книги из ГПНТБ / Кузнецов В.И. Машиностроительные материалы и технология их обработки

Шлифование является одним из наиболее распростра­ ненных процессов в технологии машиностроения. Более десяти процентов металлорежущих станков оснащено абразивными инструментами.

Следует отметить, что наиболее прогрессивным в этом виде обработки является алмазное шлифование. Особенно эффективно его применение при обработке твердых закаленных сталей и чугунов. Постоянно рас­ ширяющаяся добыча естественных алмазов и массовое изготовление искусственных алмазных порошков созда­ ет все условия для широкого внедрения алмазной обра­ ботки в различных отраслях промышленности.

П р о т я г и в а н и е м называют вид механической об­ работки на протяжных станках с помощью многолезвий­ ных режущих инструментов — протяжек. Протягиванием можно обработать внутренние и наружные поверхности. Форма отверстий, полученная протягиванием, может быть самой разнообразной: цилиндрической, трехгранной, квадратной, многогранной, овальной, фасонной, с канав­ ками различных профилей.

При наружном протягивании можно получить прямые и спиральные зубья на зубчатых колесах и секторах, прямые и винтовые канавки, плоские и криволинейные наружные поверхности и др.

Высокая производительность протягивания в сочета­ нии с хорошей чистотой обработанной поверхности и вы­ сокой точностью выдвигает этот метод в число передо­ вых методов обработки металла резанием.

Для достижения высокой степени чистоты поверх­

ние — обработка отверстий при помощи закрепленных в специальной головке мелкозернистых абразивных брус­

170

ков; суперфиниширование — отделочная обработка плоских и цилиндрических плоскостей вибрирующим аб­ разивным инструментом; притирка — доводочная обра­ ботка абразивными порошками с помощью притиров; по­ лирование— обработка поверхностей деревянными, ко­ жаными, войлочными и тряпичными кругами, а также полирующими порошками.

Ультразвуковая резка металлов. В последнее вре­ мя широко стала применяться ультразвуковая резка металлов. Ультразвуковая резка полупроводниковых ме­ таллов обладает рядом преимуществ по сравнению с другими способами резки.

Режущие инструменты, применяемые для ультразву­ ковой резки, прочны и недороги. Принципиальная схе­ ма станка ультразвуковой резки изображена на рис. 29.

Режущий инструмент обычно изготовляют из твер­ дого и вязкого материала (никеля),придавая ему форму, необходимую для получения отверстия нужного про­ филя. Режущий инструмент соприкасается с обрабаты­ ваемой деталью под небольшим давлением в направле­ нии оси магнитостриктора. Абразивную суспензию по­ дают между концом режущего инструмента и рабочей поверхностью. Режущий инструмент передает движу­

Такую замену производят в течение всего цикла резки.

Внастоящее время в технике применяют ультразвук

счастотой колебаний до 6 млн. гц.

Для технического использования ультразвука важны его три основные особенности:

большая проникающая способность в твердых телах, особенно в кристаллических (скорость распространения

171

Рис. 29. Принципиальная схема станка для ультразвуковой резки:

/ — с е р д е ч н и к ; 2 — и з л у ч а т е л ь ; 3 — р е ж у щ и й и н с т р у м е н т ; 4 — п л а с т и н к а г е р ­ м а н и я и л и к р е м н и я ; 5 — п р е д м е т н ы й с т о л и к ; 6 — п а т р у б о к д л я п о д а ч и а б р а ^ з и в н о й с у с п е н з и и ; 7 — к о р п у с .

ультразвука в воздухе составляет 331 м/сек, в жидко­ стях— 1500 м/сек, а в металлах — 6000 м/сек;

способность отражаться от границы раздела двух ве­ ществ;

большая удельная мощность (до 500 вт/см2) на еди­ ницу поверхности (удельная мощность звука, слыши­ мого, но уже болезненно воспринимаемого человеком —

0,01 вт/см2).

-172

Ультразвуком можно обрабатывать такие хрупкие и твердые тела, как кремний, германий, керамику, стекло,

173

колебаний, температуры окружающей среды и ряда дру­ гих факторов. В большинстве случаев процесс продол­ жается от 15 секунд до нескольких минут.

Элентрические способы обработки

Возрастающие требования современного машино­ строения к прочности материалов приводят к необходи­ мости изыскания новых способов их обработки.

Такие способы, позволяющие обрабатывать материа­ лы с любой твердостью, были разработаны на основе ис­ пользования некоторых свойств электрического тока.

Электроискровой метод. На основе явления поверх­ ностного разрушения электродов под действием элек­ трического тока, так называемой электрической эрозии, был разработан электроискровой способ обработки ме­ талла. Обрабатываемая деталь присоединяется к поло­ жительному полюсу электрической цепи, т. е. является анодом, а инструмент, изготовленный из какого-либо то­ копроводящего материала, например из латуни, присо­ единяется к отрицательному полюсу цепи, т. е. является

Рис. 31. Схема электроискровой обработки:

1 — и н с т р у м е н т ; 2 —- д е т а л ь ; 3 — в а н н а с ж и д к о с т ь ю ; 4 — г е ­ н е р а т о р п о с т о я н н о г о т о к а .

174

струментом проскакивают разрядные искры, производя­ щие обработку изделия по форме, соответствующей фор­ ме рабочей части инструмента.

Таким способом можно получить отверстия различ­ ных размеров и форм, глухие и сквозные, прямолиней­ ные и криволинейные. Этим способом можно затачивать инструмент, изготовлять сложные штампы и т. д.

Электроимпульсный метод. В результате усовершен­ ствования электроискровой обработки был разработан новый способ электрической обработки — электроим­ пульсный. В отличие от электроискровой обработки, при злектроимпульсном процессе деталь соединяется с като­

чугуна.

Процесс злектроимпульсной обработки, как и другие электроэрозионные способы обработки, основан на рас­ плавлении маленьких объемов металла электродов в тех

175

местах, где между ними проскакивают электрические разряды.

Каждый разряд снимает очень небольшое количество металла, но так как разряды происходят очень часто один за другим, то общий съем металла достаточно ве­ лик. По мере съема металла электроду-инструменту сообщается подача.

Электроимпульсная обработка имеет гораздо более высокую производительность, чем электроискровая. По­ вышенная производительность и большая экономичность электроимпульсной обработки позволяет применять ее гораздо шире, чем электроискровую обработку.

Анодно-механический метод. Дальнейшим усовер­ шенствованием электроимпульсной обработки явилась анодно-механическая обработка.

Сущность этого вида обработки хорошо иллюстриру­ ется на примере резки металлов (рис. 33). При анодно-

Рис. 33. Схема анодно-механической обработки:

J— инструмент (диск); 2— деталь; 3—генератор посто­ янного тока; 4 — подача рабочей жидкости.

176

механической резке электрод-инструмент делается обыч­ но в виде диска, быстро вращающегося вокруг своей оси. Он присоединяется к отрицательному зажиму генера­ тора постоянного тока. Деталь присоединяется к поло­ жительному зажиму. По жидкости, подаваемой в прост­ ранство между диском и деталью, идет электрический ток. Благодаря этому между диском и деталью электри­ ческий ток проходит непрерывно.

Жидкость-электролит (раствор жидкого стекла), ко­ торая подается в пространство между диском и деталью, растворяет под действием тока металл, образуя на по­ верхности детали тонкую пленку. Эта пленка легко со­ скабливается быстро вращающимся диском. На ее месте вновь образуется пленка и вновь счищается диском при дальнейшем вращении. Таким образом, непрерывно про-' исходит электрохимическое разъедание поверхности де­ тали. Одновременно с этим происходит и электроэрозионный процесс.

Анодно-механическая обработка получила наиболь­ шее распространение в двух областях: для резки метал­ лов и при заточке режущих инструментов. Ее примене­ ние возможно также для доводки поверхностей деталей машин.

Электроконтактный метод. Имеется еще одна разно­ видность электрической обработки металлов — электроконтактная обработка (рис. 34).

При электроконтактной обработке используется пе­ ременный ток промышленной частоты. К детали и инст­ рументу подводится ток низкого напряжения, но очень большой силы. При прохождении такого сильного элек­ трического тока контакт инструмента в виде диска с деталью разогревается и быстро вращающийся диск выбрасывает разогретый и размягченный металл в виде большого снопа искр.

Рис. 34. Схема электрокоитактной обработки:

/ - ■ - и н с т р у м е н т ( д и с к ) ; 2 — д е т а л ь ; 3 — т р а н с ф о р м а т о р .

Электроконтактная обработка применяется для рез­ ки металлического проката и труб, она может быть ис­ пользована для заточки стружкозавивательных канавок па твердосплавных резцах и для обработки шариков для шариковых подшипников.

Электронный метод. За последнее время появилось новое направление в технике — электронная техноло­ гия. Электронная технология — область техники, осно­ ванная на использовании электронных и ионных пучков, электрических и электромагнитных полей для обработки

ипреобразования материалов.

Впоследние годы появилась возможность использо­ вать квантовые генераторы света (так называемые лазе­ ры) для резки, сверления, сварки и других видов обра­ ботки металлов с помощью узких пучков света.

Лазеры работают в импульсном режиме, и энергия их светового импульса невелика — около одного джоуля. Такое количество энергии может нагреть один грамм воды только на четверть градуса. Но эта энергия сосре­ доточена в луче, диаметр которого равен одной сотой доли миллиметра и выделяется в течение одной мил­

лионной доли секунды. При такой концентрации энергии

178

и мгновенном выделении ее небольшое место, в которое попадает световой луч, разогревается до многих тысяч градусов, и металл испаряется.

* * *

Различные изделия из тугоплавких металлов в ос­ новном получают методом порошковой металлургии, ме­ талло-керамическим методом, литьем, обработкой дав­ лением и резанием.

Кроме этих общих методов, применяют и другие, за­ висящие от специфических свойств конкретного металла.

Так, изделия из ванадия получают горячей обработ­ кой в защитной атмосфере газов, штамповкой на холоду, волочением.

Изделия из молибдена могут быть получены методом дуговой плавки, из тантала и ниобия — обработкой дав­ лением на холоду.

Изделия из титана получают литьем, сваркой, штам­ повкой. Цирконий в чистом виде поддается любым ви­ дам механической обработки, ковке, штамповке, сварке и пайке.

Легкоплавкие металлы, как правило, не используют­ ся в чистом виде для изготовления деталей. Главное их назначение — получение различных сплавов. В этом слу­ чае они могут быть как основными компонентами, так и легирующими.

Изделия из благородных металлов в основном изго­ товляют методом литья. Золото и серебро плавят в элек­ тропечах высокой частоты, горнах или печах сопротив­ ления. Платину и палладий плавят в печах высокой ча­ стоты. Отливки из них производят в стальных формах — изложницах. Применяют также и обработку давлением: ковку, прокатку, волочение в холодном состоянии.