Технология конструкционных материалов

Процентное соотношение трех основных фазовых составляющих (зерен, связки, пор) в объеме абразивного инструмента называют структурой. Структуру абразивных инструментов обозначают номе­ рами от 0до 12. Структуры подразделяют на закрытые (1...4), средние (5...8) и открытые (9...12). С уменьшением номера структуры на еди­ ницу объем зерна в круге увеличивается на 2 % за счет уменьшения объема связки. Общий объем пор при этом остается постоянным, но поры становятся крупнее.

Маркировка шлифовальных кругов производится на нерабочей по­ верхности круга (например, ПП500х60х305 34А40 СТ2 6 К5 А 1 кл 35 м/с). Вмаркировку входиттип кругаи егоразмеры (ПП500х60х305); марка абразивного материала (34А), зернистость (40), твердость (СТ2), структура (6), связка (К5), класс точности (А), класс неуравновешен­ ности (1 кл), допустимая окружная скорость (35 м/с).

Правка шлифовальныхкругов производитсядля восстановления их режущей способности, исправления геометрической формы и обеспе­ чения правильного расположения рабочей поверхности круга относи­ тельно оси. Она выполняется алмазными карандашами, порошками различных форм и размеров, правочными шлифовальными кругами из карбида кремния на керамической связке и обкаточными дисками из твердых сплавов.

Полирование применяется только для уменьшения шероховато­ сти поверхности и получения зеркального блеска или для декоратив­ ных целей. Полированием не исправляют погрешности геометриче­ ской формы, а также локальные дефекты, оставшиеся от предыдущей обработки.

Полировальные круги или ленты делают из войлока, спрессован­ ных кусковткани, фетра, кожи, бумаги, капрона и других материалов. В качестве абразивного материала применяют порошки из электро­ корунда, оксида железа, карбида кремния, оксида хрома и наждака. Смазочный материал состоит из воска, сала, парафина и керосина. Абразивная смесь наносится на полировальный круг (ленту) или на полируемую поверхность. В зоне обработки, проводимой на высоких скоростях (до 50 м/с), протекают процессы тонкого резания, пласти­ ческого деформирования поверхностного слоя и воздействия на ме­ талл химически активных веществ, содержащихся в пасте.

б

а

4

Рис. 24.1. Схемыполирования: а —кругом; б—лентой

Заготовка 1поджимается в кругу 2 усилием Р (рис. 24.1, а) и полу­ чает движения подачи ^np и SKpв соответствии с профилем обрабаты­ ваемой поверхности. Полирование лентами (рис. 24.1, б) имеет ряд преимуществ. Эластичная лента может огибать всю шлифуемую по­ верхность, поэтому движения подачи отсутствуют.

Полирование возможно в автоматическом или полуавтоматиче­ ском режиме.

24.3. Абразивно-жидкостная отделка

Отделка фасонных поверхностей обычными методами вызывает боль­ шие технологические трудности. Поэтомудля обработкитаких поверх­ ностей применяют абразивно-жидкостную отделку. Это окончательная обработка поверхностей с помощью абразивного порошка, взвешен­ ного в жидкости.

Рис. 24.2. Абразивно-жидкостная отделка

На обрабатываемую поверхность 1, имеющую следы предшествую­ щей обработки, подают под давлением струю антикоррозионной жид­ кости 2 со взвешенными частицами абразивного порошка (рис. 24.2). Водно-абразивная суспензия имеет большую скорость подачи (около 50 м/с). Частицы абразива ударяются о поверхность заготовки и сгла­ живают микронеровности. В зависимости от обрабатываемого мате­ риала применяют порошки и микропорошки электрокорунда и кар­ бида кремния. Производительность обработки зависит не только от зернистости абразива, но и от угла установки форсунки 3 (наиболь­ шая производительность достигается при угле Р = 40...45°).

24.4. Притирка поверхностей

Притиркой называют метод отделочной обработки поверхностей при­ тиром с нанесенной на его поверхность пастой, состоящей из мелкого абразивного порошка и связующей жидкости. Притиркой поверхно­ стейустраняют незначительные отклонения от геометрической формы и размеров и уменьшают шероховатость поверхности. Инструментом служат притиры соответствующей геометрической формы, изготавли­ ваемые из более мягкого материала (например, из серого чугуна, брон­ зы, меди, дерева). Абразивные порошки делают из электрокорунда, карбида кремния, карбида бора и оксида хрома. Притирочные пасты

состоят из абразивных порошков и химически активных веществ (олеи­ новой или стеариновой кислоты). Связующими жидкостями служат машинное масло, керосин, стеарин, вазелин.

Абразив внедряется в поверхность притира и удерживается в ней, в результате чего каждое абразивное зерно может снимать весьма тон­ кую стружку. Поэтому притир можно рассматривать как очень точный абразивный инструмент. Притир или заготовка в процессе обработки должны совершать разнонаправленные движения. Микронеровносги поверхности при притирке сглаживаются за счет совокупного воздей­ ствия на заготовку абразивных зерен и химически активных веществ.

Рис. 24.3. Схема притирки

Схема притирки наружной цилиндрической поверхности приве­ дена на рис. 24.3. Притир 1 представляет собой втулку с прорезями, которые необходимыдля полного прилегания притира поддействием силы Р к обрабатываемой заготовке 2 по мере ее обработки. Притиру сообщается возвратно-поступательное движение v2 и одновременно возвратно-вращательное движение v,.

Притирка может осуществляться вручную или на металлорежущих станках.

24.5. Хонингование

Хонингованием называют метод отделочной обработки поверхностей мелкозернистыми абразивными брусками. Этим методом могут обра­ батываться как внутренние, так и наружные поверхности тел враще­ ния, но на практике он применяется главным образом для отделки внутренних поверхностей гильз, блоков цилиндров.

Хонингование применяют для получения поверхностей высокой точности и малой шероховатости, оно устраняет конусообразность

и овальность отверстий, но не исправляет положение осей из-за шар­ нирного соединения хона со шпинделем станка. Поверхность непод­ вижной заготовки 1 обрабатывают мелкозернистыми абразивными брусками 2, которые закрепляют в хонинговальной головке (хоне) 3 (рис. 24.4, а). Бруски вращаются и одновременно возвратно-поступа- тельно перемещаются вдоль оси обрабатываемого цилиндрического отверстия. Соотношение скоростей v,:v2 указанныхдвижений состав­ ляет 1,5...10 и определяет условия резания. В результате совмещения движений на обрабатываемой поверхности образуется мелкая сетка пересекающихся рисок от абразивных зерен. Эта сетка хорошо удер­ живает смазку.

Рис. 24.4. Схемахонингования отверстий:

а — схема процесса; б— развертка обработанной поверхности

На рис. 24.4, 6 приведена развертка внутренней цилиндрической поверхности заготовки и схема образования сетки. Угол 9 пересече­ ния рисок от абразивных зерен зависит от соотношения v,:v2. Ниж­ ние 4 и верхние 5 положения абразивных брусков устанавливают так, что создается перебег и. Совершая вращательное движение, бруски при каждом двойном ходе начинают резание с новых положений 6, учитывающих смещения /, в результате чего исключается наложение траекторий абразивных зерен.

Абразивные бруски раздвигаются в радиальном направлении из­ нутри хона, что обеспечивает их постоянный контакт с обрабатывае­ мой поверхностью. Хонингование проводят при обильном охлажде­ нии зоны резания смазочно-охлаждающими жидкостями.

24.6. Суперфиниширование

Суперфинишированием называюттехнологический процесс тонкой от­ делочной обработки поверхностей заготовок мелкозернистыми абра­ зивными брусками. При этом изменяются глубина и вид микроне­ ровностей, а на обрабатываемых поверхностях образуется сетчатый рельеф.

Схема обработки суперфинишированием наружной цилиндриче­ ской поверхности приведена на рис. 24.5, а. Процесс резания при су­ перфинишировании протекает при сочетании следующих движений: вращательного .SKp заготовки 1, возвратно-поступательного ^ и ко­ лебательного движения vбрусков 2. Бруски устанавливаются в специ­ альной головке 3. Процесс резания происходит при давлении брусков 50...300 кПа в присутствии СОТС малой вязкости.

а

3

Рис. 24.5. Схемы отделки суперфинишированием:

а — схема процесса; б, в —поверхностьдо и после финиширования

Амплитуда колебаний брусков составляет 2...5 мм, частота — до 50 Гц. Возвратно-поступательное и колебательное движения брусков уско­ ряют съем металла и улучшают однородность поверхности. Соотно­ шение скоростей SKp:v в начале обработки составляет 2...4, а в кон­ це — 8... 16. Процесс характеризуется малыми скоростями резания (5...7 м/мин). Большуюроль при суперфинишировании играет смазоч­ но-охлаждающая жидкость, масляная пленка которой покрывает об­ рабатываемую поверхность, но крупные микровыступы (рис. 24.5, б) прорываютее и в первуюочередь срезаются абразивом, так какдавле­ ние брусков на микровыступы оказывается значительным. В процессе дальнейшей обработки давление снижается, так как все большее число микровыступов срезается и наступает такой момент (рис. 24.5, в), ко­ гда давление бруска не может разорвать пленку. В этот момент про­

цесс обработки прекращается. В качестве СОЖ используют смесь ке­ росина (80...90 %) с веретенным или турбинным маслом.

При суперфинишировании припуск 5...10мкм снимается за 30...60 с. Этот метод не исправляет отклонений формы заготовки. Суперфини­ ширование производится на специальных станках, а также на токар­ ных и шлифовальных станках с применением специальных приспо­ соблений.

Глава 25 ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ И ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ

25.1. Понятие обэлектрофизическихи электрохимических методахобработки

В промышленности часто возникают технологические трудности с об­ работкой материалов и деталей, форму и состояние поверхностного слоя которыхтрудно получить механическими методами. Сюда можно отнести обработку очень прочных, вязких, хрупких материалов, тон­ костенных нежестких деталей, получение пазов и отверстий, имею­ щих размеры в несколько микрометров, получение поверхностей де­ талей с малой шероховатостью или малой толщиной дефектного слоя и т. д. Эти задачи решаются применением электрофизических и элек­ трохимических методов обработки (ЭФЭХ). Они основаны на ис­ пользовании явлений эрозии, возникающих под действием электри­ ческого тока.

Обработка методами ЭФЭХ происходит в условияхдействия мини­ мальных сил резания или при полном их отсутствии. При обработке методами ЭФЭХ в качестве обрабатывающего инструмента исполь­ зуют сформированный определенным образом поток электронов, ио­ нов или фотонов. Преимуществом подобного «инструмента» являет­ ся его безынерционность и отсутствие износа. Обработка методами ЭФЭХ не зависит от твердости и хрупкости обрабатываемого мате­ риала.

Однако у этих методов есть и недостатки: повышенная по сравне­ нию с мехобработкой энергоемкость, необходимость использования специального оборудования, необходимость сбора и утилизации от­ ходов.

Все методы ЭФЭХ в зависимости от характера явлений, исполь­ зуемых при обработке, можно разделить на следующие группы:

□ методы, основанные на использовании теплового действия электрического тока (электроэрозионная, световая, электронно-лу­ чевая, плазменная обработки);

□методы, основанные на использовании химического действия электрического тока (электрохимическая обработка);

□методы, основанные на использовании механического дейст­ вия электротока и электромагнитного поля (ультразвуковая, электрогидравлическая, магнитно-импульсная обработки);

□методы, использующие одновременноедействие несколькихяв­

лений (электроконтакгная, анодно-механическая, элекгроабразивная, электроэрозионно-ультразвуковая обработки и др.).

25.2. Электроэрозионные методыобработки

Электроэрозионная обработка (ЭЭО) является разновидностью элек­ трофизической обработки. При ЭЭО изменение формы, размеров и качества поверхности происходит под действием электрических раз­ рядов, возникающих при пропускании импульсного электрического тока в зазоре шириной 0,01...0,05 мм между электродами — заготов­ кой и инструментом. Под действием электрических разрядов матери­ ал заготовки плавится, испаряется и удаляется из межэлекгродного промежутка в жидком или газообразном состоянии. Такие процессы разрушения электродов (заготовок) называются электрическойэрозией. Промежуток между заготовкой и электродом заполняют диэлектри­ ческой жидкостью, такой как минеральное масло. При достижении на электродах напряжения, равного напряжению пробоя в среде, ме­ жду электродом и заготовкой образуется канал проводимости, по ко­ торому осуществляется импульсный дуговой или искровой разряд. Плотностьтокав канале проводимости достигает 8000...10 000А/мм2, а время разряда — 10”|5...10~8 с. При этих условиях на поверхности электрода-заготовки температура возрастаетдо 10 000...12 000 °С,что приводит к расплавлению и испарению элементарного объема метал­ ла. На обрабатываемой поверхности образуется лунка, затем пробой происходит в другом месте, и так продолжается до тех пор, пока не снимается требуемый слой металла. В результате расстояние между электродами возрастает настолько, что пробой при заданом напряже­ нии импульса становится невозможным, и наступает момент прекра­ щения обработки. Поэтому для продолжения обработки электроды необходимо сближать до тех пор, пока не будет достигнут заданный размер заготовки.