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

тока в которых образуются с помощью релаксационного (конденсаторного) генератора типа RG.

Принципиальная схема установки с использованием генератора типа RC показана на рис. 115. Обрабатывае­ мая деталь 2 присоединяется к аноду, а электрод-инстру­ мент 1 — к катоду (прямая полярность) и находится в ванне 3, заполненной маслом или керосином. Конден­ сатор С заряжается через сопротивление R от источника постоянного тока. При достижении на конденсаторе напряжения, достаточного для пробоя диэлектрической

жидкости, возникает разряд конденсатора. По окончании разряда конденсатора про­ хождение импульса тока прекращается, вновь начи­ нается зарядка конденсатора и цикл повторяется снова. Такая прерывистость в по­ даче импульсов объясняется тем, что сопротивление в цепи зарядов значительно

больше сопротивления в контуре разряда, т. е. заряд конденсатора производится дольше, чем разряд.

Эффективность электроискровой обработки опреде­ ляется объемом удаляемого металла в единицу времени, точностью икачеством обрабатываемой поверхности. В свою очередь, все эти факторы зависят в основном от электрических параметров, материала и размеров обра­

Режимы работы определяются величиной напряжения в начале разряда, емкостью конденсатора и величиной сопротивления. С увеличением емкости конденсатора происходит увеличение накапливаемой энергии, а следо­ вательно, образование и большей лунки расплавленного металла от действия единичного разряда, очевидно при этом увеличивается производительность. Увеличение со­ противления R увеличивает время зарядки конденсатора и снижает производительность. Уменьшение сопротивле­ ния до очень малых величин приводит к возникновению непрерывной дуги, что недопустимо для размерной об­ работки.

Режимы электроискровой обработки обычно подразде­ ляют на три группы: жесткие, средние и мягкие. При

220

обработке стальных деталей на жестких режимах дости­ гаемая производительность составляет 100—700 мм3/мин, но шероховатость обрабатываемой поверхности соответ­ ствует 2—3-му классу чистоты и на ней наблюдаются микротрещины. Возникновение трещин объясняется рас­ пространением тепла на большую глубину, вызывающего напряжения в поверхностном слое. При средних режимах съем металла равен примерно 15— 100 мм3/мин, а при мягких 0,1— 15 мм3/мин. При мягких режимах, выпол­ няемых при напряжении 40—70 В, силе тока 0,1—1 А

иемкости конденсатора 0,01 до 3 мкФ, достигается ка­ чество поверхности 6—8-го класса чистоты при полном отсутствии микротрещин. Для изготовления электродов применяют латунь, медь, медно-графитовые смеси и графит. Сравнительно большой износ электродов, состав­ ляющий примерно 50—100% по отношению к удаляемому материалу, окупается легкостью их обработки, так как материал электродов легко поддается обработке резанием

идавлением, а электроды сложной формы могут быть

изготовлены сборными.

Точность обработки зависит от точности изготовления электрода и от зазора, образующегося между электродом и боковыми стенками детали при внедрении в нее элек­ трода. Зазор неизбежно образуется за счет работы боко­ вых стенок электрода, кроме того, зазор необходим для выброса частиц металла. Проходящие через зазор ча­ стицы металла делают боковые поверхности детали токо­ проводящими и тем самым вызывают дополнительные разряды, увеличивающие зазор. Мощность дополнитель­ ных разрядов, а следовательно, и величина зазора, оче­ видно, зависят только от режимов обработки. Поэтому для обеспечения требуемой точности размеры электродов должны быть изменены на величину зазора. Величина зазора при мягких режимах колеблется от 0,01 до 0,1 мм, заданные ориентировочно размеры электрода с учетом зазора обычно корректируют опытным путем.

Электроискровым методом возможна обработка всех токопроводящих материалов, причем твердость их ока­ зывает влияние только на производительность. При из­ готовлении различных деталей приборов и инструментов с обеспечением высокой точности и качества поверхности обработку производят в основном на мягких режимах Поэтому область применения метода с учетом низкой производительности и интенсивного износа инструмента

221

ограничивается изготовлением отверстий в деталях из закаленных сталей и твердых сплавов и обработкой не­ больших поверхностей или деталей сложных конфигура­

советским ученым А. Я. Лившицом. По принципу об­ работки, т. е. по методу подвода энергии через канал разряда, электроимпульсный метод аналогичен электро­ искровому. Основное отличие заключается в устройстве для генерирования импульсов тока, а также в пара­ метрах и форме импульсов. Возбуждение разрядов осу­ ществляется при помощи специальных генераторов, созда­ ющих более продолжительные и мощные дуговые разряды.

Длительность импульсов тока доходит до 1000 мкс

счастотой до 600 Гц, при силе тока не менее 5—10 А. Метод обладает более высокой производительностью и

меньшим износом инструмента по сравнению с электро­ искровым, поэтому применяется для обработки сложных поверхностей со съемом большого объема металла. При обработке на жестких режимах обеспечивается съем ме­

Обработка с применением ультразвуковых колебаний. Электроэрозионные методы, обладая широкими возмож­ ностями при обработке сложных внутренних контуров и отверстий малых размеров, не могут быть применены для материалов, не проводящих электрический ток. Обработку с применением ультразвуковых колебаний можно применить для любых материалов, в частности для получения отверстий и разрезки стекла, керамики, кварца, термокорунда и других материалов.

Обработка с применением ультразвуковых колебаний, основана на удалении материала с обрабатываемой по­ верхности за счет гидравлического и механического воз­ действия на нее суспензии, состоящей из воды и взвешен­ ных в ней частиц абразивного порошка. Направленное действие суспензии, обеспечивающее получение отверстия определенной формы, осуществляется вибрирующим

сопределенной частотой и амплитудой инструментом. Установки для ультразвуковой обработки представ­

ляют собой высокочастотный генератор с рабочей голов­

222

кой для преобразования электрических колебаний в ме­ ханические. На рис. 116 показана схема рабочей головки для ультразвуковой обработки. К обрабатываемой детали / подводят инструмент 2, имеющий негативную (обратную) форму обрабатываемого отверстия. Инструмент закреп­ ляют на концентраторе 4, ультразвуковые колебания которого создаются магнитострикционным преобразова­ телем энергии 5. Концентратор 4 делают в виде стержня переменного сечения по длине и амплитуда его колебаний вместе с инструментом составляет 0,01—0,08 мм. Преобразователь из­ готовляют из пластин магнитострикционного металла, способного изме­ нять свои размеры под действием магнитного переменного поля с ча­ стотой, соответствующей частоте переменного тока, поступающего в обмотку. Изменения размеров магнитострикционных материалов, кото­ рыми являются никель, пермолой (сплав железа и никеля), железо, альфер (сплав железа и алюминия)

и другие материалы, позволяют пре­ образовать электрические колебания

в механические. Исследованиями Рис. 116. Схема уль­ установлено, что наибольшая эффек­ тразвуковой головки.

тивность обработки достигается при частоте колебания вибратора в пределах 18—25 кГц. Ток

такой частоты подается к магнитострикционному преоб­ разователю от ультразвукового генератора.

В зону обработки через сопло 3 непрерывно подается суспензия, которая предназначена для удаления разрушен­ ного материала, подачи свежего абразива и создания гидравлических ударов. При прохождении ультразвуко­ вых волн в жидкости возникают напряжения растяжения, величина которых превышает кавитационную прочность жидкости. Также возникает большое количество кави­ тационных пузырьков, заполненных воздухом, сжатие которых или их захлопывание приводит к гидравличе­

ударов получают огромные ускорения, ударяются с гро­ мадной силой об обрабатываемую поверхность и вызы-

223

вают дополнительные разрушения обрабатываемого ма­ териала. По мере разрушения материала производится подача рабочей головки до соприкосновения с обрабаты­ ваемой поверхностью, при этом создается небольшое давление 2—5 кгс/см2 (0,19—0,49 МН/м2). Для облегче­ ния подачи абразива при внедрении инструмента на большую глубину периодически инструмент выводят из зоны обработки. При нормальных условиях обработки глубина отверстий может достигать трех—пяти диа­

метров.

Производительность ультразвуковой обработки зави­ сит от размеров обрабатываемого отверстия, материала детали, давления на деталь и амплитуды колебания инстру­ мента, а также материала и зернистости абразива. С умень­ шением площади обрабатываемой поверхности произво­ дительность увеличивается, так как обеспечивается более легкая подача абразива под инструмент. При обработке хрупких материалов производительность также увеличи­ вается, так как метод ультразуковой обработки и основан на выкрашивании материала. С увеличением зернистости абразива съем металла увеличивается, но при этом ве­ личина зерна должна быть обязательно меньше ампли­ туды колебания инструмента.

Точность и качество поверхности зависят от зернисто­ сти абразивных порошков. Наиболее распространенными являются порошки карбида бора (КБ) с зернистостью от № 5 до М40, реже применяют карбид кремния (КЗ). Концентрация абразива в суспензии составляет 20—40% по объему. Обработка последовательно несколькими инструментами позволяет исключить возникающую ко­ нусность и обеспечить точность до 2-го класса.

Для изготовления инструментов при обработке хруп­ ких материалов (керамика, стекло) применяют закален­ ную сталь, а при обработке твердых материалов (твердые сплавы и т. д.) инструмент изготовляют из мягкой стали. Размеры инструмента с учетом разбивки отверстия при­ нимают несколько меньше номинального размера при­ мерно на 0,02—0,05 мм.

Обработку при помощи ультразвуковых колебаний в основном используют для изготовления отверстий раз­ личной формы и резки материалов из керамики, твердых сплавов, кварца, германия, алмазов, и в отдельных случаях для чистовой отделки поверхностей, предвари­ тельно полученных электроискровым способом.

224

В современном производстве ультразвуковые колеба­ ния находят применение при выполнении ряда техноло­ гических операций, например, при выявлении пороков в металле (трещины, пленки и т. д.) с помощью ультра­ звукового дефектоскопа, при промывке и обезжиривании деталей сложной конфигурации (мелкомодульные зубча­ тые колеса, мелкие корпусные детали и т. д.), пайке и др.

Лучевые способы обработки. Современная техника создала ряд новых способов обработки, имеющих большое перспективное значение, к таким способам относятся электронно-лучевая, ионно-лучевая и светолучевая обра­ ботка.

Э л е к т р о н н о - л у ч е в а я о б р а б о т к а . Сущ­ ность электронно-лучевой обработки, заключается в пре­ образовании кинетической энергии электронов в тепловую и использовании возникающей при этом высокой темпе­ ратуры для .местного нагрева и испарения микрообъемов металла. Установка для изучения электронов представ­ ляет собой электронную пушку, находящуюся в вакуум­ ной камере. При нагреве нити катода в вакууме до 2200° С возникает излучение электронов, поток которых уско­ ряется в мощном электрическом поле и, проходя через магнитную призму, фокусируется в узкий пучок, направ­ ленный на деталь. Скорость движения электронов до 200 000 км/с, и при ударе потока электронов о поверх­ ность обрабатываемой детали кинетическая энергия пере­ ходит в тепловую, при этом достигается плотность кон­ центрации энергии до 100 мВт на 1 см2.

Перемещение луча по обрабатываемой поверхности и изменение характера воздействия его на деталь, от непрерывного до импульсов длительностью 0,1 мкс, создают возможность обработки деталей сложной конфи­ гурации и отверстий малых диаметров в металлах раз­ личной твердости. Обработка в вакууме обеспечивает дополнительное преимущество, так как исключается обра­ зование окислов на обрабатываемой поверхности.

С в е т о л у ч е в а я о б р а б о т к а . Способ осно­ ван на том, что световой луч квантового оптического генератора (лазера) фокусируется через рубиновый кри­ сталл (сапфир, газы) в узкий световой луч диаметром 0,03—0,5 мм. Высокая концентрация энергии, направлен­ ной на небольшой участок поверхности обрабатываемой детали, вызывает высокую температуру и давление (ты­ сячи атмосфер), позволяющие производить обработку8

любых по твердости материалов. Особенно перспективное значение светолучевая обработка имеет при изготовлении отверстий малых диаметров (фильеры), вырезке сложных контуров, пазов и т. д.

12. м е х а н и ч е с к а я о б р а б о т к а

ДЕТАЛЕЙ ИЗ ПЛАСТМАСС

При изготовлении измерительных инструментов и де­ талей приборов пластмассу применяют как для экономии металла, так и с целью улучшения эксплуатационных свойств деталей. В частности, снижается масса деталей, так как плотность пластмассы (в пределах 1,05—2,1 г/см3) значительно меньше плотности даже алюминиевых спла­ вов (2,7—2,8 г/см3), кроме того, пластмасса обладает повышенной устойчивостью против коррозии, высокими диэлектрическими свойствами и меньшей теплопровод­ ностью.

Детали из пластмассы изготовляют прессованием, литьем или из отформованных-конструкционных материа­ лов (плиты, листы, стержни, пленки и т. д.). Заусенцы (облой) у деталей, полученных прессованием, удаляют штамповкой, резанием или (при небольших величинах облоя) галтованием в барабанах с наполнением их бру­ сками твердых пород дерева.

Из листового материала детали штампуют вырубкой или вытяжкой, детали из материалов, обладающих малой пластичностью и склонных к трещинам, вырубают после их подогрева. При штамповке-вытяжке деталей из фибры заготовки предварительно выдерживают в воде (1 ч на 1 мм толщины), а после штамповки и удаления заусенцев сушат до допустимых норм влажности.

Обработку резанием применяют при изготовлении деталей непосредственно из листовых или стержневых заготовок, а также для доработки прессованных заготовок и выполняют на обычных металлорежущих или деревооб­ рабатывающих станках.

Точение чаще всего применяют для изготовления дета­ лей из текстолита или органического стекла и производят резцами из быстрорежущей стали или оснащенными пла­ стинами твердого сплава ВК8 или ВК6. Рекомендуемые углы заточки-резцов: задний угол а = 15-т-20°, передний угол у = 10-н20° и угол ср = 45°. Скорость резания при точении резцами из быстрорежущей стали рекомендуется

226

Глава I I I

ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРИСПОСОБЛЕНИЙ

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРИСПОСОБЛЕНИЯХ

Во всех видах современного производства широко применяются различные приспособления, представляю­ щие собой устройства, основным назначением и преиму­ ществами которых являются:

1) правильное расположение обрабатываемой детали по принятым установочным базам и надежное ее закрепление;

2)повышение производительности труда и сокращение вспомогательного времени, т. е. времени на установку, выверку и закрепление детали;

3)расширение технологических возможностей обору­ дования (например, с помощью делительных устройств

возможно нарезание зубьев колес на горизонтально­ фрезерных станках);

4) устранение ручной и трудоемкой операции разметки заготовок перед механической обработкой;

5)повышение точности обработки деталей;

6)уменьшение трудоемкости сборочных и регулиро­ вочных работ, так как применение приспособлений позво­ ляет сократить время на выверку положения деталей и

узлов в собираемой конструкции;

7)обеспечение нормальных условий труда и безопас­ ности работы;

8)правильное и надежное крепление режущего ин­ струмента.

Все виды приспособлений как для непосредственного

крепления деталей, так и для крепления режущего ин­ струмента (оправки, державки и т. д., т. е. так называе­ мый вспомогательный инструмент) подразделяют на стан­ дартный, специализированный и специальный.

К стандартным приспособлениям относятся: а) универ­ сальные приспособления, применяемые для разнообраз­

228

ных работ и используемые при обработке деталей на раз­ личных станках (патроны, машинные тиски, поворотные столы, делительные головки и т. д.);

б) прочий нормализованный инструмент (оправки, пневмопатроны, переходные втулки и т. д.).

К специализированным относятся приспособления, в которых введены дополнительные элементы, позволя­ ющие использовать нормальные приспособления для опре­ деленных видов работ (специальные кулачки к патронам, сменные губки к тискам и т. д.).

Специальные приспособления предназначаются для установки и закрепления детали на одной операции. Область . применения таких приспособлений — крупно­ серийное и массовое производство и реже серийное.

Все конструкции приспособлений состоят из:

1) установочных элементов (опор), предназначенных для придания правильного положения детали относи­ тельно режущего инструмента;

2)зажимных устройств, предназначенных для фикси­ рования созданного положения детали;

3)направляющих для обеспечения требуемого напра­ вления движения режущего инструмента;

4)делительных или поворотных устройств, обеспечи­ вающих различные положения детали относительно ре­ жущего инструмента;

5)корпусов приспособлений, предназначенных для компоновки всех запроектированных элементов;

6)крепежных деталей, соединяющих все элементы

приспособления.

Применение того или иного элемента определяется назначением приспособления, требуемой точностью об­ работки и производительностью. Во всех случаях необ­ ходимо стремиться к использованию типовых решений и стандартных деталей и узлов, что позволяет ускорить проектирование, уменьшить время на изготовление при­ способления и, следовательно, его себестоимость.

Как указывалось ранее, правильный выбор баз, т. е. поверхностей деталей, которые определяют ее положение относительно режущего инструмента, является одним из основных этапов проектирования технологического про­

229