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

Г л ава I V

СПЕЦИАЛЬНЫЕ ВИДЫ РАБОТ В ПРОИЗВОДСТВЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ИНСТРУМЕНТОВ И ПРИБОРОВ

1. ТЕХНОЛОГИЯ ДОВОДОЧНЫХ РАБОТ

Доводкой называют технологическую операцию, обес­ печивающую получение наивысшей точности и класса чистоты поверхности, а также правильную геометриче­ скую форму обрабатываемых поверхностей деталей. В производстве измерительных инструментов и деталей приборов доводку широко применяют в качестве отделоч­ ной операции, так как она обеспечивает 10—14-й классы чистоты поверхности и любую точность в пределах воз­ можности оценки размеров существующими измеритель­ ными приборами. Например, при серийном изготовлении плоскопараллельных концевых мер длины размеры по­ лучают в пределах допусков от 0,00007 до 0,0001 мм, очевидно, при индивидуальной обработке точность может быть еще выше.

Доводка является также основным способом обработки, обеспечивающим условия притираемости, т. е. сцепление поверхностей друг с другом. Например, притираемость концевых мер при сборке их в блоки обеспечивается только при достижении 14-го класса чистоты, что выпол­ няется только доводкой.

Доводку применяют только для стальных деталей тер­ мически обработанных до высокой твердости. Получить высокий класс чистоты при доводке деталей, имеющих низкую твердость после закалки, практически чрезвы­ чайно трудно, а зеркальный блеск — вообще невозможно.

На машиностроительных заводах, не специализирую­ щихся по обработке деталей с высокой точностью, а иногда и в технической литературе операцию доводки называют притиркой. Надо сказать, что доводка не имеет никакого отношения к так называемой операции «притирка». Под притиркой обычно понимают припассовку поверхности

310

одной детали к поверхности другой с помощью абразивных или абразивно-полирующих материалов. Доводку всегда выполняют на притирах, форма которых является обрат­ ной копией формы детали, а для снятия слоя металла по­ верхность притира шаржируют абразивными порошками или при применении притиров из твердых материалов применяют различные абразивно-полирующие пасты. Кроме того, в отличие от притирки, применяемой для об­ работки любых материалов, доводка'поверхностей дета­ лей измерительных приборов, участвующих в измерении или перемещении и изготовленных из незакаленной стали, чугуна или других материалов, имеющих низкую твер­ дость, вообще недопустима. Это объясняется тем, что воз­ можное насыщение доводимой поверхности детали абра­ зивами (шаржирование) вызовет повышенный износ со­ прягаемой детали.

Величина припуска, оставляемого на доводку, должна быть минимальной, поэтому к шлифованию поверхностей деталей, производимому перед доводкой, предъявляют высокие требования к классу чистоты поверхности, гео­ метрической форме, точности и отсутствию прижогов. Погрешности геометрической формы как плоских, так и цилиндрических деталей, полученные после шлифования, исправить доводкой трудно, а во многих случаях и невоз­ можно. Наличие прижогов исключает получение каче­ ственной поверхности, так как удалить прижоги или отпущенный слой доводкой невозможно.

Сущность процесса доводки заключается в относи­ тельном перемещении обрабатываемой детали по притиру или, наоборот, притира по детали. При этом слой металла с поверхности детали снимается либо кристаллами абра­ зива, удерживаемыми притиром, либо различными абра- зивно-полирующими материалами или пастами.

Доводку по применяемым абразивно-полирующим ма­ териалам делят на два вида: механическую и химико­ механическую.

Механическая доводка (микропорошками). Сущность механической доводки заключается в следующем: если зерна абразивного порошка расположить между двумя притирами, то при перемещении одного из них по другому происходит вдавливание зерен в поверхность притиров. Внедрение в поверхность притира абразивных зерен на­ зывают шаржированием. Поверхность притира после шар­ жирования представляет собой режущий инструмент,

311

образованный большим количеством абразивных зерен, острия которых выступают из поверхности притира на незначительную величину. При перемещении обрабаты­ ваемой детали по притиру с нее снимается слой металла, толщина которого зависит от величины выступающих острий зерен и от давления, оказываемого на деталь при доводке. В свою очередь, величина выступающих острых граней зерен зависит от величины зерен исходного абра­ зивного порошка, а удельное давление зависит от требуе­ мого качества доводки и принимается в пределах от 1,2 до 1,6 кгс/сма.

При сохранении давления на деталь в течение всего периода доводки удельное давление является переменной величиной, так как в начале доводки обрабатываемая деталь соприкасается с поверхностью притира только своими неровностями и контактное давление на абразив­ ные зерна высокое. По мере удаления неровностей и уве­ личения площади соприкосновения притира с деталью давление на зерна уменьшается, а следовательно, умень­ шается и величина снимаемого слоя металла. К концу доводки абразивные зерна удаляют только тончайшие слои металла, обеспечивая требуемый класс чистоты по­ верхности. Придание требуемой геометрической формы и точных размеров обрабатываемой детали производят притиром, поэтому последний должен быть выполнен в зер­ кальном изображении, т. е. быть обратной копией формы обрабатываемой поверхности детали.

Химико-механическая доводка (пастами). Из ряда теорий, по-разному объясняющих сущность химико-ме­ ханической доводки, наиболее обоснованной и нашедшей практическое подтверждение следует считать теорию, раз­ работанную академиком Гребенщиковым И. В. Теорети­ ческое объяснение процесса химико-механической доводки по этой теории заключается в следующем. Поверхность металла всегда покрыта тончайшей пленкой окислов, имеющих высокую твердость. Под воздействием химиче­ ских веществ, входящих в состав паст, эта пленка как бы размягчается и при движении притира срывается зернами полирующего порошка. Обнажившаяся часть поверх­ ности металла вновь окисляется, вступает в химическое взаимодействие, и процесс повторяется, причем металл удаляется в первую очередь с вершин выступов. Теоре­ тически после удаления выступов пленка снимается ров­ ным слоем со всей поверхности доводимой детали, и про­

312

цесс автоматически прекратится, если не будет увеличено давление. Применяя различные химические элементы и полирующие порошки, можно изменять величину снимае­ мой пленки и тем самым регулировать производительность.

Действие различных паст, в том числе и паст ГОИ (Государственного оптического института), основано на этой теории; стеариновая и олеиновая кислоты способ­ ствуют образованию мягкой пленки, а порошки окиси хрома, содержащие следы серы, удаляют ее.

Материал притиров. К материалам для изготовления притиров любой формы и назначения предъявляют два противоположных требования: 1) поскольку поверхность притира при доводке участвует в работе, то для умень­ шения его износа и сохранения правильной геометри­ ческой формы твердость материала притира должна быть наиболее высокой; 2) материал притира должен быть мак­ симально мягким, так как при этом условии легче про­ извести шаржирование, а зерна абразива надежно удер­ живаются в поверхности притира. Второе условие осо­ бенно важно при шаржировании притиров крупнозерни­ стыми абразивными порошками, так как с увеличением зерен требуются большие усилия для вдавливания их в поверхность притира.

Для изготовления притиров применяют чугун, мягкую сталь, бронзу, медь, стекло. Выбор того или иного мате­ риала для притиров производят в каждом отдельном слу­ чае с учетом формы и размеров обрабатываемой поверх­ ности детали, способа доводки и применяемых абразивнополирующих материалов.

Наиболее распространенным материалом притиров яв­ ляется серый чугун, обеспечивающий хорошую шаржируемость и обладающий высокой износостойкостью. Каче­ ство отливок, химический состав, твердость и структура чугуна имеют большое значение для доводочных работ. Чугун с перлитовой структурой более твердый и износо­ стойкий, поэтому его применяют в тех случаях, когда требуется сохранить длительное время сложный профиль притира. В этом случае некоторое увеличение трудоемко­ сти доводочных работ компенсируется уменьшением вре­ мени на восстановление изношенного профиля притира и главное обеспечивает правильную геометрическую форму обрабатываемой детали. Из перлитового чугуна изго­ товляют притиры для доводки профильных калибров, резьбовых калибров-колец и т. п.

3*3

Чугун с ферритовой структурой является самым мяг­ ким, шаржируется хорошо, но обладает низкой износо,- стойкостыо.

Наилучшим материалом притиров является серый чугун с феррито-перлитовой структурой и с наличием фосфидной эвтектики. Установлено, что мелкие включения фосфидной эвтектики вследствие высокой ее твердости (примерно в 5—8 раз тверже, чем перлит, и в 2 раза тверже закаленной стали) обладают абразивными свойствами и ускоряют процесс доводки. Участие в процессе доводки сетки фосфидной эвтектики объясняется также тем, что она как более твердая всегда выступает на поверхности притира, так как в процессе подготовки последнего к ра­ боте более мягкие структурные составляющие чугуна снимаются абразивными порошками быстрее. Кроме уско­ рения процесса доводки, наличие фосфидной эвтектики на поверхности притира обеспечивает большее уплотнение металла на поверхности доводимой детали, что, в свою очередь, повышает твердость ее поверхностного слоя.

Изготовление отливок притиров из серого чугуна с фосфидной эвтектикой является вследствие особенностей технологии литейного производства очень трудной задачей. Поэтому чаще всего применяют притиры из серого чугуна с феррито-перлитовой структурой, имеющие твердость НВ 160—180, Пригодность притиров для выполнения доводочных работ, в том числе и наличие механических включений, вызывающих царапины на поверхности де­ тали, устанавливают путем опробования и отбора прити­ ров из партии отливок.

Стальные притиры, даже изготовленные из мягкой отожженой стали, плохо поддаются шаржированию, поэ­ тому применяются только в тех случаях, когда невоз­ можно использовать притиры из чугуна. Например, до­ водку резьбовых колец мелких размеров производят при­ тирами из стали, так как чугунные притиры применять невозможно вследствие их хрупкости.

Притиры из цветных металлов применяют только в индивидуальном производстве при необходимости по­ вышения класса чистоты поверхности на деталях типа валов, при этом обработку производят на обычных токар­ ных станках притиром в виде разрезной втулки, поджи­ маемой в процессе доводки специальным жимком.

Для окончательной отделки поверхности детали с по­ лучением зеркального блеска иногда применяют притиры

314

из зеркального стекла или стекла марки «Пирекс». Сте­ клянные притиры невозможно шаржировать абразивными порошками любой зернистости, поэтому доводку на них производят, применяя различные пасты.

Абразивно-полирующие материалы. В соответствии с двумя способами доводки все абразивно-полирующие материалы делят на две группы: твердые и мягкие (пасты).

К твердым относятся все абразивно-полирующие ма­ териалы, обладающие чисто абразивными свойствами и определенной стойкостью. Абразивная способность раз­ личных материалов определяется величиной снимаемого слоя металла при одних и тех же условиях, а стойкость определяется величиной снимаемого металла до момента износа абразивных зерен. Абразивная способность и стой­ кость зерен зависят от принятого абразивного материала и его твердости.

При выполнении доводочных работ в качестве абразив­ ных материалов применяют электрокорунд нормальный (Э1—Э5), электрокорунд белый (ЭБ7—ЭБ9), монокорунд (Мб—М8), электрокорунд титанистый (ЭТ), карбид крем­ ния зеленый (К36—К39) и карбид бора (КБ).

Для предварительной доводки стальных закаленных деталей применяют электрокорунд нормальный, а для окончательной доводки — электрокорунд белый. Приме­ нение электрокорунда обеспечивает высокую производи­ тельность, а вследствие благоприятной формы его зерен достигается хорошее качество отделки поверхности.

Монокорунд и электрокорунд титанистый являются новыми материалами, обладающими значительно большей стойкостью по сравнению с электрокорундом и, следова­ тельно, повышенной производительностью. По данным Московского инструментального завода «Калибр», замена электрокорунда для доводки концевых мер длины электро­ корундом титанистым позволила повысить устойчивость технологического процесса.

Карбид кремния по сравнению с электрокорундом обладает большей твердостью, но вследствие хрупкости быстро разрушается, что ведет к снижению производи­ тельности.

Карбид бора по своей твердости уступает только алма­ зам и обеспечивает высокую производительность, но по качеству отделки поверхности значительно уступает электрокорундам.

315

Карбид кремния, карбид бора и алмазные порошки в основном применяют при доводке твердых сплавов. Достижение высокого класса чистоты поверхности при доводке зависит не только от подбора зернистости абра­ зивных зерен и их тщательного шаржирования в поверх­ ность притира, но и от вида и количества смазки. В каче­ стве смазки применяют смесь из керосина и стеарина. Вязкость этой смеси и ее количество оказывают большое влияние на выполнение доводочных работ; при большой вязкости, а следовательно, и при большой толщине сма­ зочной пленки процесс замедляется, так как острия абра­ зивных зерен не касаются доводимой поверхности детали. При отсутствии смазки, кроме резания, происходит сухое трение, в результате чего возникают надиры, а вследствие нагрева поверхность детали приобретает специфический оттенок, отличный от зеркального блеска.

К мягким абразивно-полирующим материалам (пас­ там), применяемым при доводке, относятся окись хрома, окись железа и различные пасты. Окись хрома в виде порошков используют сравнительно редко, а окись же­ леза (крокус) применяют в основном для полирования оптических стекол.

Из существующих паст наибольшее распространение получили пасты ГОИ. Одной из основных составляющих паст ГОИ является окись хрома, прокаленная вместе

ссерой.

Впроцессе прокаливания окиси хрома вместе с серой большая часть последней выгорает, а оставшиеся частицы образуют вместе с окисью хрома полирующие зерна. Тем­ пература прокаливания определяет абразивно-полирую- щую способность хрома, а следовательно, и пасты. Чем

выше температура прокаливания, тем выше абразивнополирующая способность хрома.

Абразивно-полирующую способность паст условно оце­ нивают по слою металла в микрометрах, снимаемому со стальной детали при перемещении ее по притиру на длине пути в 40 м с применением данной пасты.

Пасты ГОИ выпускают трех сортов: 1) грубая паста темно-коричневого цвета с абразивно-полирующей спо­ собностью от 17 до 35 мкм, содержащая окись хрома, прокаленную вместе с серой при температуре 1600° С; 2) средняя паста темно-зеленого цвета с абразивно-поли­ рующей способностью от 7 до 16 мкм и температурой прокаливания 1200° 6; 3) тонкая паста светло-зеленого

316

цвета с абразивно-полирующей способностью от 1 до 7 мкм и температурой прокаливания 600° С. Состав паст ГОИ

приведен в табл. 10.

Таблица 10

Химический состав паст ГОИ

В производстве измерительных инструментов пасты для доводочных работ применяют ограниченно, так как зерна окиси хрома, имея низкую твердость, быстро сми­ наются, замедляя процесс. Поэтому пасты используют в основном только при ручной доводке, предусматриваю­ щей получение зеркального блеска на поверхности детали при помощи притиров из твердых материалов и чаще всего из стекла.

Доводка плоскостей. Ручную доводку плоскостей де­ талей производят на плоских доводочных плитах, поверх­ ность которых шаржируется абразивным порошком зер­ нистости, соответствующей требуемому классу чистоты поверхности. Обрабатываемая деталь под давлением рук перемещается по плите, при этом направление движения ее для равномерного износа плиты необходимо периоди­ чески изменять. Как указывалось ранее, форма детали зависит от формы притира, поэтому подготовка плит с максимальным обеспечением их плоскосности является одним из основных условий качественной доводки пло­ скостей.

Подготовка доводочных плит к работе заключается в притирке их плоскостей друг к другу, при этом наивыс­ шая плоскостность достигается путем притирки по методу удвоения ошибок (метод трех плит), являющемуся наи­ более надежным и точным. Притирку трех тщательно шли­ фованных плит одинакового размера производят в следую­ щей последовательности (рис. 173): 1) притирают до пол­ ного соприкосновения друг с другом две плиты 1 я 2 (рис. 173, /), в этом случае поверхности плит могут быть

317

сферическими, т. е. одна плита может быть выпуклой, а другая вогнутой; 2) для получения правильной геоме­ трической формы, т. е. плоскости, вводят третью плиту 3

то их поверхности имеют одинаковую выпуклость или вогнутость. При наложении плит 2 и 3 друг на друга откло-

Рис. 173. Притирка доводочных плит по методу удвоения ошибок

нения 8г каждой из них от геометрической плоскости АВ будут одинаковыми, а между плитами погрешность равна удвоенной величине 6г. После притирки погрешности зна­ чительно уменьшаются, но вследствие возможного нерав­ номерного снятия металла с каждой плиты, форма их поверхности также получается сферической (рис. 173, IV)-, 4) к любой из плит, например к плите 1, притирают плиту 2 (рис. 173, У); 5) притирают плиту 1к плите 3 (рис. 173, VI), при этом величина удвоенной погрешности 28* умень­ шается, но также возможно получение сферических по­ верхностей на плитах 1 и 3 (рис. 173, VII,) 6) притирают

плиты / и 2 (рис. 173, VIII).

В зависимости от требуемой точности притирку плит продолжают в указанной последовательности. Удвоенные погрешности все время уменьшаются, и геометрическая форма плит приближается к теоретической плоскости АВ.

318

Притирку плит вручную (рис. 174) производят путем возвратно-поступательного движения и одновре­ менного вращения верхней плиты относительно нижней. Зернистость абразив­ ных порошков прини­ мают обычно в пределах

от Ml4 до М5, а для смазки используют ке­ росин и стеарин. В про­ цессе притирки проис­ ходит шаржирование плит, и после удаления излишков абразива и промывки плит бензи­

ты и перемещения верх­ ней плиты при помощи эксцентриков. Притирка на станке

обеспечивает плоскостность плит в пределах ОДОЗ1— 0,005 мм. При более высоких требованиях к плоскостности

319