Технология конструкционных материалов

Рис. 23.42. Геометрия зуба круглой протяжки

Шагрежущихзубьевtpпротяжки определяют в зависимости отдли­ ны L протягиваемой поверхности исходя из того, что в работе одно­ временно должно участвовать не менее двух-трех зубьев.

23.8.2. Протяжные станки

Протяжные станки подразделяют на несколько основныхтипов: по сте­ пени универсальности — станки общего назначения и специальные; по назначению — станки для внутреннего и наружного протягива­ ния; по направлению главного движения и степени автоматизации — станки с вертикальным и горизонтальным главным движением, стан­ ки непрерывного действия.

Основными характеристиками протяжного станка являются наи­ большее тяговое усилие, длина рабочего хода и диапазон скоростей протягивания, меняющийся от 0,3 до 20 м/мин.

Рис. 23.43. Горизонтально-протяжной станок

Процесс резания на протяжных станках рассмотрим на примере работы горизонтально-протяжного станка (рис. 23.43), который ис­ пользуют для обработки внутренних поверхностей. Станок состоит из станины 7, насосной станции 2, гидроцилиндра 3, каретки 4, опор­ ного кронштейна 5 и корыта 6. Каретка с протяжкой перемещается по горизонтальным направляющим 7. Протяжку хвостовой частью встав­

ляют в отверстие заготовки и закрепляют в патроне каретки 4. Карет­ ка с протяжкой получает поступательное движение от штока гидро­ цилиндра. Это — главное движение vp. Заготовка устанавливается на опорную поверхность кронштейна 5. Поступательное движение про­ тяжке сообщают до тех пор, пока она не выйдет из отверстия заготов­ ки. После окончания протягивания протяжка извлекается из карет­ ки 4, которая возвращается в исходное положение (холостой ход vx),

ицикл обработки повторяется.

23.9.Обработкана шлифовальныхстанках

Шлифование — это процесс обработки металлов резанием при помо­ щи абразивного инструмента с режущими элементами в виде зерен абразивных материалов, имеющих весьма высокую твердость. Шли­ фование является чистовой, отделочной операцией, обеспечивающей высокую точность и малую шероховатость поверхности. В ряде случа­ ев оно применяется для обдирочных работ со снятием слоя до 6 мм. Шлифованием обрабатываются детали как из мягких, так и из твер­ дых материалов.

23.9.1. Режим резания при шлифовании

Шлифование можно рассматривать как процесс суммарного микроца­ рапания и истирания обрабатываемого материала абразивными зерна­ ми. Процесс резания при этом осуществляется, как правило, с боль­ шими отрицательными передними углами, что возможно лишь при высокой твердости и теплостойкости абразивного материала. При вы­ соких скоростях шлифования (30 м/с и выше) интенсивное скольже­ ние зерен по обрабатываемому материалуперед ихврезанием приводит к значительному местному разогреву материала (свыше 900 °С), повы­ шению его пластичности и облегчению процесса смятия и среза. Шли­ фованием обрабатываются цилиндрические и конические, плоские и фасонные поверхности, включая зубья зубчатых колес, резьбы и т. д.

Элементы срезаемого слоя при шлифовании относятся не к еди­ ничным режущим зернам, а к их совокупности — режущей поверхно­ сти абразивного инструмента. Основными элементами режима реза­ ния при шлифовании являются окружная скорость круга vK, окружная скорость заготовки у,, глубина резания t и подача S.

Скоростьюрезания при шлифовании vK(м/с) называют линейную скорость на наибольшей окружности шлифовального круга

vK= nDn,

где D — диаметр круга, м; п — частота вращения, об/с.

Скоростьюперемещениязаготовки v3 при плоском шлифовании на­ зывают скорость перемещения стола, а при круглом шлифовании — окружную скорость заготовки.

Поперечной подачей при плоском шлифовании называют переме­ щение точки круга вдоль оси за один оборот, а продольной подачей при круглом — ее перемещение за двойной ход заготовки.

Глубинойрезания t при шлифовании называют слой металла между обработанной и обрабатываемой поверхностью, снимаемый за один рабочий ход.

В зависимости от технологических параметров обработки, мате­ риала заготовки и оборудования можно с помощью справочных дан­ ных назначить окружную скорость шлифовального круга, глубину срезаемого слоя и подачу.

23.9.2. Шлифовальные станки

Шлифовальные станки подразделяются на несколькотипов, из которых наиболее распространены плоскошлифовальные, круглошлифоваль­ ные, внутришлифовальные, бесцентрово-шлифовальные и заточные.

Плоскошлифовальный станок с прямоугольным столом (рис. 23.44) состоит из станины 4, стола 3, стойки 1, шлифовальной бабки 2 и при­ вода стола5. Удругоготипа станков вместовозвратно-поступательного стол совершает вращательное движение. В этом случае его выполняют круглым с вертикальной осью вращения. Компоновка такого станка предусматриваетвертикальноерасположение оси шлифовального кру­ га. При плоском шлифовании периферией круга обеспечивается наи­ более высокая точность обработки, возможна обработка заготовок ма­ лой жесткости.

Наибольшее применение нашли четыре метода плоского шлифова­ ния (рис. 23.45). Обработкушлифованиемпроводятпериферией и тор­ цевой поверхностью круга. Заготовки 2 закрепляют на прямоугольных или круглых столах 1 с помощью магнитных плит или в зажимных приспособлениях. Возможно закрепление одной или нескольких заго­ товок одновременно.

Прямоугольные столы совершают возвратно-поступательные дви­ жения, обеспечивая продольную подачу. Подача круга на глубину ре­ зания осуществляется в крайних положениях стола. Поперечная по­ дача необходима в тех случаях, когда ширина круга меньше ширины заготовки (рис. 23.45, а, б).

Круглые столы (рис. 23.45, в, г) совершают вращательное движе­ ние, обеспечивая круговую подачу. Остальные движения аналогичны движениями при шлифовании на прямоугольных столах. Более про­ изводительно шлифование торцом круга, так как одновременно в ра­ боте участвует большее число абразивных зерен.

На круглошлифовальных станках обрабатывают наружные поверх­ ности заготовоктипа тел вращения с прямолинейными образующими. Круглошлифовальный станок (рис. 23.46) состоит из станины 1, сто­ ла 2, передней бабки 3 с коробкой скоростей, шлифовальной бабки 4, задней бабки 5, привода стола 6. Эти станки подразделяются на про­ стые, универсальные и врезные. На универсальных станках каждую из бабок можно повернуть на определенный угол вокруг вертикальной оси. Простые станки снабжены неповоротными бабками. У врезных станков отсутствует продольная подача стола и процесс шлифования ведется по всей длине заготовки широким абразивным кругом с попе­ речной подачей.

При наружном круглом шлифовании возвратно-поступательное движение продольной подачи осуществляется столом с закрепленной на ней заготовкой. Круговое движение подачи заготовки производит­ ся передней бабкой шлифовального станка, а поперечное движение Подачи шлифовальным кругом осуществляется вне зоны обработки на каждый ход стола. Такой способ круглого шлифования называют

осциллирующим шлифованием.

до достижения необходимого размера детали. Такая схема использу­ ется при шлифовании фасонных поверхностей и кольцевых канавок. В этом случае шлифовальный круг заправляют в соответствии с фор­ мой поверхности или канавки.

Глубинным шлифованием (рис. 23.47, в) за один проход снимают слой материала на всю необходимую глубину. На шлифовальном кру­ ге делают конический участок длиной 8...12 мм. В ходе шлифования конический участок удаляет основную Часть срезаемого слоя, а ци­ линдрический — зачищает обработанную поверхность. Поперечная подача отсутствует.

В тех случаях, когда необходимо обеспечить правильное взаимное расположение цилиндрических и плоских (торцевых) поверхностей, шлифовальный кругзаправляют по следующей схеме (см. рис. 23.47, г) и поворачивают на определенныйугол. Шлифуют коническими участ­ ками круга. Цилиндрическую поверхностьшлифуютс продольной по­ дачей Snpи периодической подачей Snonна глубину резания.

На круглошлифовальных станках возможна также обработка ко­ нических поверхностей путем поворота стола или передней бабки.

Внутренним круглым шлифованием (рис. 23.47, д) обрабатывают внутренние поверхности — сквозные и глухие, конические и фасонные отверстия. Диаметр шлифовального кругасоставляет 0,1...0,9 диамет­ ра шлифуемого отверстия. Шлифовальному кругу сообщается высо­ кая частота вращения, и она тем выше, чем меньше диаметр круга. Обработка производится с продольной подачей, врезанием и шлифо­ ванием с планетарным движением круга. При планетарном движе­ нии шпиндель с кругом помимо главного движения совершает еще вращательное движение относительно оси обрабатываемого отвер­ стия. Этот метод применяется при шлифовании заготовок больших размеров при обработке внутренних фасонных и торцевых поверх­ ностей. Внутренние фасонные поверхности шлифуют специально заправленным кругом методом врезания.

Процесс шлифования на бесцентрово-шлифовальных станках ха­ рактеризуется высокой производительностью. Заготовки обрабаты­ вают в незакрепленном состоянии, и в них не делают центровых от­ верстий.

На станине 1 бесцентрово-шлифовального станка (рис. 23.48) установленыдва круга: шлифующий — на бабке 2 и ведущий — на баб­ ке 4. Каждый из кругов подвергается периодической правке с помо­ щью механизмов За 5. Заготовка вращается на ноже 6 и одновремен­

но контактирует с обоими кругами. Чтобы заготовка перемещалась по ножу в продольном направлении, бабку ведущего круга поворачи­ вают на небольшой угол.

Рис. 23.48. Бесцентрово-шлифовальный станок

Заготовку 3 (рис. 23.49, а) устанавливают на нож 2 между двумя кругами — рабочим 1и ведущим 4. Эти круги вращаются в одном на­ правлении, но с разными скоростями. Трение между ведущим кругом и заготовкой больше, чем между ней и рабочим кругом. Вследствие этого заготовка увлекается во вращение со скоростью, близкой к ок­ ружной скорости ведущего круга.

а

Рис. 23.49. Схемыобработки на бесцентрово-шлифовальных станках: а — наружныхповерхностей; б—ступенчатой формы

Перед шлифованием ведущий круг устанавливают наклонно под углом 0 = 1...7° к оси вращения заготовки. Вектор скорости этого кру­ га vBlt (рис. 23.49, а) разлагается на составляющие, в результате чего

ется по ножу вдоль своей оси и может быть прошлифована на всю длину. Чем больше угол 0, тем больше подача. Такие станки легко ав­ томатизировать, установив наклонный лоток, по которому заготовки будутсползать на нож, проходить процесс шлифования и падать в тару.

Заготовки ступенчатой формы или с фасонными поверхностями шлифуют методом врезания (рис. 23.49, б). Перед шлифованием ве­ дущий круготводят в сторону, заготовку кладутна нож изатем поджи­ мают ее ведущим кругом и обрабатывают с поперечной подачей 5П0П до получения необходимого размера детали. После шлифования об­ работанная деталь удаляется из зоны резания выталкивателем.

23 .9 .3 . Абразивные инструменты

В качестве абразивных инструментов используются шлифовальные круги, сегменты, шлифовальные ленты, бруски, шкурки и притироч­ ные порошки. Кроме формы и размеров они характеризуются маркой абразивного материала, зернистостью, твердостью, материалом связ­ ки, структурой, классом точности инструмента и классомдисбаланса.

Абразивные материалы делятся на естественные и искусственные. К естественным материалам относятся алмаз, кварцевый песок, ко­ рунд, наждак, кремний, гранит, пемза, тальк, к искусственным — элек­ трокорунд нормальный (1ЗА...16А), электрокорунд белый (22А...25А), монокорунд (43А...45А), карбид кремния черный (53С, 54С), карбид кремния зеленый (63С, 64С), карбид бора (В4С), синтетические алма­ зы (АС).

Искусственные материалы имеют высокую твердость, теплостой­ кость до 1800...2000°С, высокую износостойкость и позволяют вести обработку при скоростях резания 17...70 м/с. Электрокорундовые кру­ ги применяют для шлифования материалов с высоким сопротивлени­ ем на разрыв (стали, ковкий чугун, мягкие бронзы). Круги из черного карбида кремния применяют для шлифования хрупких металлов и сплавов (чугун, бронза, сплавы алюминия), а круги из зеленого — для заточки твердосплавного и минералокерамического режущего инстру­ мента. Для притирочных и доводочных работ и шлифования твердых материалов (рубина, кварца, корунда) применяют карбид бора.

Чистовое шлифование твердых сплавов и полупроводниковых ма­ териалов производится алмазами. При этом алмаз применяется в виде

зерен, порошков или микропорошков в свободном или связанном со­ стоянии.

Одной из важных характеристик абразивного материала является зернистость, характеризующая размер зерна. Зернистость шлифо­ вального материала на абразивном инструменте указывается в сотых долях миллиметра (например, зернистость 40 означает средний раз­ мер зерна 400 мкм).

Абразивные зерна и порошки при изготовлении кругов соединя­ ются связкой, которая может быть органического (вулканитовая и ба­ келитовая) или неорганического (керамическая) происхождения.

Наибольшее применение получили круги на керамической связ­ ке (К) из огнеупорной глины, полевого шпата, кварца с добавками талька, мыла и жидкого стекла. Такие круги не боятся влаги и воздей­ ствия химических веществ, обеспечивают высокую производитель­ ность, но отличаются хрупкостью.

Бакелитовая связка (Б), состоящая из искусственной фенолоформальдегидной смолы, обеспечивает кругу упругость и позволяет рабо­ тать с высокими скоростями резания (50...75 м/с) при нагреве не выше 180 °С. Однако она разрушается под действием щелочей, что ограни­ чивает применение охлаждающихжидкостей. Такие круги применяют для резки заготовок и отделки поверхностей.

Вулканитоваясвязка (В) состоит из смеси каучука и серы (25...30 %), которая вулканизируется в процессе изготовления кругов. Круги на вулканитовой связке имеют высокую упругость и широко применяют­ ся при тонком шлифовании, полировании и резке, однако их характе­ ризует низкая теплостойкость и высокая засаливаемость.

Способность связки удерживать абразивные зерна на поверхности инструмента в процессе резания называется твердостью круга. Пра­ вильно выбранная твердость обеспечивает самозатачивание, т. е. об­ новление режущей способности круга за счет выкрашивания затупив­ шихся зерен. Для шлифования твердых сталей применяют мягкие круги, и наоборот, мягкие стали шлифуют твердыми кругами. Вязкие материалы (медь, латунь) шлифуют крупнозернистыми мягкими кру­ гами, так как твердые круги быстро засаливаются, их поры забиваются стружкой. Абразивные инструменты имеют различные степени твер­ дости: мягкие (М), средне мягкие (СМ), средние (С), средне твердые (СТ), твердые (Т), весьма твердые (ВТ) и чрезвычайно твердые (ЧТ). Каждая группа твердости имеет несколько подгрупп и на маркировке круга степень твердости указывают индексом (например, СТ2).