книги из ГПНТБ / Некрасов С.С. Технология материалов. Обработка конструкционных материалов резанием учеб. пособие

воображаемого плоского колеса выполняют два резца 3, имеющие кроме вращательного движения (как воображаемого плоского колеса) еще возвратно-поступательные строгальные движения.

Вращение нарезаемого колеса и вращение резцов (зубьев вообра­ жаемого колеса) увязаны между собой так, как если бы они были в действительном зацеплении. В процессе одной обкатки резцы 3 обстрагивают один зуб заготовки с двух сторон. В направлении стрелки А можно увидеть нарезаемое колесо и резцы, как показано на рис. 157, а. В конце обкатки (после обработки одного зуба),

когда резцы выходят из зацепления с нарезаемым колесом, про­ исходит изменение направления вращения нарезаемого колеса и зубоетрогальных резцов на обратное, т. е. производится чистовая обработка этого же зуба (рис. 157, б). В конце обкатки в обратном направлении, когда резцы вышли из зацепления с нарезаемым коле­ сом, нарезаемое колесо отводится от резцов и делительный меха­ низм станка поворачивает его на один зуб. Затем цикл обработки повторяется для каждого зуба до полной обработки конического колеса. Станки этого типа работают по полуавтоматическому циклу (устанавливают заготовки и снимают обработанные колеса рабочие вручную, остальной цикл обработки совершается автома­ тически).

На ряде заводов применяют метод нарезания зубьев конических колес круговым протягиванием (рис. 158). Черновую и чистовую обработку одной; впадины производят за один оборот круговой протяжки. Черновые зубья 1 протяжки отделены от чистовых

231

зубьев 3 участком 2, на котором могут быть размещены державки

сфасочными резцами.

Впроцессе резания нарезаемое колесо 5 неподвижно, а круго­ вая протяжка имеет вращательное движение и перемещается па­

раллельно образующей конуса впа­

Рис. 158. Схема нарезания прямых зубьев конических колес круговым протягива­ нием

круговая протяжка из точки D возвращается в точку А и начи­ нается следующий цикл обработки.

Для облегчения изготовления режущие зубья протяжки имеют круговой профиль вместо эвольвентного. Поэтому колеса, наре-

Рис. 159. Принципиальная схема нареза­ ния конических колес со спиральными зубьями

232

занные круговой протяжкой, не взаимозаменяемы с колесами, нарезанными на зубострогальных станках. Производительность протягивания колес в 2—3 раза выше производительности обычных методов нарезания зубьев.

Нарезание конических колес со спиральными зубьями произ­ водят резцовой головкой с резцами, расположенными но окруж­

т. е. их начальные конусы принудительно катятся без скольжения в одну сторону один к другому.

На рис. 160 дана резцовая головка в рабочем положении. Дви­ жение обкатки производится до полного нарезания одной впадины. Затем нарезаемое колесо отводят от инструмента, люлька с резцовой головкой возвращается в исходное положение. Колесо в это время продолжает поворачиваться на несколько зубьев. Затем цикл обработки повторяется до обработки всех зубьев, после чего станок автоматически останавливается.

J

§ 3. МЕТОДЫ ЧИСТОВОЙ ОБРАБОТКИ ЗУБЬЕВ КОЛЕС

Для закаленных колес в качестве отделочных операций приме­ няются притирка и шлифование, для сырых колес — шевингова­ ние и обкатка.

Притирка. Обрабатываемое колесо вводят в зацепление с тремя образцовыми колесами (притирами) из серого чугуна с НВ 160 и производят обкатку сначала в одну, а затем в другую сторону. Обрабатываемое колесо совершает еще возвратно-поступательные движения вдоль своей оси. Обкатывают колесо с применением абра­ зивных паст. При помощи притирки исправляют погрешности зубьев. Режим притирки: окружная скорость вращения притирае­ мого колеса 0,8—1,0 м/с; число двойных ходов 70—100 в минуту.

Шлифование зубьев колес можно выполнять по методу копиро­ вания и методу обкатки. При методе копирования профиль шлифо­ вального круга затачивают по форме впадины колеса. После шли-

233

фования каждой впадины обрабатываемое колесо поворачивают на один зуб для обработки следующей впадины.

Методов шлифования обкаткой существует несколько. На рис. 161 показана схема одного из них. Шлифовальный круг заточен в форме зуба воображаемой рейки. Колесо катится (имеет увязанные между собой вращательное и поступательное движения) по воображаемой рейке. В процессе такой обкатки происходит обработка одной впадины колеса. Затем заготовку возвращают в исходное положе­ ние и поворачивают на один зуб, после чего процесс обкатки по­ вторяют.

На рис. 162 приведена схема шлифования зубьев зубчатых колес тарельчатыми кругами. Шлифовальные круги имитируют две раз­

5

ные стороны двух зубьев воображаемой рейки. Их устанавливают под углом«, равным углу зацепления, и сообщают им вращательное движение. Обрабатываемому колесу придают обкаточное движе­ ние (сочетание вращательного и поступательного движений) по воображаемой рейке, а также возвратно-поступательное движение вдоль оси колеса для шлифования зубьев по всей длине и делитель­ ный поворот. За один цикл обработки осуществляется шлифование двух разных сторон у соседних впадин. Для правки кругов алма­ зами имеется приспособление, состоящее из рычага 1 с алмазом 2. Диск 4 принудительно вращается, ролик 3 периодически попадает во впадину вращающегося диска 4, и рычаг 1 под действием пру­ жины прикасается к кругу. При малой величине износа круга контакты 5 не замыкаются; при определенной величине износа круга контакты замыкаются и автоматически включают механизм,

234

Г л а в а XII

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ

В настоящее время в промышленности получают все большее распространение электроискровой и электроимпульсный методы обработки металлов, анодно-механическая обработка, обработка ультразвуком и другие физико-химические методы. Этими методами обрабатывают детали из материалов с низкой обрабатываемостью резанием (твердые и жаропрочные сплавы, молибденовые, титано­ вые, вольфрамовые и другие специальные сплавы), а также детали с размерами и формами поверхностей, обработка которых обычными механическими методами затруднительна (детали с малыми и кри­ волинейными отверстиями, узкими прорезями, детали с углубле­ ниями сложных форм и др.). На заводах начинают применять обработку материалов световым лучом (лазером), электронным лучом, плазменной струей.

§ 1. ЭЛЕКТРОИСКРОВОЙ И ЭЛЕКТРОИМПУЛЬСНЫЙ МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ

В основу электроискрового и электроимпульсного методов обра­ ботки металлов положен процесс электроэрозии, заключающийся в разрушении металла под воздействием электрических разрядов, посылаемых ис­

точником электрического тока.

Под воздействием высокой температуры, создаваемой электри­ ческими разрядами, возникающими при движении электрода вниз, происходит разрушение металла с образованием углубления в обра­ батываемой детали. При этом электрод-инструмент, сохраняя межэлектродный промежуток, постепенно углубляется в обрабаты-

236

;

ваемую деталь и придает ей форму, соответствующую форме элек­ трода-инструмента.

Электроискровую обработку обычно производят в условиях, когда электрод-деталь включен на анод, а электрод-инструмент — на катод; при этом происходит наиболее быстрое разрушение металла детали. Во избежание переноса расплавленного металла с детали на инструмент процесс обработки производится в диэлек­ трической жидкости 7 (керосине, машинном масле). В этих условиях расплавленные частицы металла, смываясь жидкостью, остывают в ней и в застывшем состоянии в форме мельчайших шариков падают на дно ванны.

Электроды-инструменты изготовляют из латуни, медно-графито­ вой массы, меди и других токопроводящих материалов. Произво­ дительность электроискровой и электроимпульсной обработок метал­ лов, шероховатость и точность обработанных поверхностей опре­

ких (обдирочных), средних (получистовых) и мягких (чистовых) режимах.

При жестком режиме напряжение источника питания обычно равно 100—200 В, сила тока в цепи заряда более 6 А, емкость конденсаторов свыше 100 мкФ. При мягком режиме работы напря­ жение 100—200 В, сила тока ниже 1 А, емкость конденсаторов менее 10 мкФ. Малая мощность и кратковременность разрядов являются условиями для получения обработанной поверхности до 6—8-го классов чистоты. При мягком режиме работы умень­ шается съем металла. Электроискровым методом можно обрабаты­ вать ограниченную поверхность (300—500 мм2); производительность процесса до 900 мм3/мин.

Электроискровая обработка деталей осуществляется на специаль­ ных электроискровых станках, в которых главными элементами являются генератор импульсов и следящее устройство для регули­ рования устойчивости и мощности разрядов, станина станка, меха­ низмы для перемещения и установки электродов (инструмента и детали), ванны с жидкостью, в которой ведется процесс. Электро­ искровую обработку применяют при изготовлении кузнечных штампов, прошивки весьма малых и криволинейных отверстий в твердых сплавах, затачивания и шлифования режущих инструмен­ тов и т. п.

Электроимпульсная обработка металлов отличается от электро­ искровой большей длительностью разрядов и применением тока повышенной частоты, получаемого от специального генератора или машинных преобразователей. Этот метод позволяет производить обработку на больших площадях (до 180 см2) с высокой производи­ тельностью (4000 мм3/мин); шероховатость обработанной поверх­ ности на 1—3 класса ниже, чем при обработке электроискровым методом.

237

На рис. 166 приведена одна из схем электроимпульсного метода обработки металлов. Электрод-инструмент 1 и электрод-деталь 2, погруженные в ванну 3 с жидкостью, присоединяют через выпря­ митель 4 к машинному преобразователю 5, преобразующему пере­ менный ток промышленной частоты в ток повышенной частоты

низкого напряжения. Жидкой сре­ дой служат масла низкой вязкости (индустриальное № 12, трансфор­ маторное), керосин и др. В меж­ электродном пространстве возникают электрические разряды определенной длительности, сопровождающиеся вы­ делением тепла. Под воздействием тепла происходит разрушение металла с поверхностей электродов. Электри­ ческие режимы назначают в зависи­ мости от характера обработки и от площади обрабатываемой поверхно­

сти. При площади обрабатываемой поверхности 20—80 см2 черновую обработку осуществляют при силе тока 50—300 А, а чистовую — 5—50 А.

Электроимпульсную обработку производят на специальных электроимпульсных станках, на которых обрабатывают пресс-формы, вырубные, просечные и чеканочные штампы и прошивают отвер­ стия любой конфигурации в закаленных деталях.

§ 2. УЛЬТРАЗВУКОВОЙ МЕТОД ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ

При ультразвуковом методе обработки материалов инструменту придают колебания высокой частоты (свыше 20 тыс. колебаний в секунду) с амплитудой около 0,05 мм. Жидкость (вода, масло и др.), омывающая инструмент и обрабатываемую деталь, содержит боль­ шое количество мелких абразивных зерен. Эти зерна под воздей­ ствием ультразвуковых колебаний попадают в пространство между электродами и осуществляют съем металла. В качестве абразивных зерен используют кристаллы карбида бора, карбида кремния и другие материалы. Инструменты, имеющие форму в соответствии с формой обрабатываемой поверхности, обычно изготовляют из инструментальной стали.

Для получения ультразвуковых колебаний применяют пьезо­ электрические и магнитострикционные преобразователи. Приме­ нение пьезоэлектрических преобразователей основано на способ­ ности некоторых материалов (кварца, турмалина) изменять свои геометрические размеры (сжиматься и расширяться) под воздей­ ствием электрических зарядов. В основу магнитострикциоиного преобразователя положено использование свойств некоторых мате­ риалов (никеля, кобальта, пермалоя и др.) деформироваться (сжи­ маться и расширяться) под воздействием магнитного поля. Трубку

238

из указанных материалов помещают в катушку, через которую проходит переменный ток высокой частоты. Под воздействием маг­ нитного поля геометрические размеры трубки меняются с ультра­ звуковой частотой.

Ультразвуковая обработка обеспечивает получение шерохова­ тости поверхности стальных деталей до 9-го класса чистоты и точ­

сердечник и инструмент 7 колебаться с высокой частотой. Постоянные магниты 5 получают питание от селенового выпрямителя 3.

Производительность ультразвуковой обработки зависит от обра­ батываемого материала и мощности установки. Так, при мощности аппарата 500 Вт производительность обработки весьма твердого материала — карбида бора около 5. мм3/мин.

§ 3. АНОДНО-МЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

Анодно-механическая обработка находит применение для резки металлов и заточки инструментов. При анодно-механической обра­ ботке используют постоянный ток напряжением 20—30 В. Силу тока выбирают в зависимости от размеров обрабатываемой дётали.

Деталь соединяют с положительным полюсом источника тока, а обрабатывающий токопроводящий инструмент — с отрицательным. Между обрабатываемой деталью и обрабатывающим токопроводя­ щим инструментом вводится специальная рабочая жидкость (рас­ твор жидкого стекла). Под действием электрического тока на поверхности обрабатываемой детали образуется защитная пленка, обладающая высоким электрическим сопротивлением. Обрабаты­ вающий инструмент непрерывно удаляет значительную часть пленки с поверхности детали и тем самым открывает возможность прохож­ дения тока через обрабатываемую поверхность детали. В резуль­ тате электрохимического действия и электроискрового процесса происходит съем металла с обрабатываемой поверхности детали. При большой плотности тока (десятки ампер на квадратный сан­ тиметр) развивается большое количество тепла и съем металла происходит в основном за счет электроискрового действия.

239

На рис. 168 показана схема анодно-механической заточки резца. Положительный полюс подводят к резцу, а отрицательный — через скользящий контакт к токопроводящему кругу. Рабочая жидкость — электролит подается через сопло в зону обработки в количестве 8—10 л/мин. Скорость вращения диска при анодно­ механической заточке составляет 10—15 м/с. Одновременно резцу

Электроалмазное шлифование применяется для плоского и круг­ лого шлифования, а также для заточки инструмента. Применяются алмазные круги на металлической связке, зернистостью 10—12 при 100%-ной концентрации. Хорошие результаты дает электролит, содержащий 2—3% NaN03 и 0,2—0,3% NaN02. Процесс прово­ дится при высокой плотности тока (70—200 А/см2) и низком напря­ жении (4—6 В).

При электроалмазном шлифовании достигается высокая произ­ водительность (до 750 мм3/мин), шероховатость поверхности — до 11-го класса чистоты.

§ 4. ОБРАБОТКА ЛАЗЕРАМИ И ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВАЯ ОБРАБОТКА

Обработка лазерами. Лазеры — квантовые генераторы оптиче­ ского излучения — могут применяться для механической обработки и сварки металлов. Одна из схем лазера приведена на рис. 169. В эллиптическом корпусе 1 расположены в фокальных осях ру­ биновый стержень 2 и ксеноновая импульсная лампа 3 с электро­ дом 4 для поджига импульсной лампы. Стержень 2 является основ­ ным рабочим элементом, изготовляемым из розового рубина (с кон­ центрацией 0,065% Сг20 3 в А130 3). Стержень диаметром 20—10 мм

240