Основы технологии машиностроения. Учебное пособие для вузов

инструментом, удаляющим анодную пленку (нет струи рабочей жидкости). Качество поверхности Ra =0,04-0,1.

Химико-механическая обработка в растворе сернокислой ме-

ди для затачивания и доводки резцов. Качество поверхности Ra =0,1-0,63. В результате обменной химической реакции, про-

текающей на поверхности твердого сплава, погруженного в смесь раствора сернокислой меди, выделяется медь, а связка твердого сплава (кобальтовая) переходит в раствор в виде соли. Зерна твердого сплава вместе с рыхлой медью удаляются абра- зивным порошком, прижимаемым металлическим диском к об- рабатываемой поверхности.

Дробеструйная обработка - возникает пластическая дефор- мация поверхностных слоев металла в результате ударного воз- действия дроби. Диаметр дроби 0,5-1,5 мм. Материал дробинок - чугун, реже сталь. Обработка в специальных шкафах. Поток дроби составляет 150 кг/мин. Глубина наклепа 0,2-1 мм. Повы-

шается твердость и прочность поверхностного слоя, предел вы- носливости до 50%.

Обработка применяется на деталях, прошедших механиче- скую и термическую обработки.

Пескоструйная обработка. Горный песок под давлением сжатого воздуха (2-4 атм.) подается на деталь. Применяется для очистки заготовок после литья.

Обработка ультразвуком. Вибрирующий с определенной частотой и амплитудой инструмент перемещается перпендику- лярно к обрабатываемой поверхности. В зону обработки вводит- ся суспензия абразива. Ультразвуковые колебания образуют в жидкости кавитационные пузырьки, захлопывание которых вы- зывает гидравлические удары, разрушающие твердые и хрупкие материалы. Наличие абразива ускоряет разрушение материала. Разрушенный материал удаляется из зоны обработки вместе с циркулирующей суспензией абразива.

21

Частота колебаний 15-30 кГц, амплитуда 0,05 мм. Мощность станков 0,2-10 кВт. Качество поверхности Ra =0,2-0,8. Точность

6 квалитет.

Обработка металлов электронным лучом - в вакууме на ус-

тановках, создающих концентрированный поток электронов по направлению к обрабатываемой поверхности. Направление по- тока электронов корректируется электромагнитными катушками и собирается в фокус электромагнитной линзой. Рабочая темпе-

ратура 6000 0С. Металл испаряется, образуется в заготовке от- верстие диаметром 0,001 мм или прорезь шириной до 0,04 мм.

Обработка дуговой плазменной струей. Струя образуется в специальной тарелке под действием дугового разряда. Вдоль столба дуги пропускается газ, который в зоне разряда ионизиру- ется, приобретает свойства плазмы и выходит из тарелки в виде яркого светящегося пламени с температурой 15000 0С. Можно осуществлять резку, строгание плоскостей, подготовку под сварку кромок листов.

Обработка с применением квантовых генераторов (лазеров).

Лазер - оптический квантовый генератор. Лазер излучает на- правленный пучок когерентного света высокой монохроматич- ности (одноцветности). Испарение металла - мгновенное.

2.4. Механическая обработка деталей

Токарная обработка. Выполняется на токарных станках с за- креплением детали в центрах или в патроне. Предварительная токарная обработка торцевых и цилиндрических поверхностей

обеспечивает 12-14 квалитет точности и качество поверхности Ra =12,5-25, окончательная соответственно 9-11 и Ra =3,2-2,5.

Применяется также тонкое точение вместо шлифования при больших скоростях резания, малых глубинах резания (0,05-

22

0,5 мм) и малых подачах (0,05-0,15 мм/об). Точность обработки 9 квалитет. Качество поверхности Ra =1,25-2,5.

Фрезерование. Предварительное фрезерование для заготовок - отливок и поковок с припуском более 3 мм. Точность обработ-

на 1 м длины.

Окончательное фрезерование - окончательный вид обработки или перед отделочной обработкой. Точность обработки 9-11 квалитет. Качество поверхности Ra =2,5-3,2. Отклонение от

прямолинейности 0,04-0,08 мм на 1 м длины.

Тонкое фрезерование (только торцевыми фрезами) - оконча- тельный вид обработки. Точность обработки 8-9 квалитет. Каче- ство поверхности Ra =1,6. Отклонение от прямолинейности

0,02-0,04 мм на 1 м длины.

Сверление. Применяется для получения отверстий в сплош- ном материале. Точность обработки 10-12 квалитет. Качество поверхности Ra =25-50. При диаметре отверстий до 30 мм свер-

ление проводится за один проход. Недостаток метода - увод сверла, который может быть снижен при малой подаче, точной заточкой обоих граней сверла, применением кондукторов.

Зенкерование. Применяется либо после сверления, либо для обработки прошитых отверстий в черных заготовках. В первом случае устраняется погрешность обработки из-за увода сверла, во втором - исправление формы и оси. Зенкерование может быть цилиндрическим круглым, торцевым и коническим. Точность обработки 11 квалитет. Качество поверхности Ra =3,2-6,3.

Развертывание. Применяется в виде окончательной обработ- ки отверстия либо перед хонингованием.

Точность обработки 7-9 квалитет. Качество поверхности Ra =1,25-3,2 (при нормальном развертывании).

23

Развертки изготавливаются ручными (при диаметре отвер- стия до 30 мм) машинными хвостовыми (при диаметре отвер- стия 10…30 мм), машинными со вставным зубом (при диаметре отверстия 20…150 мм). Основная погрешность при развертыва- нии - разбивка отверстия из-за неполной соосности отверстия и инструмента, неправильной заточки отдельных зубьев инстру- мента, неравномерного налипания материала на переднюю и заднюю грани зубьев. Для уменьшения разбивки отверстия ре- комендуется применять плавающее крепление развертки в шпинделе станка, развертывание по кондукторным втулкам, применение ручных разверток.

Протягивание. Применяется для обработки отверстий и пазов любого сечения, плоских и криволинейных поверхностей, на-

ружных поверхностей вращения. Точность 6-7 квалитет. Каче- ство поверхности Ra =0,16-1,25.

Прошивание. Применяется для обработки отверстий неболь- шой длины для жестких в плоскости резания деталей с твердо- стью поверхностного слоя не более НRС=47. Метод не исправ-

ляет погрешности оси отверстия. Точность обработки 6-9 квали- тет. Качество поверхности Ra =0,32-1,25.

Шлифование. Плоское шлифование периферией или торцом чашечного круга. Предварительное шлифование обеспечивает

для обоих схем точность обработки 7-9 квалитет, качество по-

верхности Ra =0,63-1,25.

Круглое в центрах. Применяется для обработки наружных цилиндрических поверхностей. Тонкие и полые детали реко- мендуется шлифовать мягким кругом (скорость круга - макси- мальная, скорость детали - минимальная с большой продольной подачей). Предварительное шлифование обеспечивает точность обработки по 9 квалитету, качество поверхности Ra =0,32-0,63,

окончательное по 6-8 квалитету и Ra =0,32-0,63, тонкое по 6

квалитету и Ra =0,16-0,32 соответственно.

24

Внутреннее круглое шлифование реализуется по двум схе- мам:

-деталь и круг вращаются;

-деталь неподвижна, круг вращается.

Предварительное шлифование обеспечивает точность обра- ботки по 6-8 квалитету, качество поверхности Ra =0,32-0,63.

Недостатки метода - быстрый износ круга, малая жесткость шпинделя, малая производительность.

Преимущества - единственная операция обработки отверстий в закаленном состоянии, возможность обработки отверстий с прерывистой образующей и тонкостенных конструкций, глухих отверстий, возможно исправить погрешность оси отверстий.

Бесцентровое шлифование. Разновидность круглого наруж- ного шлифования.

Преимущества - отсутствует центровка детали, высокая про- изводительность станков, не требует постановки люнетов при обработке длинных поверхностей.

Недостатки - нет соосности различных поверхностей детали, невозможно шлифовать прерывистые поверхности, сложность настройки станков при шлифовании ступенчатых поверхностей.

Для всех методов шлифования существуют следующие реко- мендации:

-мягкие материалы следует шлифовать твердыми кругами, твердые материалы - мягкими кругами.

-при окончательном шлифовании применять мягкие круги. Хонингование. Применяется для обработки внутренних по-

верхностей специальной головкой с установленными в ней бру- сками (хонинговальная головка). Головка с плавающим крепле- нием совершает одновременно вращательное и возвратно - по- ступательное движение, в результате чего на обрабатываемой поверхности создается косая мелкая сетка рисок, хорошо удер- живающая смазку. Снимаемый слой материала 0,01-0,2 мм. Уст- раняется конусность и эллипсность отверстия в этих пределах.

25

Смазывающая и охлаждающая жидкость - керосин (керосин и машинное масло).

Точность обработки 6-7 квалитет. Качество поверхности

Ra =0,012-0,32.

Суперфиниш. Применяется для особо тонкой отделочной об- работки наружных цилиндрических поверхностей. Выполняется

при сложном рабочем движении, низкой скорости резания (15 м/мин), малых давлениях (1,15…2,5 кг/см2), в присутствии

смазки керосин (керосин - 10 частей и машинное масло - 1

часть). Достигается зеркальная поверхность. Качество поверх- ности Ra =0,012-0,32, точность обработки 5 квалитет и точнее.

Микрофиниш. Процесс аналогичен процессу суперфиниша. Более высокая скорость детали (100…180 м/мин) с применением

поджимов, которые прижимают обрабатываемую деталь к бру- скам.

Качество поверхности более высокое, чем при суперфинише. Полировка. Производится быстродвижущейся абразивной лентой с мягким абразивом или мягким полировальным кругом (войлок, фетр, бязь) с нанесенной на него полировальной пастой (паста ГОИ). Качество поверхности Ra =0,02-0,16. В отличие от

притирки точность обработки не повышается. Притирка или доводка (лапинг - процесс).

Производится притиром из более мягкого материала, чем де- таль (чугун, медь) с применением абразивных порошков или паст. Выполняется вручную или на притирочных станках. Точ- ность обработки 5-7 квалитет, качество поверхности Ra =0,02- 0,16.

26

2.5. Термообработка и химико-термическая обработка заготовок и деталей

Основными видами термообработки стальных заготовок яв- ляются:

Отжиг - нагрев заготовок до температуры, превышающей Ас3 на 30-50 0С, после сквозного нагрева заготовки охлаждают со скоростью 100-200 0С/час для углеродистых сталей и 20-70 0С для легированных. При отжиге устраняются остаточные напря- жения, снижается твердость, повышается пластичность с полу- чением однородной мелкозернистой структуры.

Нормализация отличается от отжига условиями охлаждения; после нагрева до температуры на 50-70 0С выше Ас3 заготовку охлаждают на воздухе. При нормализации у стали получается более высокая прочность, чем при отжиге.

Закалка - при полной закалке заготовку нагревают выше Ас3 , при неполной - в интервале между Ас1 и Ас3 , затем охлаждение в воде или масле с температурой 20-25 0С. При закалке повыша- ется твердость, а при последующем отпуске твердость может быть снижена, но повышена пластичность.

Отпуск - нагрев заготовки до температур, не превышающих

уровень Ac1. При низком отпуске температура нагрева

120-250 0С, при среднем - 350-450 0С, при высоком - 500-680 0С.

Каждому отпуску соответствует своя продолжительность вы- держки. При низком отпуске продолжительность выдержки - 0,5-2 часа, хотя при нагреве до 100-120 0С выдержка может до- ходить до 10-15 часов. Охлаждается заготовка на воздухе. От- пуск применяют после закалки, при этом падение твердости не наблюдается.

Улучшение - комплексная термическая обработка заготовок из стали, состоящая из полной закалки и высокого отпуска.

Основным видом термообработки заготовок из серого чугуна является искусственное старение, при котором отливка нагрева-

27

ется в газовой или нефтяной печи до температуры 500-550 0С в течение 3-4 часов, затем выдержка при этой температуре 3-5 ча- сов, затем охлаждение совместно с печью до 200 0С со скоро- стью 30 0С в час. Дальнейшее охлаждение на воздухе. Основная задача старения - уменьшение внутренних напряжений, полу- ченных в процессе литья.

Химико-термическую обработку деталей применяют для по-

верхностного упрочнения и противодействия влиянию на по- верхность внешних агрессивных сред.

Основные виды химико-термической обработки в машино- строении: цементация, азотирование и цианирование.

Цементация - процесс обогащения поверхностного слоя низ- коуглеродистой стали углеродом. Последующая термообработка (закалка, низкотемпературный отпуск) сообщает поверхностно- му слою высокую твердость и вязкость сердцевине, повышает износостойкость и усталостную прочность деталей. Цементацию ведут на глубине 0,5-2,2 мм в твердом или газовом карбюриза- торе при температуре 920-1050 0С продолжительностью от 2 до 24 часов (в зависимости от заданной глубины цементации и

марки материала). Твердость поверхностного слоя после такой обработки HRC=64-66.

Цианирование преследует ту же цель, что и цементация и представляет собой насыщение поверхностного слоя углеродом при температуре 820-950 0С в жидких, газовых средах или твер- дых упаковках с применением цианистых соединений в качестве карбюризаторов. В отличие от цементации при азотировании обеспечивается более высокая износостойкость.

Азотирование - диффузное насыщение поверхности детали азотом при температуре 500-600 0С в муфелях или контейнерах, через которые пропускают аммиак. Выдержка при этом 50-60 часов. Толщина азотированного слоя не более 0,5 мм. Применя- ется для повышения поверхностной твердости, износостойкости и предела выносливости деталей из стали и чугуна.

28

Поскольку химико-термической обработке подвергают не все, а лишь отдельные поверхности детали, которым должна быть придана высокая твердость, поверхности деталей, не под- лежащие обработке, должны быть изолированы (при цемента- ции - омеднение, при цианировании и азотировании - лужение).

2.6.Покрытия, применяемые в машиностроении

Вмашиностроении применяются лакокрасочные и гальвани-

ческие покрытия, а также покрытия окисными и пластмассовы-

ми пленками (ГОСТ 9.304-87, ГОСТ 9.302-88, ГОСТ 9.032-74, ГОСТ 9.037-89, ГОСТ 9.105-80, ГОСТ 9.008-82).

Лакокрасочные покрытия применяют как декоративные, для защиты металлических поверхностей от коррозии, деревянных - от влаги и загнивания.

Гальванические покрытия применяют как защитные, защит- но-декоративные и износостойкие технологические.

Меднение применяется в качестве подслоя при многослойном покрытии, для местной защиты стальных деталей от цемента- ции.

Никелирование - блестящее, черное и химическое применяет- ся как зищитно-декоративное, наносимое на детали непосредст- венно и с подслоем меди.

Хромирование применяется с целью создания защитно- декоративного покрытия и для повышения сопротивления меха- ническому износу.

Цинкование - антикоррозионное покрытие для крепежа. Кадмирование - антикоррозионное покрытие.

Лужение (оловом) - антикоррозионное покрытие для слабо кислых сред, для покрытия деталей под пайку и для местной за- щиты деталей от цианирования и азотирования.

29

Свинцование - защитное покрытие от паров серной кислоты и сернистых газов.

Серебрение - антикоррозионное покрытие для повышения от- ражательной способности рефлекторов, для поверхностей дета- лей химической аппаратуры в щелочных средах.

Фосфатирование - антикоррозионное покрытие, грунт для лакокрасочных покрытий.

Окисные и пластмассовые пленки наносятся на поверхности детали напылением (металлизация). Применяются как защитно- декоративное, антифрикционное и жаростойкое покрытие, для восстановления изношенных деталей и для исправления дефек- тов литья.

30