Фролов ЭМ.Технология изготовления деталей машин

На рис. 2.3.26 в качестве примера при­ ведены зависимость скорости съема Q от ли­ нейной скорости и давления р при полирова­ нии медных деталей.

Выбор режимов полирования зависит от различных факторов, связанных с материалом детали, достигаемыми параметрами поверхно­ сти, прецизионностью обработки и т. д.

Рис. 2.3.26. Зависимость скорости съема Q от технологических параметров процесса абразивной доводки:

а - линейная скорость v, м/с; б - давление р, кПа

Как правило, технологической процесс полирования — это многостадийный процесс, включающий несколько переходов с исполь­ зованием порошков различной зернистости. В табл. 2.3.14 приведен типовой технологиче­ ский маршрут обработки медного плоского зеркала.

Для полирования применяются шлифо­ вально-полировальные станки типа ШП550Б, ПД700, АД 1000 и др. Кроме того, для декора­ тивного полирования используют специаль­ ные станки.

В связи с появлением новых абразивных материалов начали применять обработку свя­ занным абразивом с использованием компо­ зиционных полировальников.

Одним из таких композиционных мате­ риалов является абразивный инструмент на основе корундовых микросфер оксида цирко­ ния размером 30-70 мкм с толщиной стенки 3-4 мкм. Способы получения новых микро­ сфер оксида алюминия — корунда могут быть различными, например плазменным методом

2.3.14. Типовой технологический маршрут абразивной обработки

предпочтителен газодисперсный синтез, кото­ рый обеспечивает стабильность геометриче­ ских размеров и высокую чистоту абразива.

В качестве связующего материала при­ меняют кремнийорганический каучук, пре­ имуществом которого является нетоксичность компонентов.

Рабочая поверхность инструмента подго­ тавливается к работе точением ~ подрезкой торца на токарном станке. При этом происхо­ дит раскалывание микросфер, находящихся на рабочей поверхности абразивного инстру­ мента, с образованием режущих элементов, а также пор, возникающих в местах выпадания

сфер, и полостей, находящихся внутри самих сфер.

Для обработки зеркал из труднообраба­ тываемых материалов, например из молибде­ на, вольфрама создано специальное суперфи­ нишное оборудование, позволяющее получать высоту неровностей порядка 25 нм (0,025 мкм) и отклонения формы, например при обработке плоскости, около 1 мкм.

Станина станка устанавливается на че­ тырех пневматических виброизолирующих опорах. Шпиндель обрабатываемого круга, стола и механизма правки вращаются в аэро­ статических подшипниках.

Суппорты перемещаются на аэростати­ ческих направляющих. Приводы линейных перемещений суппортов осуществляются че­ рез бесконтактные магнитные передачи винтгайка, привод круговой подачи стола — через бесконтактный волновой редуктор. Электро­ двигатели и преобразователи всех электро­ приводов маловиброактивные.

При обработке может быть обеспечен параметр шероховатости поверхности Ra = 0,63... 0,4 мкм. Состояние поверхност­ ного слоя в этом случае определяется тепло­ выми явлениями в зоне обработки, зернисто­ стью шкурки, конструкцией круга, материа­ лом детали.

Увеличение угловой скорости и степени деформации круга приводит к увеличению производительности. Сглаживание неровно­ стей дуги полирования лепестковыми кругами происходит в основном за счет пластического течения материала.

В табл. 2.3.15 и 2.3.16 приведены режи­ мы плоского и круглого полирования деталей из различных материалов лепестковыми кру­ гами (ЛКП).

ТОНКОЙ доводки, с целью получения требуе­ мых параметров качества обработки.

Для повышения параметров качества до­ веденных поверхностей применяют предвари­ тельную селекцию деталей: интервал рассея­ ния доводимого (исходного) размера в партии одновременно обрабатываемых деталей дол­ жен бьггь не более 1/3 величины припуска под доводку.

Припуск на обработку на сторону на­ значается в зависимости от требуемых пара­ метров качества обработки:

предварительная доводка: припуск 0,02 ... 0,05 мм, достигаемая точность обра­ ботки (отклонение от требуемой формы по­ верхности) 3 ... 5 мкм; параметр шероховато­ сти Ra = 0,63 ... 0,16 мкм;

2 мкм; параметр шероховатости поверхности Ra = 0,16 ... 0,08 мкм;

чистовая (окончательная) доводка: при­ пуск 0,002 ... 0,005 мм, точность обработки 0,5 ... 1 мкм; параметр шероховатости поверх­ ности Ra = 0,08 ... 0,02 мкм;

тонкая доводка: припуск 0,0002 ...

тирах осуществляется посредством периодиче­ ского нанесения пасты на поверхность при­ тира (путем ее намазки) либо посредством предварительного шаржирования притира абразивными зернами с помощью специаль­ ных устройств с плоскими, роликовыми, кольцевыми правильно-шаржирующими ин­ струментами.

Доводка абразивными суспензиями осу­ ществляется двумя способами: при непрерыв­ ной подаче или с периодической дозирован­ ной подачей суспензии. Непрерывную подачу абразивной суспензии в зону обработки при­ меняют для предварительной обработки.

Доводку с периодическим нанесением пасты применяют как для предварительной, так и для чистовой доводки.

Наивысшие параметры качества дове­ денной поверхности достигаются при тонкой доводке притирами, шаржированными зерна­ ми пасты.

Для повышения производительности об­ работки применяют абразивные круги вместо металлических притиров.

Доводку осуществляют суспензиями, пастами и мелкозернистыми кругами на ос­ нове микропорошков из следующих абразив­ ных материалов: электрокорунда белого (23А, 24А, 25А), хлористого (ЗЗА, 34А), титанистого (37А), монокорунда (43А, 44А, 45А); карбида

кремния зеленого (62С, 63С, 65С), карбида бора (КБ) и эльбора зернистостью М40-М1; алмазных микропорошков марок АСМ, АСЫ (из синтетических алмазов), AM и АН (из природных алмазов) зернистостью 60/40 - 1/0.

Для предварительной доводки применя­ ют порошки зернистостью 5-4, микропорош­ ки - М40-М14, для получистовой - М10-М5, для окончательной - М10-МЗ, для тонкой - МЗ-М1. Окончательную и тонкую доводку осуществляют также мягкими абразивными материалами — окисью алюминия, окисью хрома, крокусом и др.

Абразивные суспензии и пасты состоят из абразива и неабразивной части. Неабра­ зивная часть паст содержит такие компоненты как парафин, стеарин, олеиновую кислоту, керосин, веретенное, дизельное, вазелиновое масла и т.д. В абразивных суспензиях абразив по массе составляет не более 20...30% и нахо­ дится во взвешенном состоянии в керосиномасляной смеси с добавкой парафина, стеа­ рина или олеиновой кислоты и т.д.

Абразивная способность паст и суспен­ зий характеризует режущую способность абра­ зивных зерен при конкретных условиях и режимах доводки, поэтому абразивная спо­ собность паст и суспензий определяет произ­ водительность обработки (съем материала заготовки в единицу времени и суммарный съем материала заготовки до полной потери работоспособности абразива).

Показатели качества поверхности после доводки (шероховатость поверхности и свой­ ства поверхностного слоя) также зависят от факторов процесса, определяющих схему ра­ боты зерен в прослойке между заготовкой и притиром.

Материал притира и его свойства выби­ рают в зависимости от физико-механических характеристик обрабатываемого материала, требуемых производительности и параметров качества обработки.

Для доводки деталей из труднообрабаты­ ваемых материалов наиболее распространен­ ными материалами притира является чугун с ферритной, перлитной и перлитоферритной структурой. Обычно чугунные притиры изго­ товляют из серого чугуна СЧ 15, СЧ 18, СЧ 20, СЧ 25 твердостью 120 ... 200 НВ.

Для предварительной доводки наилуч­ шие результаты по износостойкости имеют перлитные чугуны с крупнопластинчатым перлитом, хорошо удерживающим абразивные зерна.

Для окончательной доводки применяют более мягкие ферритные чугуны с фосфидной эвтектикой и перлитоферритные чугуны с мелкодисперсным и тонкопластинчатым пер-

ских и фасонных поверхностей по виду кине­ матической связи рабочих звеньев исполни­ тельного механизма разделяют на два типа: станки с жесткой кинематической связью и станки с фрикционной связью между заготов­ ками и инструментом (притиром). Эти станки имеют подвижные и неподвижные притиры с различными исполнительными механизмами, задающими закон относительного движения заготовки по притиру путем сочетания враща­ тельных, качательных и поступательных дви­ жений притира (притиров), а также сепарато­ ров, кассет, блоков (планов) с закрепленными или свободно установленными в них заготов­ ками.

Механизация и автоматизация техноло­ гического процесса доводки и подготовки рабочей поверхности притиров на доводочных станках осуществляются с целью достижения стабильности параметров качества доведенных поверхностей деталей, снижения трудоемко­ сти доводочных операций (переходов) и со­ кращения вспомогательного времени.

Механизация и автоматизация осущест­ вляются по двум направлениям:

1)механизация и автоматизация цикла рабочих движений процесса обработки, т.е. основных движений, осуществляющих про­ цесс формообразования поверхностей и фор­ мирования свойств поверхностного слоя дета­ лей;

2)механизация и автоматизация техно­ логического цикла доводки, т.е. автоматиза­ ция одновременно основных и вспомогатель­ ных движений, включая установочные (в том числе транспортные перемещения с одной позиции на другую, контрольные движения, ходы и переходы).

Автоматизация цикла рабочих движений процесса доводки включает управление тех­ нологическими, кинематическими, геометри­ ческими и динамическими факторами про­ цесса:

рабочим давлением /?, скоростью г; и ус­ корением fl^ относительного движения дета­ ли по притиру, характеристиками жесткости элементов упругой системы "притир — абра­ зивная прослойка - заготовка".

Механизация и автоматизация вспомога­ тельных и установочных движений при до­ водке на доводочных станках связана со сле­ дующими движениями: укладка на рабочую поверхность притира заготовок в гнезда сепа­ раторов, снятие заготовок после доводки, подача абразивной суспензии (пасты) и рабо­ чей жидкости в зону обработки, удаление шлама в процессе или после доводки партии заготовок, периодическая правка рабочих поверхностей притиров и т.д.

2.3.5. СТРУЙНАЯ, ЭКСТРУЗИОННАЯ И ТУРБОАБРАЗИВНАЯ ОБРАБОТКА

Струйно-абразивная обработка. Физиче­ ская сущность данного способа заключается в воздействии высокоскоростной (г; = 30 ...

70 м/с) струи абразивно-жидкостной смеси на поверхность обрабатываемой заготовки. Как правило, такая струя направляется под углом а к поверхности, который называется углом атаки. След воздействия абразивножидкостной струи на поверхность представля­ ет эллипсовидное пятно-кратер; величина снятого слоя металла в центре и по краям кратера значительно отличается: от 5 ...

30 мкм по краям до 2 ... 3 мм в центре. По­ этому для обеспечения равномерности съема металла необходимы движения подачи либо струйного соплового аппарата, либо заготов­ ки, либо того и другого. Скорости движений подачи могут изменяться в достаточно широ­ ких пределах.

Съем металла при струйно-абразивной обработке осуществляется в результате удар­ ного воздействия абразивных зерен; частота ударов достигает 10^ 1/с. Разрушение металла происходит как в результате резания, так и усталостного нагружения микрообъемов ме­ талла.

На рис.2.3.27 приведена схема струйноабразивной установки. Насос 6 подает абра­ зивно-жидкостную смесь из бака / по трубо­ проводу 2 к струйному аппарату 3, который

Воздух

Рис. 2.3.27.Схема струйно-абразивной обработки

направляет струю смеси на заготовку 4. Обра­ ботка происходит в герметичной камере 5, откуда смесь стекает в бак 1. Для размешива­ ния смеси имеется устройство 7 с отдельным приводом.

Установки для струйно-абразивной об­ работки работают как при низком (0,5 ...

0,8 МПа), так и при высоком (4 ... 10 МПа) давлении; последние используются для ин­ тенсификации обработки более грубых по­ верхностей заготовок.

Создан ряд установок-полуавтоматов, имеющих многопозиционные поворотные рабочие столы и несколько (до 16) одновре­ менно работающих струйных аппаратов. Про­ изводительность таких установок достигает 100 ... 140 деталей в час.

Для мелкосерийного производства, а также для обработки заготовок особо сложной конфигурации, не имеющих баз, имеются ручные установки, снабженные специальны­ ми резиновыми рукавами-перчатками для рук оператора, который удерживает и поворачива­ ет заготовку в рабочей камере.

Основным элементом струйно-абразив­ ной установки является струйный аппарат, который формирует и направляет струю абра­ зивно-жидкостной смеси. На рис. 2.3.28 при­ ведена конструкция такого аппарата. Рабочая

Рис. 2.3.28. Струйный аппарат

смесь подается с помощью насоса в цен­ тральный канал 7; в каналы 2 подается сжа­ тый воздух. В аппарате имеются промежуточ­ ное 3 и выходное сопла 6\ расстояние /Q меж­ ду соплами регулируется с помощью резьбо­ вой втулки 4. Гайка 5 служит для соединения выходного сопла с втулкой 4. Цилиндриче­ ское отверстие выходного сопла имеет диа­ метр 5 ... 7 мм и длину 50 ... 70 мм. Такой аппарат при давлении воздуха 0,3 ... 6,6 МПа

для повышения износостойкости их следует изготовлять из специальной термокорундовой керамики.

Выбор абразивного зерна для струйноабразивной обработки проводится на основе следующих рекомендаций: для предварительHbDC, более грубых операций используется электрокорунд зернистостью 40-50, для окон­ чательных - электрокорунд зернистостью 10 ... 20.

Концентрация зерен в рабочей смеси составляет от 1:1 до 1:3 (по массе). В состав смеси, кроме воды, входят кальцинированная сода - до 1% и поверхностно-активные веще­ ства - до 2%.

Увеличение давления сжатого воздуха приводит к увеличению кинетической энер­ гии струи и, как следствие, к повышению производительности обработки. Так, увеличе­ ние давления от 3 до 6 МПа повышает ско­ рость съема металла более, чем в 3 раза.

Оптимальные значения утла атаки а на­ ходятся в интервале 30 ... 60°. Увеличение расстояния от выходного сопла до заготовки уменьшает скорость съема металла; на пред­ варительных операциях следует работать при длине струи 70 ... 80 мм, на окончательных операциях - при длине струи 150 ... 300 мм.

Скорость движения подачи (поступа­ тельного, качательного вращения) на предва­ рительных операциях выбирают равной 0,5 ... 2 м/мин, на окончательных операциях - 0,15 ... 20 м/мин.

Скорость съема металла при струй­ но-абразивной обработке составляет

ном 14 ... 28 - Ra = 0,4 ... 0,7 мкм.

Поверхностный слой металла глубиной 20 ... 50 мкм в результате струйно-абразивной обработки упрочняется (степень наклепа 1,2- 1,4); в нем формируются остаточные напря­ жения сжатия, фазовые изменения металла отсутствуют.

Струйно-абразивная обработка наиболее эффективна при обработке несимметричных, несбалансированных сложнопрофильных де­ талей средних размеров; при этом могут бьггь обработаны как наружные, так и внутренние поверхности. Широко применяют этот способ при обработке пресс-форм, литьевых форм, турбинных лопаток, литых и штампованных сложнопрофильных деталей, лемехов и отва­ лов тракторных плугов.

Экструзионно-абразивная обработка. Фи­ зическая сущность этого способа отделочной абразивной обработки заключается в продавливании через обрабатываемую поверхность специальной абразивной пасты, имеющей высокую вязкость. Схема экструзионноабразивной обработки представлена на рис. 2.3.29. На пасту 7, находящуюся в верхнем цилиндре 2, давит пуансон J, который пере­ дает давление масла, создаваемое гидростан­ цией 8. Паста перемещается через обрабаты­ ваемое отверстие заготовки 4 в нижний ци­ линдр 5. После того, как весь объем пасты переместится в нижний цилиндр, подача мас­ ла в верхний цилиндр прекращается с помо­ щью крана 7, и масло подается к пуансону 6 нижнего цилиндра, что вызывает перемеще­ ние пасты в обратном направлении. Такое циклическое возвратно-поступательное дви­ жение абразивной вязкой пасты (своеобраз­ ного эластичного инструмента) аналогично движению брусков в процессе хонингования, поэтому этот способ называют также "экструзионным хонингованием".

При перемещении абразивной пасты от­ носительно обрабатываемой поверхности абразивные зерна под действием гидростати­ ческого давления внедряются в обрабатывае­ мую поверхность и осуществляют микрореза­ ние и пластическое оттеснение металла. Дав-

Рис. 2.3.29. Схема экструзионной абразивной обработки

ление при этом способе обработки составляет от 4 ... 5 МПа при обработке относительно мягких сплавов алюминия, меди и до 10-14 МПа — при обработке стали. Такое давление уплотняет слой пасты и процесс обработки приближается к способам обработки инстру­ ментом с закрепленным в эластичной связке абразивным зерном.

Паста для экструзионно-абразивной об­ работки представляет смесь абразивных зерен с вязким связующим, состоящим из эластич­ ного полимера, смазочного вещества и по­ верхностно-активных добавок. Вязкость пасты должна повышаться с увеличением диаметра обрабатываемого отверстия. В качестве абра­ зивного материала используются порошки эдектрокорунда, карбида кремния, алмаза. Размер зерен составляет 20 ... 500 мкм; в ряде случаев используют смесь порошков различ­ ной зернистости. Содержание абразива в пас­ те находится в пределах 25 ... 75% (мае). Приготовление пасты заключается в смеши­ вании связующего и абразивных зерен, при­ чем оба компонента предварительно нагрева­ ются до температуры 60 ... 100 °С.

Создан ряд установок, в том числе авто­ матизированных, для экструзионно-абразив­ ной обработки, включающих следующие ос­ новные узлы: гидравлическую систему высо­ кого давления, блок с зажимным устройством для установки и закрепления заготовок, пульт управления. Используя сменные вставки в зажимном устройстве; можно обрабатывать заготовки различных размеров и формы. Сис­ тема управления позволяет регулировать ра­ бочее давление, число циклов перекачки пас­ ты в единицу времени, машинное время об­ работки. Объем используемой пасты достигает 20 000 см^.

Экструзионно-абразивный способ ис­ пользуют для финишной обработки отверстий малых (менее 6 ... 8 мм) диаметров, некруглых

и сложнопрофильных отверстий, окон, пазов

вматрицах штампов и пресс-форм, а также в других деталях. Особенно эффективен этот способ для снятия заусенцев и округления кромок в пересекающихся отверстиях. Ма­ шинное время обработки составляет от 2 до 20 мин. Обеспечивается получение параметра

Можно одновременно обрабатывать не­ сколько отверстий (12-16).

Турбоабразивная обработка. Данный способ отделочной обработки основан на использовании так называемого "кипящего" слоя абразивных зерен, образующегося в ра­ бочей камере при подаче восходящего потока воздуха через воздухораспределительную ре-