, чем при шлифовании. Вызываемый при таком давлении нагрев детали до 40—70° С также значительно меньше, чем при шлифовании. Хонингованием можно обрабаты­ вать точные отверстия в крупногабаритных деталях.

Полирование. Полированием называется процесс от­ делочной обработки, предназначенный для получения высокого качества поверхности без соблюдения точных размеров и геометрической формы.

Основным назначением всех видов полирования яв­ ляется: повышение класса чистоты поверхности, получе­ ние блестящего зеркального декоративного вида, удаление

210

следов коррозии и пленок окислов, подготовка поверх­ ностей деталей под гальванические и другие покрытия, а также уменьшение коэффициента трения и износа по­ верхностей деталей.

Ниже рассмотрены основные способы полирования. О б р а б о т к а а б р а з и в н ы м и ш к у р к а м и и л е н т а м и . Обработку с применением абразивной

шкурки (полотна) применяют как для грубой зачистки, так и для полировки поверхностей деталей и инструмен­ тов. Для механизации зачистных— полировальных работ применяют специальные станки, производящие обработку бесконечными абразивными лентами, изготовленными из шлифовальных полотен на тканевой или бумажной основе. Качество поверхности после обработки зависит от зерни­ стости абразивных порошков, износа ленты и- применяе­ мых смазочно-полирующих материалов. Ленты с зерни­ стостью от № 50 до 25 обеспечивают шероховатость по­ верхности до 7-го класса чистоты, с зернистостью от № 20 до 5 — до 9-го класса, а ленты с зернистостью от № 5 до 3 с применением паст позволяют получить зеркальную поверхность с шероховатостью до 12-го класса чистоты

Одним из наиболее распространенных способов обработки поверхностей деталей является полирование мягкими кругами из войлока, парусины, фетра, хлопчатобумажной ткани, а в некоторых случаях из дерева. Применение мягких кругов позволяет, в отличие от шлифовальных кругов, полностью обрабатывать поверхности деталей, имеющих неправильную геометрическую форму и отклоне­ ния от плоскостности, — без удаления всех неровностей и, следовательно, без снятия большого слоя металла.

Для предварительного полирования применяют круги из войлока или парусины, на поверхность которых нано­ сят слой абразивного порошка различной зернистости. Абразивные порошки удерживаются на поверхности кру­ гов с помощью клея (мездрового, казеинового и т. д.). По мере срабатываемости на круги наносят новый слой абразива, и таким образом поддерживается постоянная их работоспособность.

Для окончательной полировки применяют круги из войлока, фетра или ткани, на поверхность которых наносят мелкозернистые абразивы, различные полировоч­ ные материалы или пасты. Для обработки поверхностей

211

стальных деталей применяют: абразивные порошки с зер­ нистостью от М40 до М14, пасту ГОИ или окись хрома. Для полирования деталей из цветных металлов приме­ няют: крокус (окись железа Fe20 3), окись хрома, трепел (двуокись кремния — кремнезем). Для полирования стек­ ла применяют крокус, а для полирования дерева, кожи, целлулоида — пемзу (продукт вулканического проис­ хождения).

Ш л и ф о в а н и е и п о л и р о в а н и е в г а л ­

то в о ч н ы х б а р а б а н а х . Галтование в барабанах

снаклонной осью применяют для зачистки и полирова­ ния поверхностей деталей, удаления заусенцев и при­ тупления острых кромок. Обработка осуществляется за счет перемещения деталей и абразивно-полирующих материалов относительно друг друга при вращении ба­ рабана.

Для предварительного галтования объем барабана

заполняют примерно на 1/3 часть деталями и кусками абразива. Чистовое галтование производят с заполнением объема барабана на 2/3 деталями, кусками абразива и стальными шариками. При полировании барабан запол­ няют на 4/5 объема деталями, стальными шариками, ку­ сками кожи или опилками, смоченными в каустике.

П о д в о д н о е ш л и ф о в а н и е и п о л и р о ­ в а н и е . Сущность процесса заключается в том, что шестигранный барабан 1 (рис. 112), имеющий отверстия, погружают в ванну 2 с мыльным раствором и вращают вместе с деталями и абразивно-полирующими материа­ лами с небольшой частотой вращения («=*20—40 об/мин). В качестве рабочей жидкости применяют воду, содержа­ щую от 3 до 5 г ядрового 72%-ного мыла и от 3 до 5 г кальцинированной соды на 1 л воды, температура рас­ твора 20—40° С.

Подводное шлифование применяют для чистовой обра­ ботки поверхностей и притупления острых кромок. Обра­ ботанные детали имеют ровную и гладкую поверхность без особого блеска и с шероховатостью V7—V9. В ка­ честве абразивных материалов применяют куски из отходов шлифовальных кругов. Круги предварительно дробят на куски от 15 до 40 мм, затем для удаления острых граней обкатывают в галтовочных барабанах. При за­ грузке барабана объемное соотношение между деталями и абразивным материалом принимают примерно равным

1 : 5.

212

Подводное полирование обеспечивает более высокое качество поверхности (V10—V H ) и также может быть использовано для притупления острых кромок на дета­ лях. В качестве абразивно-полирующих материалов при­ меняют бой фарфора (изоляторы), который предвари­

50 мин. Кроме обкатанных кусочков фарфора, в барабан добавляют стальные шарики и куски войлока.

По сравнению с галтованием подводное шлифование и полирование обладает рядом преимуществ.

1 2

Рис. 112. Схема устройства для подводного шлифования

При подводном шлифовании применяемая жидкость выполняет функцию амортизатора, ослабляющего удары деталей друг о друга и, следовательно, уменьшающего забоины на поверхности деталей. При этом мыльная среда, растворяя загрязнения, уменьшает засаливание абразивных материалов.

Наличие отверстий в барабанах обеспечивает удале­ ние отходов металла и абразива. Детали после обработки выгружаются в сито и легко без пыли отделяются от абразивных материалов.

Э л е к т р о п о л и р о в а н и е металлических по­ верхностей деталей, является одной из разновидностей электрохимической обработки, основанной на анодном растворении в процессе электролиза.

На рис. 113 показана схема установки для электро­ полирования. Деталь 1 подвешивают в качестве анода в ванну 3, заполненную нагретым до температуры 70— 90° С электролитом. Катод 2 представляет собой стержень из меди или свинца. Плотность тока, рекомендуемую для электрополирования стальных деталей, принимают в пре­ делах 40—60 А/дц2 и регулируют при помощи реостата 4.

213

Вольтметр и амперметр предназначены для наблюдения за режимом работы ванны.

При прохождении электрического тока напряжением 10— 14 В через электролит и деталь на поверхности последней в результате электрохимического действия образуется вязкая пленка из продуктов распада вершин неровностей. Пленка покрывает впадины более толстым слоем, чем выступы, следовательно, электросопротивле­ ние на выступах меньше и растворение металла выступов происходит значительно быстрее, чем во впадинах. Тео­ ретически процесс электрополирования должен обеспечить полное удаление с поверхности детали неровностей пре­ дыдущей обработки, но практически качество поверх­ ности может быть улучшено не более чем на два-три класса выше исходного и в любом случае не выше 11— 12-го классов чистоты.

Электрополирование, кроме повышения класса чи­ стоты поверхности, может быть применено для удаления острых кромок и заусенцев.

Обработка поверхностей деталей без удаления поверх­ ностного слоя осуществляется за счет пластической дефор­ мации и применяется с целью повышения качества по­ верхности, твердости и прочности (упрочнения) поверх­ ностного слоя, а также точности.

Обработку поверхностей пластическим деформирова­ нием производят путем обкатывания наружных цилин­ дрических поверхностей роликами, раскаткой отверстий или калиброванием их шариками или дорнами и обдувкой поверхностей металлическим песком или дробью.

Обкатывание наружных поверхностей и раскатывание отверстий производят одним или несколькими роликами, изготовленными из закаленной стали или твердого сплава. На рис. 114, а показана схема обкатывания наружных поверхностей, а на рис. 114,6— раскатывания отвер­ стий. Ролики, установленные в державках, имеют сво­ бодное вращение и соприкасаются с поверхностью при­ нудительно вращающейся детали под определенным дав­ лением. При перемещении державки с роликами вдоль оси обрабатываемой детали (движение подачи s) проис­ ходит смятие и выглаживание неровностей, одновременно сопровождаемое изменением размеров детали.

Качество поверхности и точность размеров обрабаты­ ваемой детали зависят от многих факторов, основными из которых являются:

214

а) качество поверхности и точность размеров детали после предыдущей обработки (поверхность исходной за­ готовки должна быть гладкой, без острых вершин гре­ бешков и заусенцев на них, так как заусенцы могут быть закатаны роликами и в процессе эксплуатации произойдет отслаивание частиц металла);

б) материал детали, пластичность которого определяет режимы обработки и число проходов;

в) давление, которое, в свою очередь, зависит от целей обработки (так, для обработки, применяемой только

Рис. 114. Схемы обработки по методу пластической дефор­ мации:

а — о б к а т к а в а л о в ; б — р а с к а т к а о т в е р с т и я

для повышения качества поверхности, давление в зависямости от обрабатываемого материала назначают от 50 до 200 кгс, а для обработки с целью упрочнения поверх­ ностного слоя принимают значительно большее);

г) режимы обработки (если скорость обкатывания, принимаемая в пределах 0,5—2,5 м/с, в основном влияет только на производительность, то величина подачи ока­ зывает прямое воздействие на качество обрабатываемой поверхности; величину подачи в зависимости от величины радиуса закругления ролика или цилиндрического пояска принимают от 0,1 до 0,5 мм/об);

росин). С увеличением давления при обкатывании необ­ ходимо применять смазки с меньшей вязкостью.

Обработка за счет пластической деформации находит наибольшее применение при изготовлении валов, облада­ ющих большой жесткостью, и отверстий больших диа­

215

а по сравнению с исходной заготовкой повышает класс чистоты (на один-два класса).

Калибрование отверстий заключается в продавливании через них стального закаленного шарика, при этом не­ ровности на поверхности стенок отверстий сглаживаются за счет их деформации. Кроме повышения класса чистоты поверхности, при калибровании шариком происходит и повышение микротвердости поверхностного слоя, а также повышение точности отверстия. В процессе калибрования возникают остаточные и упругие деформации, вследствие чего диаметр отверстия после калибрования может быть меньше диаметра шарика. Поэтому для получения отвер­ стия заданного диаметра делают «упреждение», т. е. диаметр шарика принимают несколько большим диаметра отверстия. Величина упругой деформации и соответ­ ственно подбор диаметра шарика зависят от высоты не­ ровностей и точности предыдущей обработки, конфигура­ ции, размеров и материала детали.

Калибрование отверстий проглаживающими прошивками (дорнами), не имеющими режущих кромок, позво­ ляет сглаживать неровности и обеспечивать требуемые размеры. Принцип работы прошивок аналогичен обра­ ботке шариками, различие заключается в том, что гео­ метрическая форма выглаживающих частей может иметь различную форму (ленточки, радиуса и т. п.) и при про­ шивании возможно в некоторой степени исправление не­ правильной оси отверстия.

11. ХИМИЧЕСКИЕ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ

Обработку поверхностей инструментов и деталей при­ боров в большинстве случаев выполняют резанием метал­ лическими лезвийными или абразивными инструментами. Но иногда при изготовлении деталей сложной конфигу­ рации и в особенности имеющих объемные поверхности, деталей из твердых сплавов или закаленных сталей, или деталей с отверстиями малых диаметров существующие способы механической обработки либо вообще нельзя применить, либо необходимо дополнительно вводить тру­ доемкую ручную обработку. Например, при изготовле­ нии сложных объемных штампов и пресс-форм, даже с использованием копировально-фрезерных станков тре­ буется большая и трудоемкая ручная доработка. Отвер­

216

стия в деталях из закаленной стали или из твердого сплава вообще невозможно выполнить режущим инстру­ ментом.

Применение химических и электрических методов обработки значительно расширяет технологические воз­ можности, так как при использовании этих методов твердость обрабатываемых металлов не имеет принципиаль­ ного значения, изменяя только производительность, опре­ деляемую обычно объемом удаляемого металла в единицу времени. Изготовление электродов сложной формы не представляет больших затруднений, так как для них применяют материалы, легко поддающиеся обработке (медь, латунь, графит).

Способы обработки поверхностей измерительных ин­ струментов и деталей приборов, основанные на химиче­ ском и электрохимическом растворении или разрушении (электроэрозии) металла за счет непосредственного воз­ действия электрических разрядов, весьма разнообразны.

Химическое и электрохимическое травление. Сущность способа заключается в вытравливании и удалении с по­ верхности деталей слоя металла определенной величины и формы путем непосредственного воздействия кислот или щелочей, или электрохимического травления. Обработка поверхностей путем травления носит условное название «химическое фрезерование». Для травления и удаления металла только с определенных участков всю поверхность детали покрывают защитным кислотоупорным слоем, за исключением мест, подлежащих травлению. После про­ сушки кислотоупорного слоя, обнаженные поверхности металла подвергают химическому или электрохимиче­ скому травлению. В зависимости от формы детали и формы поверхности, подлежащей травлению, в некоторых случаях кислотоупорный слой наносят на всю поверх­ ность детали и после просушки его производят прореза­ ние и удаление участков пленки, имеющих форму и раз­ меры вытравливаемой поверхности.

Электрополирование является разновидностью элек­ трохимической обработки поверхностного слоя металла. Сущность и описание процесса приведены в гт. 10.

Электроэрозионные методы обработки основаны на раз­ рушении (эрозии) металла под действием электрического тока. К основным разновидностям электроэрозионной обработки относятся: электроконтактный, электроискро­ вой и электроимпульсный метод.

217

Э л е к т р о к о н т а к т н ы й м е т о д о б р а ­ б о т к и основан на использовании тепла, возникающего при прохождении электрического тока через обрабатывае­ мую деталь и инструмент. Возникновение тепла в местах контакта инструмента и обрабатываемой детали объяс­ няется малой площадью контактируемых микровыступов и, следовательно, высоким сопротивлением, увеличива­ ющимся за счет переходного сопротивления, которое, в свою очередь, зависит от наличия на поверхности детали пленки окислов.

Применение электроконтактного метода для размер­ ной обработки деталей с обеспечением точных размеров и правильной формы невозможно, так как нагрев про­ исходит не только в месте контакта, но и в близлежащей к нему зоне.

Э л е к т р о и с к р о в о й м е т о д о б р а б о т к и разработан в 1943 г. советскими учеными Б. Р. Лаза­ ренко и Н. И. Лазаренко. Метод основан на том, что энергия к обрабатываемой поверхности изделия подво­ дится в виде импульсов большой частоты и малой про­ должительности. Время, за которое происходит разряд, измеряется десятками микросекунд (от 20 до 200 мкс) при плотности тока до 10 000 А/мм2. Вследствие высокой концентрации энергии на малом участке поверхности детали электрические разряды (короткие дуги) создают высокую температуру (до 10 000 °С), при этом происхо­ дит расплавление и частичное испарение элементарных объемов металла.

Мгновенное расплавление частиц металла, вызванное энергией, подводимой через канал разряда, сопровож­ дается под действием электрического поля и ударной волны микровзрывом, образованным мгновенным выде­ лением газа, растворенного в металле, и выбрасываю­ щим молекулы металла в направлении с анода на катод. Следующие друг за другом разряды возникают между наиболее близко расположенными участками поверхности электрода-инструмента и обрабатываемой детали, что создает возможность производить размер­ ную обработку с отображением (копированием) формы электрода-инструмента на обрабатываемой поверхности детали.

Электроискровая обработка может производиться как в воздушной, так и в жидкой среде. При обработке в воз­ душной среде, частицы металла беспрепятственно пере­

218

носятся с анода на катод, образуя прочное соединение. Такой перенос металла используют для нанесения тон­ ких слоев различных металлов на поверхность детали. В частности, его применяют для упрочнения и повышения износостойкости поверхностей деталей путем нанесения тонкого слоя хрома, твердого сплава или слоя меди на пластины твердого сплава перед их напайкой. В зависи­ мости от режимов толщина наносимого слоя твердого сплава может быть получена до 0,15 мм с качеством по­ верхности до 7-го класса чистоты. Применение упрочнения твердым сплавом измерительных поверхностей деталей приборов или инструментов, как правило, требует после­ дующей механической обработки этих поверхностей, при­ чем не гарантируется отсутствие отдельных точечных раковин, что необходимо учитывать при выборе способа упрочнения поверхности.

При обработке в жидкой среде, т. е. если между элек­ тродом-инструментом и деталью в момент разряда на­ ходится жидкость (маловязкое масло, керосин и т. д.), то выбрасываемые частицы металла охлаждаются в жид­ кой среде в виде мелкодиспергированных гранул и тем самым сохраняются необходимые для размерной обработки форма и размеры электрода.

Установки, применяемые для электроэрозионной об­ работки, различаются параметрами импульсов, генери­ рование которых может быть выполнено механическим или электрическим способом. При механическом генери­ ровании подвод энергии контактно-дуговой, т. е. импульсы возникают вследствие вибрации или вращения электродаинструмента, при этом последнему для поддержания междугового расстояния придается движение подачи. При электрическом генерировании подвод энергии осу­ ществляется через канал разряда. Генерирование может быть выполнено и комбинированным способом, т. е. под­ вод энергии контактно-дуговой (за счет разрыва электро­ цепи), но поступление тока импульсное. Наибольшее применение находит электрическое генерирование, обес­ печивающее лучшие условия для размерной обработки (меньший нагрев детали).

Существующие электроискровые установки с электри­ ческим генерированием делятся на конденсаторные и установки с питанием низкого напряжения. Наиболее распространенными для размерной электроискровой об­ работки являются конденсаторные установки, импульсы

219