Аксенов А. А. Технология конструкционных материалов

190

Поверхность неподвижной заготовки обрабатывают мелкозернистыми абразивными брусками, которые закрепляют в хонинговальной головке (хоне). Бруски вращаются и одновременно перемещаются возвратно-поступательно вдоль оси обрабатываемого цилиндрического отверстия высотой h (рис. 8.2, а). Соотношение скоростей указанных движений составляет 1,5…10 и определяет условия резания. По сравнению с внутренним шлифованием хонингование имеет некоторые преимущества: отсутствует упругий отжим инструмента, реже наблюдается вибрация, резание происходит более плавно.

При сочетании движений на обрабатываемой поверхности появляется сетка микроскопических винтовых царапин – следов перемещения аб-

разивных зерен. Угол θ пересечения этих следов зависит от соотношения скоростей. На рис. 8.2, б приведены развертка внутренней цилиндрической поверхности заготовки и схема образования сетки.

Крайние нижнее 1 и верхнее 2 положения абразивных брусков устанавливают так, что создается перебег n . Он необходим для того, чтобы образующие отверстия получались прямолинейными даже при неравномерном износе брусков. Совершая круговое движение, абразивные бруски при каждом двойном ходе начинают резание с новых положений 3 хона с учетом смещения t по углу, поэтому исключается наложение траекторий абразивных зерен.

Различают предварительное и чистовое хонингование. Предварительное хонингование используют для исправления погрешностей предыдущей обработки, а чистовое – для получения малой шероховатости поверхности.

191

Хонинговальные бруски изготавливают из электрокорунда или карбида кремния, как правило, на керамической или бакелитовой связках. В настоящее время часто применяется алмазное хонингование, с помощью которого более эффективно исправляются погрешности геометрической формы обрабатываемых отверстий с увеличением стойкости брусков.

Хонингование проводят при обильном охлаждении зоны резания смазоч- но-охлаждающими жидкостями. Обычно это керосин, смесь керосина (80…90 %) и веретенного масла (10…20 %) или водно-мыльные эмульсии.

Суперфиниш. Им в основном уменьшают шероховатость поверхности, оставшуюся от предыдущей обработки, причем изменяются глубина и вид микронеровностей, а обрабатываемые поверхности получают сетчатый рельеф и становятся чрезвычайно гладкими.

Поверхности обрабатываются специальными брусками (используются такие же материалы, как при хонинговании), устанавливаемыми в специальной головке. Для суперфиниша характерно колебательное движение брусков (амплитуда 1,5…6 мм с частотой 400…1200 колебаний в минуту) наряду с колебательным и вращательным движением заготовки, а процесс резания происходит при давлении брусков (0,5…3) 105 Па и в присутствии смазочного материала малой вязкости (80…90 % керосина и 10…20 % индустриального И-20А или турбинного масла).

Смазочная жидкость играет важную роль при суперфинише. Масляная пленка покрывает обрабатываемую поверхность, но наиболее крупные микровыступы прорывают ее и в первую очередь срезаются абразивом, так как давление брусков на выступы оказывается большим. По мере дальнейшей обработки давление снижается, потому что все большее число микровыступов прорывают масляную пленку, и наступает такой момент, когда давление бруска не может разорвать пленку – она становится сплошной, и процесс отделки автоматически прекращается.

192

Отделочно-зачистная обработка деталей. Эти виды обработки приме-

няют для снятия заусенцев, очистки, размерной и декоративной отделки поверхностей.

Различные методы удаления заусенцев применяют в конце технологического процесса. Распространено использование ручного механизированного инструмента: фрезерных или абразивных головок, металлических щеток, шлифовальных кругов, ленточных шлифовальных установок. Для удаления заусенцев, получения фасок и переходных поверхностей также используются металлорежущие станки.

Важную роль играет отделочная обработка торцов поверхностей зубьев зубчатых колес, так как многие колеса перемещаются вдоль вала для сцепления с другими колесами (например, коробки скоростей). Такие сцепления будут происходить без ударов и поломок зубьев, если их торцовые поверхности будут иметь скругления.

Для зачистки, очистки (например, после литья), а также упрочнения крупногабаритных деталей применяют ударные методы, при которых деталь помещают в камеру и подают на нее из сопла с помощью сжатого воздуха металлический песок, дробь, металлические или пластмассовые шарики. С помощью этих методов выполняют полирование, декоративное шлифование, упрочнение, очистку и зачистку.

Особенным методом является галтовка. Детали загружают навалом в круглые или граненые барабаны, вращающиеся вокруг горизонтальной, вертикальной или наклонной оси. Режущим инструментом служит абразивный бой, гранулированный абразив; для полирования применяют абразивные зерна, абразивные порошки, деревянные шары, обрезки кожи, войлока, мелкие стальные полировальные шарики. В процессе галтовки абразив и детали взаимодействуют, происходят многочисленные соударения, скольжение и микрорезание поверхностей. Нужно учесть, что при галтовке обрабатываются только наружные поверхности, зато значительно снижается себестоимость обработки деталей.

193

8.2 МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ ЗАГОТОВОК БЕЗ СНЯТИЯ СТРУЖКИ

Методы обработки без снятия стружки все больше применяют для деталей в связи с ужесточением эксплуатационных характеристик машин: высокой производительности, быстроходности, прочности, точности и др. Такой обработке подвергаются детали, прошедшие предварительную обработку и шлифование, в результате чего уменьшается количество отходов и упрощается обработка.

Обработка пластическим деформированием основана на использовании пластических свойств металлов, т.е. способности металлических заготовок принимать остаточные деформации без нарушения целостности металла. Отделочная обработка этими методами сопровождается упрочнением поверхностного слоя, что очень важно для повышения надежности работы деталей, которые становятся менее чувствительны к усталостному разрушению, с повышенными коррозионной стойкостью и износостойкостью сопряжений, с удаленными рисками и микротрещинами. В ходе обработки шаровидная форма кристаллитов поверхности металла изменяется, они сплющиваются в направлении деформации, образуется упорядоченная структура волокнистого характера. Поверхность заготовки принимает требуемые формы и размеры в результате перераспределения элементарных объемов под воздействием инструмента, а исходный объем заготовки остается постоянным. В зоне обработки не возникает высоких температур, поэтому в поверхностных слоях не происходят фазовые превращения.

Обработку без снятия стружки выполняют на многих металлорежущих станках и установках, используя специальные инструменты, или на специальных станках, на которых наряду с резанием заготовки обрабатывают пластическим деформированием. Эти методы используют для всех металлов, способных пластически деформироваться, но наиболее эффективны они для металлов с твердостью до 280 НВ.

195

и формой деформирующих частей (роликов, шариков). Наилучшие результаты обеспечивают инструменты, на которые силы (которые можно регулировать) передаются через упругие элементы, с помощью чего достигаются постоянные условия обработки в любой точке обрабатываемой поверхности.

Для обработки поверхностей обкатыванием и раскатыванием чаще всего используют токарные или карусельные станки, применяя вместо режущего инструмента обкатки и раскатки. Для смазки поверхностей используют веретенное масло или керосин.

Алмазное выглаживание. Оно используется для получения малой шероховатости поверхности и ее упрочнения. Сущность метода заключается в том, что оставшиеся после обработки резанием неровности поверхности выглаживаются перемещающимся по ним прижатым алмазным инструментом. Алмазы в виде полусфер, цилиндров или конусов, закрепленные в державке, не вращаются, а скользят с весьма малым коэффициентом трения.

Преимущества алмазного выглаживания состоят в повышении эксплуатационных свойств обработанных поверхностей, снижении шероховатости поверхности, отсутствии переноса на обрабатываемую поверхность посторонних частиц, возможности обработки тонкостенных деталей и деталей сложной конфигурации, простоте конструкции выглаживателей.

Заготовки преимущественно обрабатывают на станках токарной группы, только вместо резца устанавливают державку с подпружиненным наконечником с алмазом. Движения заготовки и инструмента аналогичны движениям при обтачивании.

Силы прижатия алмаза к обрабатываемой поверхности колеблются в интервале 50…300 Н. Процесс выглаживания ведут со смазыванием веретенным маслом, что примерно в 5 раз уменьшает износ алмаза по сравнению с износом его при выглаживании всухую. Применение керосина или эмульсии приводит к интенсивному износу алмаза. Число проходов инструмента не должно быть более двух.

196

Калибровка отверстий. Калибровкой повышают точность отверстий и получают поверхности высокого качества. Метод характеризуется высокой производительностью, сущность его сводится к перемещению в отверстии с натягом жесткого инструмента, размеры поперечного сечения которого несколько больше поперечного сечения отверстия. При этом инструмент сглаживает неровности, исправляет погрешности, упрочняет поверхность.

Простейшим инструментом служит шарик, который проталкивают штоком (рис. 8.4, а). Роль инструмента может выполнять также оправка-дорн (рис. 8.4, б), к которому прикладывается сжимающая или растягивающая (рис. 8.4, в) сила. Заготовки обрабатываются за один или несколько ходов инструмента с малыми (для толстостенных заготовок) либо большими (для тонкостенных заготовок) натягами. В первом случае зона пластического деформирования не распространяется на всю толщину детали, а во втором – охватывает всю деталь.

Рис. 8.4. Схемы калибровки отверстий

Шарики как инструмент не обеспечивают оптимальных условий деформирования и имеют малую стойкость. Калибрующие оправки выполняют одноэлементными, многоэлементными или сборными. Каждый из элементовпоясков имеет свой размер. Деформирующие элементы изготавливают из твердого сплава или стали, закаленных до высокой твердости.

197

В качестве смазочного материала для сталей и бронз применяют сульфофрезол, для чугунов – керосин. Отверстия калибруют на прессах (рис. 8.4, а, б) или горизонтально-протяжных станках (рис. 8.4, в). Для правильного взаимного расположения инструмента и заготовки, которую не закрепляют, обычно применяют самоустанавливающиеся приспособления с шаровой опорой.

Вибронакатывание. Для повышения износостойкости деталей машин на поверхностях трения целесообразно выдавливать слабозаметные, прилегающие друг к другу канавки, в которых будут скапливаться смазочный материал и мелкие частицы, образовавшиеся в процессе износа. Эти канавки образуются вибронакатыванием.

Упрочняющему элементу – шару или алмазу, установленному в резце-

держателе токарного станка, помимо движения подачи (рис. 8.5) специ-

альным устройством сообщают дополнительные колебательные движения ал-

маза Dа с относительно малой амплитудой. Изменяя частоту вращения заго-

товки и подачу, амплитуду и частоту колебаний, можно на обрабатываемой поверхности получить требуемый рисунок. В машиностроении распространение получили рисунки с непересекающимися канавками, с не полностью пересекающимися канавками и со сливающимися канавками.

Канавки одновременно упрочняют поверхность, характеристикой которой является общая площадь канавок в процентах от номинальной площади обрабатываемой поверхности.

В промышленности получило применение накатывание резьб, шлицевых валов, зубчатых колес, рифлений и клейм.

198

8.3 ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ И ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ

Электрофизические и электрохимические методы обработки основаны на непосредственном воздействии различных видов энергии (электрической, химической и др.) на обрабатываемую заготовку, в результате чего изменяются форма обрабатываемой поверхности и состояние поверхностного слоя. При обработке этими методами отсутствует силовое воздействие на заготовку или оно практически не влияет на суммарную погрешность обработки.

Электроэрозионная обработка. Данный вид обработки использует явление эрозии (разрушения) электродов из токопроводящих материалов при пропускании между ними импульсов электрического тока. Заготовку и инструмент, изготовленные из токопроводящих материалов, подключают к источнику тока – генератору импульсов и помещают в диэлектрическую жидкость (рис. 8.6).

Рис. 8.6. Схема процесса электроэрозионной обработки

При сближении электрода–инструмента (Э–И) и электрода–заготовки (Э– З) на расстояние в несколько микрометров (10…50 мкм) между микровыступами электродов возникает электрический разряд и образуется канал проводимости (рис. 8.6, а), где от катода к аноду движется поток электронов, навстречу которому движется поток ионов (рис. 8.6, б). Электроны имеют маленькую массу и быстрее достигают анода, поэтому энергия электрического разряда смещается ближе к поверхности заготовки. Температура электрического разря-

199

да, время протекания которого чрезвычайно мало, достигает 10 000…12 000 0С, поэтому происходит мгновенное оплавление и частичное испарение элементарного объема материала заготовки. За счет этого оплавившиеся частицы металла выбрасываются в окружающую среду (рис. 8.6, в), охлаждаются диэлектрической жидкостью и застывают в виде шариков (0,01…0,005 мм), образуя шлам – продукт эрозии. В результате на поверхностях электродов образуются углубления, глубина которых определяет шероховатость поверхности заготовки, причем на поверхности анода больше.

Следующий разряд произойдет в том месте, где расстояние между инструментом и заготовкой окажется минимальным, в результате чего образуется вторая лунка на поверхности заготовки, а при воздействии серии импульсов с анода удалится слой материала. Непрерывность процесса обеспечивается за счет автоматического сохранения постоянного зазора между электродами.

Помимо этого шероховатость обработанной поверхности характеризуется следующими показателями:

–вследствие мгновенного нагрева поверхности заготовки до температуры плавления металла и резкого охлаждения в среде диэлектрической жидкости возникают температурные напряжения, приводящие к возникновению трещин;

–за счет нагрева до высоких температур и возможного поглощения углерода из окружающей среды в поверхностном слое происходят структурные изменения и, с учетом быстрого охлаждения, твердость поверхностного слоя значительно повышается по сравнению с твердостью основного материала стальной заготовки;

–под действием высокой температуры в зоне оплавления основной материал вступает в химическую реакцию с отдельными элементами материалов электрода–инструмента и диэлектрической жидкости, что ведет к изменению химического состава поверхностного слоя.

При малой длительности импульсов (5…200 мкс) поверхности катода успевает достичь лишь малая доля ионов, следовательно, поверхность катода зна-