§ 2. Отделочные и доводочные виды обработки

Отделочные и доводочные виды обработки позволяют получить высокую точность формы и размеров деталей (отклонение от пло­скостности и овальности до 0,001—0,003 мм), высокое качество поверхностного слоя и шероховатость поверхности в пределах Ra= 0,32-0,01мкм или одновременное достижение этих требований по точности поверхности и ее качеству.

Тонкое алмазное точение и растачивание. Точение алмазными резцами применяют для обработки деталей из цветных металлов и их сплавов — алюминия и его сплавов, магниевых сплавов, бронзы, латуни, меди, баббита, титановых сплавов и неметалли­ческих материалов — твердой резины, эбонита, пластмасс, обла­дающих высокими абразивными свойствами.

Токарную обработку алмазными резцами применяют:

1. для декоративного точения с целью получения цилиндри­ческих, конических и торцовых поверхностей Ra= 0,16-0,01мкм, декоративное точение заменяет процесс полирования;

2. для тонкого точения и растачивания на токарных станках с целью получения точных цилиндрических и конических поверх­ностей (отклонение от правильной геометрической формы в про­дольном и поперечном сечениях до 0,003—0,005 мм при Ra= 0,32-0,08мкм;

3. для тонкого растачивания на расточных станках с целью получения точных отверстий (5-й квалитет точности и Ra=0,32-0,08 мкм). Стойкость алмазных резцов в десятки и сотни раз превышает стойкость инструментов из двух материалов. Алмазное точение производится на высоких скоростях резания в сочетании с малыми величинами подачи и глубины резания. Наивысшие классы чистоты поверхности обеспечиваются при ма­лых подачах порядка 0,02—0,04 мм. При увеличении подачи до 0,1 мм шероховатость поверхности ухудшается на два интервала параметров шероховатости. Глубина резания в пределах 0,025—0,15 мм незначительно влияет на шероховатость поверхности.

Обработку металлов и их сплавов производят при подаче s = 0,005-0,1 мм/об, глубине резания t= 0,01 -0,4 мм и ско­рости резания v = 100-1000 м/мин.

Если обрабатывается прерывистая поверхность, тo глубина резания назначается не более 0,02—0,03 мм вследствие повышен­ной хрупкости алмаза при динамических нагрузках.

Станки для алмазной обработки (токарные, алмазно-расточные) должны быть жесткими, точными, высокоскоростными, с хорошо отбалансированными вращающимися деталями с кинематикой движений, обеспечивающих высокие числа оборотов шпинделя (до 4000 об/мин) и небольшие величины продольной подачи s = 0,005-0,1 мм!об. Допустимое радиальное биение шпинделя станка не более 0,005 мм. Установку станка производят на отдель­ном фундаменте, двигатель и насос устанавливают на эластичных прокладках отдельно от станины станка.

Обработку деталей из цветных металлов и их сплавов, а также неметаллических материалов алмазными резцами производят либо без смазочно-охлаждающей жидкости (например, обработку брон­зы, меди, латуни) с удалением стружки сжатым воздухом, либо с обильным поливом смазочно-охлаждающей жидкости, устраняю­щей возможность образования нароста и повышающей период стойкости резцов.

При обработке алмазными резцами титановых, алюминиевых и медных сплавов глубина наклепанного слоя не превышает 4-9мкм_у а степень наклепа равна 1,3—1,4 при s=0,02-0,04 мм/об, t=0,03-0,05 мм и v=300-800 м/мин, а при обработке тех же материалов твердосплавными резцами глубина наклепанного слоя в 2 раза выше (12—18мкм), а степень наклепа составляет 1,6—2,1.

Малые значения степени наклепа и глубины деформации, по­лучаемые при обработке алмазными резцами, обусловлены малыми усилиями резания, не превышающими 2 кГ. Резкое увеличение усилия резания наблюдается при s = 0,06 мм/об и t = 0,06 мм, при этом составляющая Р_у при обработке цветных сплавов и стеклотекстолита превышает величину P_z.

Алмазные резцы, применяемые для тонкого точения, делают двух типов: с напаянным алмазом и с механическим креплением. Вес применяемых алмазов для резцов составляет 0,5—0,8 карат (один карат равен 0,2 г). Переднюю поверхность у алмазных рез­цов делают плоской.

Для обработки поверхностей малой длины в приборостроении и часовой промышленности применяют резцы с широкой прямоли­нейной режущей кромкой длиной от 0,2 до 12 мм для точения ме­тодом врезания. При точении методом врезания шероховатость обработанной поверхности зависит от качества доводки задней и передней поверхности у режущего лезвия, от величины попереч­ной подачи.

Для обеспечения Ra= 0,04-0,05мкм ре­жущее лезвие должно быть строго прямолинейным, а рабочие участки задней и передней поверхности доводятся до Ra= 0,02-0,0б1мкм.

Величина поперечной подачи должна быть в пределах 0,003— 0,007 мм/об, припуск на обработку — порядка 0,1 мм.

Алмазное выглаживание значительно снижает шероховатость обработанной поверхности на два-четыре класса чистоты и повы­шает точность геометрической формы. Для достижения Ra= 0,04-0,01мкм исходная шероховатость поверхно­сти до выглаживания должна иметь Ra= 0,63-0,02мкм.

Рабочая или выглаживающая часть резца выполняется сфери­ческой или цилиндрической формы и ориентирована так, чтобы при огранке кристалла алмаза отход его был наименьшим.

При выглаживании рабочая часть алмаза контактирует под определенным давлением с вращающейся деталью при поступатель­ном перемещении резца, происходит сжатие и пластическое дефор­мирование поверхностного слоя металла детали.

При выглаживании деталей из незакаленной стали и цветных металлов алмазный инструмент имеет радиус сферы при вершине R = 3-3,5 мм, а из закаленной стали R = 1,2 мм.

Скорость выглаживания выбирают исходя из условий спокой­ной (без вибраций) работы станка. Станок должен иметь повышен­ную точность и жесткость, обеспечивающие плавность рабочей подачи. Наиболее целесообразные величины подач находятся в диапазоне 0,05—0,1 мм/об; чем меньше подача, тем выше каче­ство обработанной поверхности. Усилие выглаживания обычно не превышает 15—16 кГ.

Размеры деталей после выглаживания уменьшаются незначи­тельно: на 1—3 мкм по диаметру детали. Степень упрочнения по­верхности слоя колеблется от 1,5 до 2,5. Упрочнение поверхност­ного слоя детали способствует повышению долговечности детали. Выглаживание деталей из всех вязких металлов, включая не­ржавеющую сталь, медь, алюминий, латунь, дает блестящую зер­кальную поверхность.

Выглаживание деталей из титановых сплавов и циркония дает отрицательные результаты по качеству поверхности в связи с их налипанием на алмаз.

Тонкое шлифование обеспечивает обработку поверхности по Ra=0,16-0,02мкм и осуществляется на круглошлифовальных, внутришлифовальных и плоскошлифовальных станках абразивными и алмазными шлифовальными кругами. Тонкое шли­фование наружных и внутренних поверхностей вращения обеспе­чивает обработку по 5-му и выше квалитету точности. Особенностями тонкого шлифования является тщательная подготовка станка к ра­боте и правка шлифовального круга.

Станок для тонкого шлифования должен иметь высокую жест­кость и точность. Правку абразивных шлифовальных кругов производят только алмазом или алмазными карандашами, чтобы высота и шаг неровностей на рабочей поверхности круга были ми­нимальными. Для получения поверхностей Ra= 0,08мкм и более высокого качества методом тонкого шлифования необходимо обра­щать внимание на чистоту охлаждающей жидкости, применяя для очистки охлаждающей жидкости центрифугу или другие средства. Тонкое шлифование углеродистых сталей осуществляется кру­гами из белого электрокорунда, а нержавеющих и жаропрочных сталей — кругами из монокорунда (круги зернистостью 40—12, твердостью СМ1 — СМ2 на керамической связке).

Тонкое шлифование твердых сплавов, ситаллов, керамики осу­ществляют алмазными шлифовальными кругами на органической (бакелитовой) и электролитической связке, что позволяет получить обработанные поверхности деталей без сколов и выкрашиваний. Рекомендуется для доводочного (тонкого) шлифования твердых сплавов до Ra= 0,016-0,04 мкм применять алмазные круги АМ40—AMI4 и до Ra= 0,004-0,01 мкм — круги AM 10 с 25—50%-ной концентрацией алмазов в кругах на бакелитовой связке (Б1, Б2, БЗ).

Режимы тонкого шлифования керамики, твердых сплавов, ситаллов для получения 10-го и выше классов чистоты алмазными кругами зернистостью АМ40—АМ5 и 25—50%-ной концентрацией алмазов на бакелитовой связке Б1 должны быть следующими: глубина шлифования 0,005—0,025 мм, скорость круга 10—30 м/сек; для плоского шлифования: продольная подача 1—2 м/мин, по­перечная подача до 0,3 мм/ход; для круглого наружного шлифо­вания: скорость вращения детали 10—30 м/мин, продольная по­дача 0,3—0,5 м/мин; для внутреннего шлифования: скорость вра­щения детали 20—50 м/мин; продольная подача до 0,5 м/мин. Тонкое внутреннее шлифование осуществляют высокоскорост­ными внутришлифовальными головками с числом оборотов 48 000—144 000 в минуту.

При плоском и круглом тонком шлифовании после нескольких проходов с поперечной подачей на глубину производят от 4 до 10 проходов без подачи (выхаживание).

Суперфиниш — это процесс отделочной обработки мелкозер­нистыми колеблющимися брусками в сочетании с вращательными и возвратно-поступательными движениями. Суперфиниш обеспе­чивает обработку наружных и внутренних цилиндрических по­верхностей, конических и плоских поверхностей до Ra= 0,16-0,01 мкм. Суперфиниш частично исправляет погрешности формы обрабатываемой поверхности.

При суперфинише (рис. 292) цилиндрических поверхностей рабочее движение брусков 1 относительно вращающейся обрабаты­ваемой детали 2 складывается из трех движений: коротких осцил­лирующих движений (от 500 до 2000 двойных ходов в минуту с величиной хода в пределах 1,5—6 мм), вращения детали и возвратно-поступательного движения головки с брусками вдоль обрабатываемой детали (это движение совершает либо головка, либо обрабатываемая деталь).

Бруски поджимаются к вращающейся обрабатываемой детали с малыми удельными давлениями от 1 до 5 кГ/см² (давление брусков на обрабатываемую поверхность осуществляется тариро­ванными пружинами 3).

Процесс ведется с применением смазочно-охлаждающей жидко­сти малой вязкости (керосин или керосин с добавкой 10%-ного веретенного масла), обеспечивающей очистку абразивных брусков от отходов и охлаждение. Снятие металла происходит в пределах микронеровностей (гребешков) поверхности, оставшихся от пре­дыдущей обработки.

А-А

Рис. 292. Схема суперфиниширования наружной цилин­дрической поверхности

В процессе обработки происходит интенсивное срезание вершин гребешков. Толщина слоя металла, снимаемого при суперфи­нише, обычно не превышает 0,005—0,01 мм.

Обработка внутренних и наружных цилиндрических поверх­ностей осуществляется мелкозернистыми брусками; плоскостей — плоскими и чашечными кругами. Для обработки стальных дета­лей применяют электрокорундовые бруски, цветных металлов и их сплавов, чугуна, твердого сплава — бруски из карбида-крем­ния. Зернистость брусков и кругов определяется требуемой шеро­ховатостью обрабатываемой поверхности: М40—М20 для полу­чения Ra= 0,32-008 мкм, М14—М10 для получения Ra= 0,08-0,02 мкм. Твердость брусков выбирается в зависимо­сти от твердости обрабатываемого материала. Скорость вращения детали назначается в пределах от 40 до 90 м/мин (меньшие значе­ния при обработке сталей, а большие — цветных металлов и их сплавов). Скорость движения детали при обработке всех мате­риалов принимается от 10 до 20 м/мин.

Суперфиниш осуществляется на токарных или специальных станках.

Хонингованием обрабатываются в основном цилиндрические отверстия как сквозные, так и глухие диаметром 2 мм и выше с отклонением от цилиндричности поверхности до 0,002— 0,005 мм и 8—11-го классов чистоты поверхности в деталях из стали, чугуна, Цветных металлов и труднообрабатываемых ма­териалов. Процесс хонингования (рис. 293, а) осуществляется мелкозернистыми абразивными брусками 1, закрепленными в спе­циальной раздвижной головке, называемой хоном. Радиальное рабочее движение бруску 1 сообщается от механизма разжима

Рис. 293. Хонинговальная головка для хонингования отверстий диаметром 6—20 мм (а) и схема штрихов на обработанной по­верхности (б)

хонинговального станка посредством осевого перемещения раз­жимного штока 2 с конусом (а). Корпус 3 хонинговальной головки своим хвостовиком 4 вставляется в патрон станка. Головка со­вершает вращательное и возвратно-поступательное движение, вследствие этого на обрабатываемой поверхности создается косая мелкая сетка штрихов-рисок от абразивных зерен (рис. 293, б). Разжим брусков в головке осуществляется центральным стерж­нем 2 с одним или двумя конусами механическим или гидравли­ческим способом.

Процесс хонингования производят на вертикальных и гори­зонтальных хонинговальных станках. Хонингованием удаляют припуск на сторону в пределах 0,05—0,15 мм в зависимости от диаметра отверстия, обрабатываемого материала, предшествующей обработки, материала зерен брусков. В этих пределах устра­няется конусность и эллиптичность отверстия. При хонинговании припуск под чистовое хонингование составляет 5—15% от при­пуска под предварительное.

Для обеспечения высокого класса чистоты поверхности при хонинговании необходимо правильно назначать скорости враща­тельного v₀ и поступательного v_n движений, оказывающих влия­ние на направление штрихов обработки, получаемых в результате комбинированного движения. Угол скрещивания штрихов об­работки ф должен быть в пределах 40—70°

Окружные скорости вращения головок рекомендуется: при обработке сталей — 25—40 м/мин, чугуна — 60—80 м/мин, алю­миниевых сплавов, бронзы и латуни — 60—75 м/мин. Скорости прямолинейного поступательного движения выбираются в преде­лах от 8 до 22 м/мин. Удельные давления абразивных брусков на керамической связке при предварительном хонинговании сле­дует принимать от 4 до 8 кГ/см², а при чистовом от 2 до 4 кГ/см², для брусков на бакелитовой связке необходимо принимать давле­ние 8—15 кГ/см² при предварительном хонинговании и 5 кГ/см² — при чистовом.

Для хонингования стали применяют бруски из зерен электро­корунда и алмаза, для чугуна и твердого сплава — из зерен кар­бида кремния и алмаза, для алюминиевых, магниевых и медных сплавов — из зерен карбида кремния на керамической, бакели­товой и металлической связке (последняя только для алмазных брусков).

Для обработки твердого сплава и закаленной стали можно использовать алмазные бруски на электролитической связке — хром, серебро, никель. Алмазное зерно в этом случае используется почти до полного износа, так как оно прочно удерживается связкой.

Толщина слоя электролитического металла составляет 0,1 — 0,2 мм. Для предварительного хонингования применяют бруски из электрокорунда и карбида кремния зернистостью 16—8, для чистового — 5—М14 (для достижения 9-го класса чистоты и вы­ше — М28—Ml 4).

Если в качестве абразивного зерна используют алмаз, то предварительная обработка чугуна, закаленной стали выполняется брусками А25, получистовая обработка — А12—А5 и чистовая — АМ20—АМ28, обеспечивающая получение шероховатости поверх­ности до Ra= 0,32-0,04 мкм. Стойкость алмазных брусков в 200—300 раз выше, чем у брусков из электрокорунда или карбида кремния.

Хонингование производится с обильной подачей смазочно-охлаждающей жидкости, которая, помимо смазки и охлаждения, смывает продукты отхода. При обработке стали и чугуна в каче­стве смазочно-охлаждающей жидкости применяют чистый керосин или керосин с добавками минеральных масел.

Наружное хонингование цилиндрических поверхностей обеспе­чивает высокую точность обрабатываемой поверхности и шеро­ховатость поверхности до Ra= 0,04 мкм.

Процесс хонингования наружной цилиндрической поверхности отличается от суперфиниша прежде всего тем, что при суперфи­нише абразивные бруски воздействуют на обрабатываемую деталь с одной стороны, а при хонинговании бруски распределены по всей окружности. Поэтому при наружном хонинговании может быть исправлена погрешность предшествующей обработки как в по­перечном сечении (овальность, огранка), так и в продольном на­правлении (конусность, седлообразность и т. д.), что невозможно полностью достигнуть при суперфинише.

При наружном хонинговании на обрабатываемую деталь не действуют изгибающие усилия, так как силы поджима брусков взаимно уравновешиваются, что позволяет обрабатывать неже­сткие детали.

Производительность при хонинговании наружных поверхностей в два-четыре раза выше, чем при суперфинише, вследствие большого числа брусков и больших удельных давлений. Если при суперфи­нише резание прекращается после съема припуска порядка 0,005 мм (при обработке закаленных стальных деталей), то при хонинговании с принудительной подачей брусков можно процесс резания вести непрерывно.

Принципиально конструкции хонинговальных головок для наружного хонингования и приспособления для крепления детали не отличаются от хонинговальных головок и приспособлений для внутреннего шлифования.

Для хонингования наружных поверхностей не выпускаются специальные станки и процесс хонингования осуществляется, как правило, на модернизированных шлифовальных, горизонтально-расточных, горизонтально-хонинговальных и других станках.

Полирование применяется для повышения класса чистоты обработанной поверхности при помощи эластичных кругов или абразивных лент. На поверхность эластичного круга из кожи, вой­лока, фетра, бязи наносят с помощью клея слой абразивных зерен или наносят слой полировальной пасты.

Полированием эластичными кругами получают поверхность Ra= 0,16-0,01 мкм. Предварительно обработанная поверх­ность должна быть соответственно не ниже Ra= 0,32-0,04 мкм. Съем металла в процессе полирования составляет 0,01—0,03 мм.

Скорость вращения полировальных кругов 10—40 м/сек. Зерни­стость абразива выбирается в зависимости от вида полирования (предварительное 10—6 и чистовое 6—4, М40—М10). При тонком полировании абразив применяют в пасте.

Пасты состоят из абразивной и неабразивной частей.

Абразивными материалами при полировании служат электро­корунд, окись железа — для полирования стали, наждак и окись хрома — для полирования меди, алюминия и их сплавов, карбид кремния, окись железа—для полирования чугуна.

Неабразивными составляющими пастами являются стеарин, парафин, олеиновая кислота, пчелиный воск.

Процесс полирования при помощи паст основан на одновремен­ном механическом и химическом воздействии абразивной и неабра­зивной составляющих полировальной пасты. Абразивные зерна снимают с обрабатываемой поверхности тончайшие слои окислен­ного поверхностного слоя металла, а также осуществляют пластиче­ское деформирование поверхностного слоя вследствие высокой температуры и значительного давления полировального круга на обрабатываемую поверхность.

Полирование с помощью абразивных лент применяется при ручной и механической обработке. Абразивные ленты изготавли­ваются на бумажной и тканевой основе. В зависимости от назна­чения абразивные ленты подразделяются на четыре группы:

1. текстильные, покрытые пастами;

2. абразивные с тонким слоем абразивного зерна зернисто­стью до М40;

3. абразивные с толстым слоем абразивного зерна толщиной до 3—8 мм_у обладающие высокой стойкостью абразивного слоя;

4. крупнозернистые абразивные с зернистостью 12—6 со слоем нанесенной пасты (корундовый микропорошок М14, стеарин, вазе­лин и керосин).

При полировании абразивными лентами можно получить Ra= 0,32-0,04 мкм. Зернистость абразива, на­несенного в виде пасты (в свободном состоянии) или в связанном состоянии с помощью клея, колеблется от 10 до М40. Производи­тельность процесса (удельный съем) составляет 1 —1,5 г на 1 мм ширины ленты в минуту и зависит от силы прижима ленты к об­рабатываемой поверхности и ее скорости.

Абразивно-жидкостное полирование. Этот вид обработки при­меняют для повышения качества внутренних и наружных поверхностей без изменения формы и размеров.

Жидкостное полирование основывается на подаче под давле­нием в несколько атмосфер водно-абразивной суспензии на обра­батываемую поверхность детали. Абразивные зерна, выбрасы­ваясь через сопло с большой скоростью (50 м/сек и выше), уда­ряются об обработанную поверхность и сглаживают микронеров­ности поверхности, оставленные от предшествующей обработки.

При обработке в результате ударного воздействия абразивных зе­рен возникает наклеп поверхности.

Эффективность процесса абразивно-жидкостного полирования зависит от кинетической энергии, сообщаемой струей жидкости абразивным частицам, а кинетическая энергия зависит от массы частиц и от их скорости. В целях повышения эффективности по­лирования применяют распыление струи жидкости сжатым воз­духом (скорость струи достигает 700—900 м/сек).

Увеличение массы абразивных частиц для повышения эффек­тивности обработки ограничено требованиями по шероховатости поверхности обрабатываемой детали.

Рис. 294. Схемы доводки цилиндрических и торцовых поверхностей цапф твердосплавными дисками

На эффективность обработки оказывают большое влияние род абразива, величина зернистости зерен, угол наклона струи. В ка­честве абразива применяют электрокорунд, кварцевый песок. Для предварительной обработки применяют абразив зернистостью 125—40, а для окончательной — с зернистостью 6—4.

Для достижения шероховатости поверхности Ra=0,032-0,08мкм применяют микропорошки М20—М10.

Оптимальным углом наклона струи к обрабатываемой поверх­ности является угол наклона 45°.

Доводка твердосплавными дисками. Одновременную доводку цилиндрической и торцовой поверхности у цапф деталей приборов до Ra=0,04-0,01 производят твердосплавными дисками на цапфодоводочных станках (рис. 294, а). Твердосплавный диск 1 закрепляют в шпинделе качающегося рычага 2. Качающийся рычаг может быть наклонен под углом для полирования конусных поверх­ностей осей. Деталь 3 получает вращательное движение и может перемещаться в осевом направлении. Опорой для детали 3 служит люнет 4. Доводочные диски изготавливают из твердых сплавов ма­рок ВК6М, ВК8 и ВК10. На цилиндрическую А и торцовую поверхность В (рис. 294, б) наносят мелкие риски, наклоненные под углом 10—20° к оси диска. При расположении оси шпинделя с твердосплавным диском параллельно оси детали на торцовую поверхность В диска наносят более мелкие риски, чем на цилиндрическую А. Это объясняется тем, что в процессе доводки ци­линдрическая поверхность диска соприкасается с цилиндрической поверхностью детали 3 по узкой площадке, а контакт торцовых поверхностей диска и детали происходит по площади сегмента С, что приводит к большему съему в единицу времени с торца у де­тали, чем по цилиндрической поверхности. Припуск на доводку торца детали назначают обычно немного большим, чем на цилин­дрическую, или равным, поэтому для одновременного окончания доводки двух поверхностей у детали торцовую плоскость твердо­сплавного диска затачивают более мелкозернистыми алмазными шлифовальными кругами. При вертикальном расположении оси шпиндели к оси детали (рис. 294, в) заточку твердосплавного диска по торцовой и цилиндрической поверхности выполняют одинако­вую, так как контакт поверхностей диска и детали происходит примерно по одинаковым площадкам. Твердосплавный диск вра­щается с числом оборотов 300—600 об/мин, обрабатываемая деталь вращается в противоположную сторону с 2100—4200 об/мин.

Доводку применяют для обработки наружных и внутренних цилиндрических, конических и сферических поверхностей, пло­ских поверхностей и т. д.

При доводке наряду с получением поверхности высокого ка­чества (минимальный разрушенный и наклепанный поверхност­ный слой порядка нескольких микрометров, шероховатость по­верхности до 13—14-го классов чистоты) устраняются неточности предыдущей обработки и достигается требуемый размер (откло­нение от плоскостности и цилиндричности до 0,001 мм).

Доводка часто является единственно возможным методом окон­чательной обработки высокоточных деталей из таких твердых материалов, как керамика марки 22ХС, ЦМ332, стеатит, твердые сплавы, кварц, кремний, ситаллы, закаленные стали и т. д.

Процесс доводки — это сложный процесс, при котором могут происходить процессы срезания тончайших стружек путем хруп­кого и пластического разрушения, пластической деформации (наклеп) и химического окисления под действием активной среды поверхностного слоя материала обрабатываемой детали и т. д. Все эти процессы могут происходить одновременно или неко­торые из них являться преобладающими в зависимости от обра­батываемого материала, режимов и условий процесса доводки.

Снятие тончайших слоев с обрабатываемой поверхности осу­ществляют на доводочных дисках и плитах абразивными порош­ками в среде рабочей жидкости и смазочной среде.

В качестве абразива при доводке применяют естественный корунд, электрокорунд, карбид кремния, окись хрома, карбид бора и алмазный порошок.

При доводке применяют два способа подвода абразива к об­рабатываемой поверхности: при первом способе абразив периоди­чески подается на диск в виде пасты или непрерывно методом полива; при втором способе абразив, нанесенный на диск, пред­варительно шаржируется, а в процессе доводки подается рабочая жидкость.

Материал доводочного диска должен иметь меньшую твердость, чем материал обрабатываемой детали. Наиболее распространенны­ми материалами для притиров являются чугун, сталь, медь, латунь, свинец, стекло, самшит, бук.

При доводке с крупнозернистыми абразивными порошками твердость притира должна быть меньше, чем при доводке мелко­зернистыми порошками.

Для окончательной доводки применяют доводочные диски менее твердые, чем при предварительной.

Доводка алмазными пастами и порошками может осуществ­ляться тремя методами: 1) со свободным нанесением пасты или по­рошка на рабочую поверхность доводочного инструмента; 2) с пред­варительным принудительным шаржированием алмазных зерен в рабочую поверхность доводочного инструмента с помощью шаржирующего устройства; 3) алмазными суспензиями.

Доводка деталей из стали, керамики, твердых сплавов, кварца и других труднообрабатываемых материалов мелкозернистыми алмазными пастами или порошками со свободным нанесением их на рабочую поверхность плоского или сферического инструмента (притира) позволяет получить шероховатость обработанной по­верхности до Ra= 0,02-0,01 мкм с отклонениями от пло­скости, цилиндричности или сферичности обработанной поверх­ности до 0,3 мкм при условии сохранения точности формы рабочей поверхности инструмента. При работе по методу шаржирования мелкозернистых алмазных паст работоспособность алмазных зе­рен сохраняется в течение нескольких часов непрерывной работы. В этом случае работоспособность алмазных зерен в десятки раз выше, чем при свободном нанесении паст на рабочую поверхность инструмента. Это обстоятельство позволяет сохранить высокую плоскостность или сферичность рабочей поверхности инструмента и стабильно получать обрабатываемые поверхности (плоские, сфе­рические, цилиндрические) с отклонениями от требуемой геометри­ческой формы до 0,1—1 мкм и шероховатостью поверхности Ra= 0,02-0,01 мкм.

Сферические поверхности доводят сферическими притирами (чашками для наружной и грибками для внутренней сфери­ческой поверхности) или притирами в форме трубки.

Станки, применяемые для односторонней и двусторонней до­водки плоских, цилиндрических, сферических и других поверх­ностей деталей, классифицируют по типу кинематической связи рабочих органов станка (инструмента — притиров и сепара­торов — кассет с деталями, приспособлений с закрепленными деталями и т. д.): 1) станки с жесткой кинематической связью или станки с определенной кинематикой перемещений точек детали и инструмента в их относительном движении; 2) станки с фрик­ционной связью между обрабатываемыми деталями и инструмен­том; 3) станки с жесткой кинематической связью рабочих органов станка при обеспечении одной или нескольких степеней свободы обрабатываемой детали в сепараторе или в приспособлении.

В приборостроении применяют доводочные станки для обра­ботки плоских, цилиндрических и сферических поверхностей: а) с вращающимися доводочными инструментами (притирами) и качательными или вращательными движениями сепараторов, «планов» или грибков с деталями; б) с качательными движениями доводочных инструментов; в) с неподвижными доводочными ин­струментами и вращательными движениями сепараторов с деталями г) с неподвижными доводочными инструментами (плитами) и с возвратно-поступательным движением сепаратора с деталями. Рассмотрим некоторые типы плоскодоводочных станков. Доводоч­ным инструментом в этих станках является плоский диск.

Планетарные станки с жесткой кинематической связью позво­ляют одновременно обрабатывать детали с двух сторон на двух­дисковом станке (рис. 295). или с одной стороны, удалив верхний доводочный диск, введя соответствующий «план» или сепаратор, на котором закрепляют или устанавливают детали. Сепараторы 2 с деталями 5 получают вращательное движение вокруг собственной оси с числом оборотов п₂ и вокруг центрального колеса / с числом оборотов п_в (число оборотов воображаемого водила). Централь­ное колесо / вращается с числом оборотов n_Y на оси в опоре ста­нины 7. Центральное колесо 1 и колесо 3 могут приводиться в движение в любых направлениях с различными или постоян­ными числами оборотов. Доводочные диски 4 и 6 могут быть неподвижными или получать вращательное движение.

Однодисковые станки с фрикционной связью (рис. 296) с пра­вильными кольцами 2 применяются для односторонней доводки плоских поверхностей деталей, непосредственно устанавливаемых внутри правильного кольца, или деталей 5, закрепляемых на пла­не 4. Необходимое рабочее давление создается грузом 3. Правиль­ное кольцо 2 и план 4 с деталями 5 получают вращательное дви­жение с числом оборотов п₂ путем фрикционной связи с рабочей поверхностью диска /, вращающегося с числом оборотов п_х. Пра­вильные кольца 2 служат для исправления геометрической формы рабочей поверхности доводочного диска при его износе (рис. 296, б) путем перемещения правильного кольца 2. Правильное кольцо удерживается роликами 6_У установленными в вилке S, закрепляе­мой в направляющих станины 7 станка.

Эксцентриковые станки применяют для двусторонней доводки плоских и цилиндрических деталей. Детали закладывают в сепа­ратор, получающий эксцентричное вращение между двумя вра­щающимися или неподвижными дисками. Цилиндрические детали в обойме располагаются с отклонениями своих геометрических осей от радиального направления в пределах 6—20° и с зазором в гнездах около 0,5 мм. На рис. 297 показан станок с неподвиж­ными дисками 4 и б, между которыми совершает плосковращатель­ное движение сепаратор с деталями 5. Сепаратор натягивается в обойме 3, эксцентричное движение которой передается от по­водка 2 через эксцентрик шпинделя /. Шпиндель / вращается в опоре станины 7. При односторонней и двусторонней доводке деталей на дисках с отклонениями от плоскостности до 1—2 мкм детали 5 получаются с отклонениями от плоскостности и непарал­лельности двух обработанных плоскостей до 0,5 мкм. В про­цессе доводки при двусторонней обработке деталей происходит взаимная приработка поверхностей верхнего и нижнего дисков (рис. 295—297, б). Форма изношенной поверхности нижнего 4 и верхнего 6 дисков (а - отклонение от плоскостности рабочей поверхности диска) зависит от расположения деталей 5 в сепа­раторе 2, кинематики относительного движения деталей по дискам, условий и режимов доводки и других факторов.

В процессе алмазно-абразивной доводки свободным абразивом происходят одновременно съем материала с обрабатываемой де­тали и износ доводочного инструмента.

Закономерности взаимного срабатывания поверхностей детали и диска зависят от:

1) кинематики относительного движения де­тали по диску (закон относительного движения), определяемой соотношениями угловых и линейных скоростей отдельных рабочих органов станка, относительным расположением детали на по­верхности инструмента;

Рис. 295. Схема планетарного шлифовально-доводочного станка: а — схема станка; б — форма износа доводочных дисков

Рис. 296. Однодисковый дово­дочный станок с правильными кольцами: а—схема станка; б —форма износа доводочного диска

3 2

2) технологических факторов—режимов и условий алмазной или абразивной доводки (относитель­ная скорость движения точек де­тали по инструменту или точек инструмента по детали; рабочие давления по контактирующим по­верхностям детали и инструмента, материал доводочного инструмента и его твердость, зернистость и род абразива, количество рабочей жидкости или пасты, подаваемой в единицу времени и т. д.). Точ­ность обработанной поверхности плоских, цилиндрических, сфери­ческих и других поверхностей де­талей приборов и машин при ал­мазно-абразивной доводке зависит от точности геометрической формы инструмента.

Сохранение высокой плоскост­ности, сферичности и т. д. рабочей поверхности инструмента в про­цессе доводки обеспечивается вы­бором

Рис. 297. Эксцентриковый доводоч­ный станок:

а — схема станка; б — форма износа доводочных дисков

оптимальной кинематики относительных перемещений ра­бочих органов и оптимальных ре­жимов обработки. Известно, что объем снятого материала с обра­батываемой детали и доводочного инструмента прямо пропорциона­лен механической работе, совер­шаемой при относительном пере­мещении детали по поверхности инструмента. На характер рас­пределения работы по отдельным участкам рабочей поверхности инструмента и детали влияют одновременно и кинематические, и технологические, и динамические факторы процесса доводки. Ди­намические факторы определяются величиной и характером из­менения силы взаимодействия между зернами абразива (алмаза), обрабатываемыми деталями и инструментом, зависящей от вели­чины давления на взаимно обрабатываемых поверхностях деталей и инструментов, величины и направления скоростей, ускорений и их составляющих.

Динамические факторы доводки оказывают существенное влия­ние на геометрическую форму износа (срабатывания) рабочих поверхностей инструмента и деталей, на режимы и условия ра­боты абразивных зерен различных участков поверхности доводоч­ного инструмента и детали (или деталей). Динамические факторы особенно сказываются на форме изношенной поверхности инстру­мента при алмазной механической доводке. На участках рабочей поверхности инструмента из чугуна, меди, латуни определенной твердости, где скорость и ускорение относительного движения де­тали по инструменту резко изменяют свои абсолютные значения и направления, происходит дробление, скалывание алмазных абразивных зерен.

Это приводит к интенсивному срабатыванию (износу) рабочей поверхности инструмента. Наоборот на участках, где отсутствуют резкие перепады скоростей и ускорений, создаются благоприятные условия для шаржирования алмазных (абразивных) зерен в ра­бочую поверхность инструмента.

В общем виде уравнение механической работы, затраченной на срабатывание (износ) элементарной площадки (отдельной точки) инструмента или на съем материала детали за один цикл станка при обработке свободным абразивом, должно учитывать влияние технологических, кинематических, динамических факторов, осо­бенности конструктивной формы рабочей поверхности доводоч­ного инструмента и формы детали

А = РLк_ук_кк_ф,

где F — сила взаимодействия детали и доводочного инструмента, алмазных (абразивных) зерен, направленная по каса­тельной к поверхности контакта детали и инструмента и определяемая с учетом динамики процесса доводки;

L — длина пути данной точки поверхности инструмента (детали) в относительном движении по поверхности детали (инструмента) за один цикл, зависящая от кинематических факторов процесса доводки;

k_y — коэффициент, учитывающий влияние технологических фак­торов процесса доводки — условий и режимов обработки;

к_к — коэффициент, учитывающий влияние конструктивной формы рабочей поверхности доводочного инструмента (канавки и пазы на поверхности диска могут быть коль­цевыми, спиральными, эксцентрично расположенными кольцевыми, радиальными и т. д.) на распределение абра­зива по рабочей поверхности инструмента;

к_ф — коэффициент, учитывающий влияние формы детали (круг­лая, прямоугольная, квадратная, кольцевая и т. д.) и способ ее закрепления на «плане», в сепараторе и т. д.

Для выполнения операций удаления заусенцев, шлифования, полирования, очистки от окалины все большее распространение получают объемные вибрационные станки. Подвергаемые обра­ботке партии деталей засыпаются в бункер, большая часть объема которого заполнена абразивными гранулами. Бункеру сообщается колебание с частотой порядка 1000—2000 кол/мин и с амплитудой в среднем 2—4 мм.

Наибольшей универсальностью обладают вибростанки, совер­шающие управляемое пространственное колебание, .при котором детали с гранулами совершают движение по пространственным спиральным траекториям, пересекающим попеременно все участки объема бункера. Тела среды при этом находятся в турбулентном движении, в котором сопрягаются кругообразные движения вокруг вертикальной и горизонтальных осей бункера. Обработка осуще­ствляется благодаря движению деталей и гранул относительно друг друга, их взаимному скольжению и соударению.

По такому принципу обработки создан ряд отечественных виб­рационных станков с центробежным (дебалансным) вибратором, шарнирно подвешенным к амортизированному корпусу машины. Дебалансы, закрепленные на обоих концах вала мотор-вибратора, регулируются по величине статического момента и по относитель­ному угловому положению. Угол наклона вала регулируется на ходу станка.

Производительность объемной обработки определяется ампли­тудой вертикальной скорости колебания; равномерность обработки всех деталей одной партии зависит от характера пространствен­ного колебания бункера.

Применение вибрации в качестве главного движения может дать существенный технологический эффект не только для без­размерной обработки, подобной объемной вибрационной обработке, но и для размерной, даже прецизионной обработки. Наглядным примером может служить способ вибрационной обработки, который так же, как и описанный способ обработки под дей­ствием управляемой пространственной вибрации, разработан в НИИЧАСПроме.

Обработке по этому способу подвергаются сразу партия де­талей, находящихся в зазоре между двумя вибрирующими дисками (рис. 299). Процесс резания осуществляется свободным либо свя­занным абразивом. Рабочие диски 3 и 4 совершают поступательное круговое движение в своей плоскости. Приводом служит прикре­пленный к нижнему диску 4 вибратор с регулируемыми дебалан-сами5и5на обоих концах вала. Вибрация на верхний диск 3 передается через радиальные пружины 2, связывающие его с ниж­ним диском, опирающимся на мягкие амортизаторы 1. В зависимости от настройки колебательной системы вибромашины верхний диск 3 может либо почти не двигаться, либо совершать дви­жение такого же характера, что и нижний диск, но с большими, равными или меньшими радиусами круговых траекторий, чем у нижнего диска. В т: м случае, когда верхний диск малоподви­жен, детали сцепляются с ним и обрабатывается их нижняя сто­рона. Если верхний диск движется в противофазе с нижним, имея разные с ним радиусы окружности, то детали обрабатыва­ются сразу с двух сторон. Если же радиусы движения одного диска больше, чем другого, то одна сторона деталей обрабаты­вается больше другой.

траекториям относительно Для автоматизации загрузки и выгрузки деталей вибратор сообщает нижнему диску на­ряду с поступательным круго­вым движением в плоскости ди­ска еще такое движение, при котором его ось описывает ко­нус. Под действием такого сложного движения детали по­лучают движение по спираль­ным оси диска.

Регулированием дебалансов можно добиться движения дета­лей во время загрузки от рас­положенного на периферии ди­ска лотка в зазор между ди­сками. Для выгрузки вибратор реверсируется, детали выходят за пределы нижнего диска, про­бегают по кольцевой дорожке и сваливаются в сборник деталей.

Подъем, опускание дисков и давление между ними осуществ­ляются специальным электродвигателем. Поскольку диски не вращаются, а лишь смещаются друг относительно друга при ко­лебании (амплитуда 3—10 мм), окончательный размер обрабаты­ваемых деталей по высоте может устанавливаться с высокой точ­ностью с помощью трех упоров, управляемых одной рукояткой.

Приведем конечные формулы, определяющие условие одно-и двусторонней обработки.

Условие отсутствия проскальзывания деталей относительно диска 3 (и обработка их диском 4) определяется по формуле

Рис. 299. Схема автомата для вибро­обработки плоскостей

-сила сжатия дисков;

-коэффициенты трения покоя и движения;

-масса обрабатываемой детали;

-радиусы траекторий дисков нижнего 4 и верх­него 3;

-сила вязкого трения;

коэффициент вязкого трения;

круговая частота колебания машины.

Для односторонней обработки нижним диском частота со должна быть в несколько раз выше собственной частоты колеба­ния машины. Для двусторонней обработки радиальная жесткость k пружин, связывающих диски, должна отвечать условию

где m₂ — масса верхнего диска.

В этом случае радиусы траекторий дисков равны друг другу (R₁ = R₂), а колебание их имеет противофазный характер.

На автоматах для прецизионной обработки плоскостей можно получать точность по параллельности и плоскостей (на деталях диаметром 30 мм) порядка 0,001 мм и выше. В минуту снимается припуск порядка 0,003—0,001 мм с латунных деталей.

Чистовая обработка поверхностей давлением. Отделку поверх­ностей давлением в зависимости от условий деформирования метал­ла и схемы его напряженного состояния в месте контакта инстру­мента и детали производят тремя методами:

1. обкатыванием поверхностей роликами и шариками;

2. дорнированием цилиндрических и фасонных отверстий;

3. ударным наклепыванием поверхности шариками.

1. Обкатывание наружных и внутренних поверхностей шари­ками и роликами обеспечивает 5—9-й квалитеты точности и Ra=0,63-0,02 мкм. Обкатывание поверхностей после чистовой обработки их режущим инструментом уменьшает обычно шероховатость на 1-4 интервала параметров шероховатости, а прочность повышается на 10-12 %. Упрочнение, достигаемое при обкатываниии создание значительных сжимающих остаточных напряжений (40-70 Кг/мм² ) повышает усталостную прочность.

Тонко регулируя усилие обкатывания, возможно изменять размеры обрабатываемых деталей за счет пластических деформа­ций с точностью 0,003—0,005 мм. При обкатывании «жесткими» инструментами возможно повышение точности формы и размеров заготовки за счет неравномерного заполнения микровпадин ис­ходной поверхности металлом микровыступов.

Рис. 300. Схемы обкатывания различных поверхностей роликами

Рис. 301. Схемы обкатывания различных поверхностей шариками

Рис. 302. Схемы раскатывания цилиндрических поверхностей раскатниками

С увеличением диаметра обрабатываемых деталей точность метода обкатывания и раскатывания уменьшается. Для обкаты­вания наружных поверхностей роликами и шариками применяют одно- и многороликовые обкатники с упругим элементом в виде тарированных плоских пружин, пневматические и гидравлические устройства. Схемы обкатывания различных поверхностей роликами показаны на рис. 300, а—з, а шариками — на рис. 301, а—г. Для обработки отверстий раскатыванием применяют одно- или многороликовые и многошариковые раскатники. Схемы раскаты­вания цилиндрических поверхностей показаны на рис. 302, а, б.

2. Дорнирование цилиндрических и фасонных отверстий осуществляется проталкиванием инструмента (дорн) определенной формы через обрабаты­ваемое отверстие, имеющее размеры несколько меньшие по сравнению с раз­мером калибрующего дорна. Схемы дорнирования цилиндрических отверстий дорном и шариком показаны на рис. 303, а и б. Дорнирование фасонных отверстий производится фасонными дорнами с целью полного выдавливания новых профилей или калибрования фа­сонного отверстия. Фасонное дорниро­вание часто применяется для исправле­ния профильных отверстий, искажен­ных после термической обработки.

Дорны по конструкции бывают однозубые и многозубые. Основ­ными параметрами конусообразной рабочей части дорна являются угол заборной части а = 1—10° и ширина ленточки Ь. Ширина ленточки b определяется по формуле Ь = 0,35d⁰'⁶. При дорнировании деталей с весьма малыми натягами иногда применяются дорны со сферической или криволинейной формой. При обработке деталей дорнированием можно достигнуть 1-го класса точности и Ra=0,63-0,2мкм, повысить износостойкость и усталостную прочность деталей, ослабленных концентраторами напряжений, обеспечить большую прочность прессовых посадок и стабильность в работе подвижных посадок.

Рис. 303. Схемы дорнирова-ния цилиндрических отвер­стий: а — дорном; б — шариком

3. Ударное наклепывание поверхности основано на принципе динамического удара шариков (роликов) об обрабатываемую по­верхность. В этом случае используется центробежная сила ша­риков, свободно сидящих в радиальных отверстиях быстро вра­щающегося диска, закрепленного на шпинделе специально при­способленного станка. Методом ударного наклепа достигается 6—8-й квалитет точности обработки и Ra=0,63-0,08мкм, усталостная прочность деталей повышается в 2—4 раза.

3