17.1.2. Вибрационный метод обработки деталей
Широкие технологические возможности этого метода на очистных, шлифовально-полировальных и упрочняющих операциях создают благоприятные предпосылки для промышленного использо-вания.
Сущность вибрационной обработки состоит в последовательном нанесении на поверхности обрабатываемых деталей большого числа микроударов гранулами шлифовального материала под действием направленных вибраций, сообщаемых рабочей камере.
Съем металла производится вследствие механического или механохимического диспергирования мельчайших частиц металла и его окислов с обрабатываемой поверхности абразивными гранулами.
Схема вибрационной обработки приведена на рис. 17.2.
Рис. 17.2. Схема вибрационной обработки деталей
Обрабатываемые детали 1 загружают в рабочую камеру 2, заполненную шлифовальным материалом и установленную на основании 3, подвешенном на пружинах 4 вибропривода. Рабочей камере сообщают от вибратора осциллирующие движения с частотой fк = 15..50 Гц и амплитудой А = 0,5…9 мм. Под действием вибрации детали и шлифовальный материал приходят в интенсивное относительное перемещение, совершая два вида движений: колебания и медленное вращение массива загрузки (циркуляционное движение). В процессе обработки детали переориентируются и проходят различные зоны рабочей камеры, что обеспечивает достаточно равномерную обработку всех поверхностей. Процесс обработки рекомендуется производить с подачей в камеру технологической жидкости. В зависимости от требований к качеству поверхности могут применяться абразивные шлифовальные материалы различных характеристик, а также металлические и неметаллические полирующие материалы различной формы и размеров.
Интенсивность виброобработки зависит от следующих основных факторов: амплитуды А и частоты f колебаний рабочей камеры, длительности цикла обработки, характеристики и размеров гранул шлифовального материала, объема рабочей камеры и степени ее заполнения, механических свойств материала обрабатываемых деталей.
Скорости гранул шлифовального материала могут достигать 0,3...1 м/с, при этом ускорения составляют 20…150 м/с2, а силы микроударов 1,5…30 Н. Процесс абразивного микрорезания сопровождается тепловыделением. При этом средняя температура в рабочей камере не превышает 30...40 С. Динамическое воздействие шлифовального материала на деталь возрастает с увеличением глубины погружения детали и зависит от расстояния детали до стенок рабочей камеры, параметров вибрации А и fк, размеров и плотности обрабатывающих гранул. Поэтому в партии деталей, обработанных в одной рабочей загрузке, могут иметь место неравномерность съема металла и различие качественных характеристик поверхности.
Формирование поверхностного слоя при вибрационной обработке происходит под действием многократно повторяющихся микроударов гранул шлифовального материала, которые вызывают изменение геометрических и физико-механических параметров поверхностного слоя (шероховатости, микротвердости, остаточных напряжений, структуры).
Различают несколько технологических схем обработки деталей вибрационным методом:
обработка свободно загруженных в камеру деталей;
обработка тяжелых и крупногабаритных деталей, закрепленных в специальных приспособлениях;
очистка или полирование длинномерных деталей типа прутков, профилей, проволоки путем медленного перемещения их через окна в стенках рабочей камеры;
шпиндельная виброотделка.
Шпиндельная виброотделка является новой разновидностью виброобработки, не получившей пока широкого применения в промышленности. Процесс шпиндельной виброотделки деталей, имеющих форму тел вращения (втулок, колец, зубчатых колес), осуществляется путем закрепления их на шпинделе станка и сообщения вращения с погружением в шлифовальный материал рабочей камеры виброустановки (рис. 17.3).
1
2
3
4
Рис. 17.3. Схема шпиндельной виброотделки
В шпинделе станка закрепляют оправку 1 с обрабатываемыми деталями и погружают в камеру 2, получающую вибрации от привода 3. Обрабатываемым деталям 4, установленным на оправке, сообщают вращение со скоростью от 0,5 до 15 м/с. На шлифовальный материал, находящийся в камере, воздействуют вибрациями с частотой fк = 25..33 Гц и амплитудой А = 1…5 мм. Вследствие высоких относительных скоростей деталей и шлифовального материала производительность шпиндельной виброобработки в 10...15 раз превышает обычный процесс виброобработки.
В зависимости от характеристики шлифовального материала и режимов обработки могут выполняться шлифование и отделка поверхности, удаление заусенцев, скругление и полирование кромок. При этом создаются предпосылки для автоматизации процесса и увеличения производительности отделочных операций в результате многошпиндельной (пакетной) обработки.
Главным движением резания при виброшпиндельной обработке является вращение детали. Осциллирующие движения рабочей камеры делают подвижным шлифовальный материал, уменьшают его плотность, что позволяет свободно погружать в камеру шпиндели с обрабатываемыми деталями.
Шпиндели с закрепленными на них деталями могут располагаться вертикально, горизонтально или под различными углами. Им могут сообщаться как вращательные, так и осциллирующие или качательные движения.
Шпиндельная виброотделка широкого промышленного применения не получила, и в настоящее время имеются сведения о разработке преимущественно лабораторных или опытно-промышленных станков и устройств.
Виброшпиндельная обработка деталей из цветных металлов не обеспечивает высокого качества поверхности, так как появляются отдельные глубокие кратеры, обусловленные ударным воздействием частиц шлифовального материала на быстровращающуюся поверхность деталей, которые сложно устранить даже последующим ручным полированием войлочными кругами. Кроме того, вокруг вращающейся детали формируется своеобразный «свод» частиц шлифовального материала вследствие образования вокруг детали аэродинамического воздушного слоя под действием центробежных сил, возникающих при вращении. Воздушный слой препятствует контакту обрабатываемой поверхности со шлифовальным материалом и дополнительно снижает эффективность финишной обработки.