Аксенов А. А. Технология конструкционных материалов
.pdf170
стью строгания является долбление, где возвратно-поступательное движение резания совершает резец в вертикальной плоскости.
Процесс резания при строгании прерывистый, поэтому удаление материала происходит только при рабочем ходе, а во время холостого (обратного) хода резец работы не производит. Прерывистый процесс резания способствует охлаждению инструмента во время работы, что не требует применения охлаждающих жидкостей. Однако он приводит к значительным динамическим нагрузкам режущего инструмента, поэтому строгание осуществляется на умеренных скоростях резания.
Типы строгальных станков. Строгальные станки предназначены для обработки резцами плоских поверхностей, канавок, фасонных линейных поверхностей в условиях единичного и мелкосерийного производства. Поэтому широкое применение они получили в станкостроении и тяжелом машиностроении, когда необходимо обрабатывать крупные, большой массы заготовки станин, корпусов, рам, оснований, колонн и других деталей. В зависимости от конструктивных и технологических признаков строгальные станки подразделяют на поперечно-строгальные (длина строгания 200…2400 мм), продольнострогальные (длина строгания 1500…12500 мм, ширина строгания 600…5000 мм), долбежные (длина хода ползуна не более 200 мм) и специальные.
Режущий инструмент и схемы обработки заготовок. Строгальные рез-
цы по сравнению с токарными работают в более тяжелых условиях, так как резец, врезаясь в материал заготовки, при каждом рабочем ходе испытывает ударную нагрузку. Под действием динамической нагрузки резец изгибается в сторону опорной поверхности стержня и, если вершина резца расположена слева от оси стержня, то она опишет дугу, глубина резания изменится. Во избежание этого необходимо, чтобы при деформировании вершина резца описывала дугу радиусом R , касательную к обработанной поверхности (рис. 7.18, а), для чего вершину резца нужно располагать между опорной поверхностью стержня и плоскостью, проходящей через ось стержня резца. Чтобы выдержать это ус-
171
ловие, строгальные резцы выполняют изогнутыми. В зависимости от назначения строгальные резцы (рис. 7.18) делят на проходные (б), подрезные (в), отрезные (г) и фасонные. Долбежные резцы изготавливают трех основных типов (рис. 7.18): проходные (д), прорезные (е) и для шпоночных пазов (ж). Их конструкции аналогичны токарным резцам.
На строгальных станках обрабатывают (рис. 7.19) плоские горизонтальные (а), вертикальные (б, г) и наклонные (в) поверхности; уступы; пазы угловые и прямоугольные (д), Т-образные, V-образные, призматические, шпоночные (е); фасонные поверхности (ж).
Рис. 7.18. Строгальные и долбежные резцы
Рис. 7.19. Схемы обработки заготовок на строгальных и долбежных станках
172
Характеристика метода протягивания. Протягивание – высокопроиз-
водительный метод обработки внутренних и наружных поверхностей, обеспечивающий высокую точность формы и размеров обрабатываемой поверхности. Протягивают многолезвийным режущим инструментом – протяжкой – при его поступательном движении относительно неподвижной заготовки. Скорость главного движения резания ограничивается условиями получения обработанной поверхности высокого качества, а также технологическими возможностями протяжных станков. Движение подачи при протягивании как самостоятельное движение отсутствует, но за него принимают подъем на зуб, т.е. разность размеров по высоте двух соседних зубьев протяжки. Эта величина является подачей и одновременно глубиной резания (0,01…0,2 мм/зуб).
Типы протяжных станков. Протяжные станки отличаются простотой конструкции и эксплуатации, обусловленной тем, что формообразование поверхности на протяжном станке осуществляется копированием формы режущих кромок зубьев инструмента. Основным параметром протяжного станка являются наибольшая сила протягивания (достигает 290…390 кН у средних станков и 1170 кН у крупных станков) и максимальная длина хода протяжки (350…2300 мм для средних станков).
Протяжные станки предназначены для обработки внутренних и наружных поверхностей различной формы, чаще всего в условиях серийного и массового производств. Они имеют гидравлический привод и часто работают по полуавтоматическому циклу. В зависимости от вида обрабатываемых поверхностей их делят на станки для внутреннего и наружного протягивания; по направлению главного движения – на горизонтальные и вертикальные.
Режущий инструмент и схемы обработки заготовок. По характеру об-
рабатываемой поверхности протяжки делят на две основные группы: внутренние и наружные. Внутренними протяжками обрабатывают различные замкнутые поверхности, а наружными – полузамкнутые и открытые поверхности различного профиля. По форме различают круглые, шлицевые, шпоночные, мно-
173
гогранные и плоские протяжки. По конструкции зубьев протяжки бывают режущими, выглаживающими и деформирующими. В первом случае зубья имеют режущие кромки, в двух последних – скругленные, работающие по методу пластического деформирования.
Разновидностью протяжки является прошивка, которая отличается отсутствием хвостовика и шейки и при обработке проталкивается через отверстие. Прошивка работает на сжатие, протяжка – на растяжение.
На протяжных станках производят обработку следующих видов поверхностей:
–цилиндрических отверстий круглыми протяжками после сверления или полученных при литье и штамповке (рис. 7.20, а);
–многогранных отверстий (треугольные, квадратные и т.п.) многогранными протяжками (рис. 7.20, б);
Рис. 7.20. Схемы обработки заготовок на протяжных станках: 1 – заготовка; 2 – протяжка; 3 – направляющая втулка
174
–шлицевых отверстий с различным профилем шлицов многошлицевыми протяжками. На рис. 7.20, в приведена схема протягивания прямых шлицов. Винтовые шлицы протягивают протяжкой, режущие зубья которой расположены по винтовой линии, с приспособлением, обеспечивающим дополнительное вращение протяжки (рис. 7.20, г) или заготовки;
–шпоночных и других пазов протяжками, форма зубьев которых в поперечном сечении соответствует профилю протягиваемого паза. Шпоночные пазы протягивают плоской шпоночной протяжкой (рис. 7.20, д) с применением специального приспособления – направляющей втулки 3. Вдоль всей втулки прорезают прямоугольный паз, который является направляющим для протяжки;
–наружных поверхностей различной геометрической формы с прямолинейной образующей; протягивают на вертикально-протяжных станках для наружного протягивания, а также на станках непрерывной обработки конвейерного типа (рис. 7.20, е, ж);
–цилиндрические и конические зубчатые колеса наружного зацепления протягиванием впадины между зубьями.
7.6 ОБРАБОТКА ЗАГОТОВОК НА ЗУБООБРАБАТЫВАЮЩИХ СТАНКАХ
На станках этой группы выполняют обработку фасонных поверхностей зубьев различного профиля, равномерно расположенных по окружности, однако преимущественно обрабатывают фасонные поверхности эвольвентного профиля, используемые для профилирования зубчатых колес, которые очень широко применяются в передачах современных машин и приборов, особенно в автомобилестроении. Различают два метода получения фасонных профилей, равномерно расположенных по окружности: копирование и обкатку (огибание).
Копирование – метод, основанный на профилировании, например, зубьев фасонным инструментом, профиль режущей части которого соответствует
175
профилю впадины нарезаемого зубчатого колеса. По методу копирования зубчатые колеса нарезают модульной фрезой на горизонтально- и универсальнофрезерных станках (рис. 7.21, а) и концевой модульной фрезой на вертикальнофрезерных станках (рис. 7.21, б) нарезают последовательно по одной впадине с использованием делительной головки. Метод копирования не обеспечивает высокой точности и имеет сравнительно низкую производительность.
Рис. 7.21. Схемы формообразования зубьев: 1 – инструмент; 2 – нарезаемое колесо
Обкатка – метод, основанный на зацеплении зубчатой пары: режущего инструмента и заготовки. В данном случае режущие кромки инструмента имеют профиль зуба сопряженной рейки (рис. 7.21, в) или сопряженного колеса (рис. 7.21, г), поэтому боковая поверхность зуба на заготовке образуется как огибающая последовательных положений режущих кромок инструмента в их относительном движении. Различные положения режущих кромок относительно формируемого профиля зубьев на заготовке получают в результате кинема-
176
тически согласованных вращательных движений инструмента и заготовки на зуборезном станке.
Метод обкатки обеспечивает непрерывное формообразование зубьев колеса, поэтому нарезание зубчатых колес этим методом получило преимущественное распространение в автомобильной промышленности вследствие высокой производительности и значительной точности обработки.
Типы зубообрабатывающих станков. В настоящее время существует несколько разновидностей зубообрабатывающих станков, различаемых в зависимости от используемого режущего инструмента и технологического метода:
–зубофрезерные станки – для нарезания цилиндрических колес внешнего зацепления с прямыми и косыми зубьями и червячных колес;
–зубодолбежные станки – для нарезания цилиндрических зубчатых колес внешнего и внутреннего зацепления с прямыми и косыми зубьями;
–зубострогальные станки – для нарезания конических зубчатых колес.
Режущий инструмент.
К режущим инструментам для нарезания зубчатых колес по методу об-
катки относятся:
–червячная модульная фреза (рис. 7.22, а) представляет собой винт с прорезанными перпендикулярно к виткам канавками, в результате чего на червяке образуются режущие зубья, расположенные по винтовой линии. Червячные фрезы изготовляют однозаходными и многозаходными, при этом, чем больше заходов, тем выше производительность фрезы, но ниже точность. Ими нарезают цилиндрические колеса с прямыми и косыми зубьями и червячные колеса;
–зуборезный долбяк (рис. 7.22, б) представляет собой зубчатое колесо, зубья которого имеют эвольвентный профиль с передним γ и задним α угла-
ми заточки. Различают прямозубные и косозубные долбяки;
– зубострогальный резец (рис. 7.22, в) имеет призматическую форму с соответствующими углами заточки и прямолинейной режущей кромкой. Перед-
177
ний и задний углы образуются при установке резца в резцедержателе станка. Эти резцы применяются попарно для нарезания конических зубчатых колес с прямыми зубьями.
Рис. 7.22. Инструмент для нарезания зубчатых колес по методу обкатки
7.7 ОБРАБОТКА ЗАГОТОВОК НА ШЛИФОВАЛЬНЫХ СТАНКАХ
Шлифованием называют процессы обработки заготовок резанием режущим инструментом, рабочая часть которого содержит частицы абразивного материала – абразивным инструментом. Различают алмазные, эльборовые, электрокорундовые, карбидокремниевые и другие абразивные инструменты (шлифовальные круги). Абразивные зерна располагаются в круге беспорядочно и удерживаются связующим материалом. При вращательном движении круга в зоне его контакта с заготовкой часть зерен срезает материал в виде очень большого числа тонких стружек (до 100 000 000 в минуту), причем это происходит на больших скоростях резания от 30 до 125 м/с, т.е. процесс резания каждым зерном осуществляется почти мгновенно. Поэтому обработанная поверхность представляет совокупность микроследов абразивных зерен и имеет малую шероховатость.
Абразивный материал оказывает силовое (деформирует) и тепловое воздействие на обрабатываемую поверхность, что приводит к структурным превращениям, изменениям физико-механических свойств поверхностных слоев
178
обработанной поверхности, поэтому процесс шлифования проводят при обильной подаче смазочно-охлаждающих жидкостей.
Шлифование применяют для чистовой и отделочной обработки деталей с высокой точностью. Для заготовок из закаленной стали этот метод конечной обработки является одним из наиболее распространенных (например, шлифование коренных шеек валов агрегатов автомобилей).
При шлифовании главным движением резания является вращение шлифовального круга; подачей – перемещение заготовки или инструмента вдоль или вокруг координатных осей; глубиной резания – толщина слоя материала, срезаемого за один проход.
Абразивные инструменты. Их различают по геометрической форме и размерам, роду и сорту абразивного материала, зернистости или размерам абразивных зерен, связке или виду связующего вещества, твердости, структуре или строению круга.
Зерна абразивных инструментов представляют собой искусственные или природные материалы и кристаллы, которые отличаются высокой твердостью, определяемой по минералогической шкале. Также зерна абразивов различают по крупности и делят на номера зернистости – количество и крупность основной фракции абразива. Связкой может выступать вещество или совокупность веществ, применяемых для закрепления зерен шлифовального материала и наполнителя в абразивном инструменте. Наполнитель в связке предназначен для придания инструменту необходимых физико-механических, технологических и эксплуатационных свойств.
Наиболее широко применяют инструменты, изготовленные на керамической, бакелитовой или вулканитовой связке. Керамическую связку приготовляют из глины, полевого шпата, кварца и других веществ путем их тонкого измельчения и смешивания в определенных пропорциях. Бакелитовая связка состоит в основном из искусственной смолы – бакелита. Вулканитовая связка представляет собой искусственный каучук, подвергнутый вулканизации для
179
превращения его в прочный, твердый эбонит. Причем под твердостью абразивного инструмента понимается способность связки сопротивляться вырыванию абразивных зерен с рабочей поверхности инструмента под действием внешних сил.
Для шлифования заготовок из твердых сплавов и высокотвердых материалов успешно применяют алмазные круги, которые состоят из корпуса и алмазоносного слоя. Корпус изготавливают из алюминия, пластмасс или стали. Толщина алмазного слоя у большинства кругов составляет 1,5…3 мм, причем используют в основном синтетические алмазы (до 80 %).
Обработка заготовок на круглошлифовальных станках. Круглошли-
фовальный станок состоит из следующих основных узлов (рис. 7.23): станины 1, стола 2, передней бабки 3 с коробкой скоростей, шлифовальной бабки 4, задней бабки 5, привода стола 6. Эти станки разделяют на простые, универсальные и врезные. На универсальных станках каждую из бабок можно повернуть на определенный угол вокруг вертикальной оси и закрепить для последующей работы; простые станки снабжены неповоротными бабками; у врезных станков отсутствует продольное движение подачи стола, а процесс шлифования ведется по всей длине заготовки широким шлифовальным
Рис. 7.23. Общий вид кругом с движением поперечной подачи.
круглошлифовального станка
Возвратно-поступательное перемещение стола для движения продольной подачи производят с помощью гидроцилиндра и поршня, а движение круговой подачи обеспечивает специальный электродвигатель, вращение с которого передается через клиноременную передачу. Когда круг износится и его диаметр уменьшится, используют другую пару шкивов, следовательно, скорость резания увеличивается. При шлифовании наружных цилиндрических поверхностей обрабатываемая заготовка может