Клеевая технология

В последнее время склеивание как метод получения неразъемных соединений при сборке получает все более широкое распространение. Наиболее эффективно приме­нять склеивание вместо клепки. Преимуществами клеевых соединений в этом случае являются: снижение трудоемкости, отсутствие выступов на наружных поверх­ностях, обеспечение герметичности, экономия материала. В некоторых случаях, например для соединения деталей из неметаллических материалов малой толщины, склеи­вание является одним из самых надежных способов полу­чения неразъемного соединения. Наиболее часто склеи­вают те материалы, которые теряют свои свойства при нагревании и сдавливании.

Склеивание применяется для пластмасс, стекла, кера­мики, легких сплавов (алюминиевых, магниевых).

Технологический процесс получения клеевого соедине­ния в основном состоит из следующих этапов: подготов­ка поверхностей, нанесение клея, склеивание при опреде­ленных температурах, давлении и времени выдержки, очистка соединения и контроль качества.

В зависимости от материала соединяемых частей и конструктивных особенностей применяют различные клеи. Широкое распространение получили карбонильные, эпоксидные и другие клеи. Вид и качество применяемого клея оказывают большое влияние на механическую прочность соединения.

§ 18.4. Обработка конструкционных материалов резанием

К современным машинам, приборам, аппаратам предъявляются непрерывно повышающиеся требования в отношении их точности, надежности, экономичности, производительности. Выполнение этих требований в зна­чительной степени обеспечивается высокой точностью обработки и хорошим качеством поверхностей (малой шероховатостью) их деталей, высококачественной сбор­кой изделий, низкой трудоемкостью их производства.

Высокой точности и малой шероховатости поверхно­стей деталей можно достичь с помощью механической обработки резанием, т. е. обработки со снятием слоя ма­териала и образованием стружки.

В настоящее время на отечественных заводах метал­лорежущие станки составляют 50—80% от общего коли­чества оборудования.

В связи с внедрением прогрессивных процессов фор­мообразования методами пластической деформации (обработки давлением) на заводах происходит существен­ное изменение технологической структуры применяемого оборудования. В промышленном производстве непрерыв­но увеличивается удельный вес кузнечно-прессового обо­рудования при одновременном сокращении количества металлорежущих станков. В будущем их доля должна со­ставлять не более 20 — 30%. Более того, при общем со­кращении парка универсальных металлорежущих станков увеличится число высокоточных (прецизионных) станков с программным управлением, оснащенных различными автоматическими системами, обеспечивающими высокую производительность труда.

Основоположником теоретических исследований про­цесса резания является русский ученый И. А. Тиме, ко­торый в 1870 г. изложил основные законы образования стружки, разработал методы измерения сил, возникаю­щих при резании, обосновал причины вибрации при ме­ханообработке. Дальнейшее развитие теория резания по­лучила в трудах К. А. Зворыкина, А. Н. Челюсткина, И. М. Беспрозванного, В. А. Кривоухова, А. В. Панкина. Принцип работы большинства инструментов одина­ков. Режущим элементом инструмента, например резца, является клин, который под действием силы Р (рис. 18.39)

врезается в материал заготовки, пластически деформи­рует слой материала на ее поверхности, отделяет его, превращая в стружку. Размер силы зависит от главных уг­лов инструмента: главного заднего угла а, уменьшаю­щего трение инструмента с поверхностью обрабатывае­мой заготовки, переднего угла у и угла заострения р. Наличие углов определяет так называемую геометрию клина. Суммарный угол (а + Р) называется углом ре­зания 5.

Процесс резания осуществляется рабочими движения­ми. Главным рабочим движением называется то, при ко­тором образуется стружка, вспомогательным (движением подачи) — которое обеспечивает процесс резания на всей обрабатываемой поверхности.

Количественной характеристикой главного рабочего движения является скорость резания v, а вспомогательно­го — подача S, Эти две величины, а также глубина резания t, равная толщине слоя материала, снимаемого с заготовки, входят в состав режимных парамет­ров, т. е. определяют производительность и себестои­мость обработки.

При различных видах механообработки характер ра­бочих движений меняется. Например, при точении по­верхности резцом главное рабочее движение (вращатель­ное) совершает заготовка, а поступательное движение подачи - резец. При сверлении рабочие движения чаще выполняет сверло.

Правильное выполнение процессов механической обработки зависит от ряда факторов, в числе которых большое значение имеют припуски на обработку.

Припуском на обработку называется слой материала, подлежащий удалению с поверхности заготовки для по­лучения требуемого размера. Различают общий припуск на всю обработку какой-либо поверхности и межопера­ционный припуск, удаляемый в процессе определенной операции механообработки.

Размер припуска на заготовку зависит от способа ее изготовления и конфигурации, а также от требуемых точ­ности и шероховатости поверхностей готовой детали. Межоперационный припуск должен быть по величине таким, чтобы можно было исправить погрешности предшествующей обработки и неточность установки заготов­ки на данной операции технологического процесса.

Правильный выбор размера припуска имеет большое технико-экономическое значение. Завышенные припуски увеличивают расход конструкционных материалов, элек­троэнергии, ускоряют износ оборудования, режущего ин­струмента, увеличивают силы резания, а следовательно, деформацию технологической системы станок — приспо­собление — инструмент — заготовка, увеличивают тру­доемкость и стоимость обработки.

Очень малые припуски могут не обеспечить необхо­димых размеров и качества обработанной поверхности (требуемой шероховатости), что ведет к появлению брака и, как следствие, к удорожанию производства. Суще­ствует методика расчета оптимальных размеров припу­сков на обработку.

При механообработке заготовки на какой-либо опера­ции назначают межоперационный допуск, в пределах которого должен лежать действительный межоперационный размер. Погрешности формы обычно укладываются в пределы допуска на размер.

В зависимости от вида операции механообработки, формы заготовки (плоская, круглая цилиндрическая, ко­ническая, фасонная), оборудования выбирают необхо­димый режущий инструмент.

В производстве применяют большое количество ви­дов режущего инструмента, отличающегося конфигура­цией, формой режущих элементов, размерами, материа­лом инструмента.

Режущий инструмент можно классифицировать сле­дующим образом:

1. Резцы, которые по виду обработки делятся на проходные, подрезные, отрезные, расточные, галтельные и фасонные. По характеру обработки резцы делятся на обдирочные (черновые), чистовые и для тонкого точения, по конструкции головки — на прямые, отогнутые, изог­нутые, оттянутые, по технологическому назначению — на токарные, строгальные, долбежные и т. д.

2. Сверла, которые по конструкции делятся на пло­ские, или перовые; цилиндрические, которые бывают спи­ральными, или винтовыми, имеющими наибольшее при­менение; для глубокого сверления отверстий, длина которых.превышает диаметр более чем в 8 — 10 раз; коль­цевые (полые) для сверления отверстий диаметром более 100 мм в листовом материале; с прямой канавкой для сверления тонких листов, преимущественно латунных; центровочные.

3. 3енкеры, которые бывают цилиндрические (цельные и насадные), конические и торцовые.

4. Развертки, которые делятся на цилиндрические и конические, а по применению — на машинные и ручные.

5. Фрезы, которые в зависимости от назначения де­лятся на цилиндрические, торцовые, дисковые, концевые, угловые, шпоночные и фасонные.

6. Протяжки, которые по применению подразде­ляют на плоские для обработки шпоночных пазов, цилин­дрические, круглые, прямоугольные или с другой формой поперечного сечения, протяжки для наружного протяги­вания.

7. Резьбонарезной инструмент для наруж­ной резьбы — резьбовые резцы и гребенки, круглые плашки (лерки), резьбонарезные головки (радиального и танген­циального типа), плоские (клупповые) плашки, резьбовые фрезы (дисковые и гребенчатые). Кроме того, к резьбо-обрабатывающему инструменту отяосятсярезьбонакатные плашки (роликовые и плоские), с помощью которых на­ружную резьбу получают без снятия стружки;

для внутренней резьбы — резьбовые резцы и гребенки, метчики, резьбовые концевые фрезы (для нарезания резьб в отверстиях больших диаметров).

8. Зуборезный инструмент, к которому отно­сятся дисковые и пальцевые зуборезные фрезы, червячные фрезы, долбяки, резцы, дисковые и реечные фрезы для обработки конических зубчатых колес, шевера.

9. Абразивный инструмент: шлифовальные круги различной формы, абразивные бруски, головки, сегменты.

Лезвийные инструменты, входящие в первые 8 групп, изготовляются из различных материалов, рассмотренных в гл. 17.

Для изготовления абразивного инструмента исполь­зуют различные абразивные материалы в виде зерен с острыми гранями достаточно твердых, чтобы резать металл, обладающих необходимой вязкостью, обеспечивающей сопротивляемость скалывающим силам, возни­кающим в процессе резания. Абразивные материалы де­лятся на естественные и искусственные. К естественным

вносятся алмаз, корунд, гранат, кварц и др. Они находят малое применение из-за неоднородности свойств, а алмаз - вследствие высокой стоимости. Искусственными абразивными материалами являются синтетический алмаз, электрокорунд, карбиды кремния и бора, оксид хрома, эльбор (нитрид бора) и др.

Алмаз является самым твердым материалом, обла­дающим высокой красностойкостью и износостой­костью. Однако он весьма хрупок. Его нельзя применять при наличии больших вибраций и резких изменений сил резания.

Синтетические алмазы выпускаются разных марок, например АСО, АСП, АСВ. Для оснащения режущих ин­струментов используют кристаллы алмаза размером 1—2 мм. В операциях доводки твердых материалов (твердых металлокерамических сплавов и др.) применяют алмазные порошки.

Абразивный инструмент изготовляют на основе из­мельченных абразивных материалов, скрепляемых связуемым веществом (из керамики, вулканита или бакели­та).

Твердость абразивных зерен оценивается по минера­логической шкале. Качество обработанной поверхности (шероховатость) зависит от зернистости абразивных ма­териалов, т. е. от размера зерен. Обработка мелкозер­нистыми кругами обеспечивает лучшее качество поверх­ности.

На технико-экономические характеристики обработки абразивным инструментом влияет его твердость. Твер­достью шлифовального круга называется сопротивление связки к выкрашиванию абразивных зерен. По стандарт­ной шкале предусмотрены семь степеней твердости абра­зивного инструмента (ГОСТ 3751-47) —от мягкой (М) до чрезвычайно твердой (ЧТ). Для конкретного процесса обработки следует выбирать оптимальную твердость. За­ниженная твердость приводит к ускоренному износу ин­струмента, а слишком высокая — к ухудшению качества и к прекращению процесса резания из-за засаливания по­верхности инструмента.

Классификация технологических методов обработки заготовок на металлорежущих станках со снятием струж­ки представлена на схеме (рис. 18.40).

Механообработку ведут на различных металлорежу­щих станках: токарных, сверлильных, фрезерных и др. В основу классификации металлорежущих станков в СССР положен технологический принцип. На его осно­ве разработана классификационная схема, в которой все серийно выпускаемые станки разделены на 10 групп, каждая из которых включает 10 типов станков. В свою оче­редь все типы станков подразделяются на 10 типоразме­ров.

Каждому станку присваивается буквенно-цифровое обозначение, например 1Д62М. Первая цифра характери­зует группу станков, цифра 1 означает токарную группу станков, 2 — сверлильную, 3 — шлифовальную и т. д.; буква после первой цифры означает, что станок по отно­шению к базовой модели модернизирован, а последняя буква указывает на модификацию основной модели. Цифры в середине обозначения показывают одну из ос­новных технических характеристик станка.

Отечественное станкостроение непрерывно увеличи­вает количество выпускаемых металлорежущих станков и повышает их качество. На XXVI съезде КПСС принято решение: в одиннадцатой пятилетке производительность новых станков должна быть повышена в 1,3 — 1,6 раза, а их точность возрасти на 20-30%.

Обработка наружных поверхностей тел вращения

Наружные поверхности заготовок валов, осей, втулок и т. п., представляющих тела вращения, обрабатывают на станках различных групп и типов: токарных, револь­верных, лобовых, карусельных, токарных автоматах и др. Окончательная обработка наружных поверхностей вы­полняется на шлифовальных и иных станках, предназна­ченных для чистовой обработки. Детали, представляю­щие тела вращения, можно изготовлять непосредственно из проката (прутков) или отдельных заготовок - отливок, поковок, штамповок или заготовок, полученных рез­кой или разрубкой прутков.

Наружные поверхности обрабатывают на токарных и токарно-винторезных станках, устанавливая заготовки в трех- или четырехкулачковых патронах шиг центрах, проходными резцами (рис. 18.41, а). Перед установкой за­готовок в центрах их предварительно центруют с двух торцов. В крупносерийном производстве центровку вы­полняют на специальных станках комбинированными сверлами и получают отверстия для установки в них центров станка.

Для повышения производительности труда осуществ­ляют многорезцовое обтачивание наружных поверхно­стей с продольной подачей без поперечного врезания (рис. 18.41,6) и реже с продольной подачей и поперечным врезанием (рис. 18.41, в).

На токарных станках обрабатывают торцовые по­верхности заготовок подрезными резцами. При этом суп­порт станка с резцом осуществляет поперечную подачу S_u к центру (рис. 18.41, г) или от центра заготовки.

Наружные поверхности в виде канавки обрабатывают прорезными резцами с поперечной подачей S_п (рис. 18.41, д).

Основными частями токарно-винторезного станка (рис. 18.42) являются станина 3, устанавливаемая на двух тумбах — передней 2 и задней 1; передняя бабка 5, пред­назначенная для установки заготовки и сообщения ей главного рабочего (вращательного) движения. В передней бабке расположены коробка скоростей и шпиндель. Шпин­дель станка пустотелый и монтируется в подшипниках. Коробка подач 4, в которой установлены механизмы, передающие движения к ходовому валику и ходовому винту. Механизм фартука 9 преобразует вращение ходо­вого винта или ходового валика в поступательное движе­ние каретки 6. Суппорт 8 передает резцу, установленному в резцедержателе 7, продольную или поперечную подачу. В задней бабке 10 устанавливается задний центр для под­держания заготовки (при обработке в центрах) или от­дельные инструменты - сверла, развертки и др.

Норма времени, потребная для выполнения процесса обработки заготовки, является одним из основных фак­торов, влияющих на себестоимость изделия.

Заработную плату, входящую в себестоимость еди­ницы продукции, рассчитывают исходя из значения штуч­но-калькуляционного времени t_штк, которое определяют по формуле

где t_штк — норма штучного времени, мин; Т_п-з — подгото­вительно-заключительное время на партию, мин; п — ко­личество обрабатываемых заготовок в партии. Норма штучного времени рассчитывается по формуле

где t_o — основное технологическое время, связанное не­посредственно со снятием стружки, мин; t_ВСП — неперекрываемое вспомогательное время, затрачиваемое на уста­новку и снятие заготовки со станка и на управление

станком, например время подвода резца к заготовке, включения подачи, переключения рукояток частоты вра­щения и т. д., мин; t_o6c — время технологического и орга­низационного обслуживания рабочего места, значение ко­торого составляет определенную часть оперативного времени t_oп = t_o + t_всп; t_nep — время перерывов на отдых, которое берется как часть оперативного времени. Тогда

где а и Ь — нормы времени обслуживания и перерывов в процентах от нормы оперативного времени.

Все элементы штучно-калькуляционного времени, за исключением основного технологического времени, опре­деляются по нормативам.

Основное технологическое время рассчитывается по формуле

где L - расчетная длина пути инструмента (или заготов­ки) в направлении подачи, мм (см. рис. 18.41,a); S_M - ми­нутная подача инструмента, мм/мин, S_M = S_on; S_o - подача инструмента, мм/об; п — частота вращения заготовки, об/мин; / — длина обработки по чертежу, мм (см. рис. 18.41,a); i — число проходов, i = h/t; h — припуск на обработку, мм; t — глубина резания, мм; х — размер перебега инструмента, мм; у — размер врезания, мм,

где ф — главный угол в плане резца.

Основное технологическое время можно уменьшать, в основном повышая скорость резания v, находящуюся в прямой зависимости от частоты вращения п заготовки или инструмента, и подачу S, а также ведя обработку за­готовки одновременно несколькими инструментами (см. рис. 18.41, б, в).

Увеличение скорости резания ограничивается стой­костью инструмента Т, зависящей от материала инстру­мента и заготовки, наличия искусственного охлаждения инструмента (эмульсией, веретенным маслом и другими охлаждающими средствами). Под стойкостью инстру­мента понимается период времени его работы между двумя переточками. Для проходных резцов из быстроре­жущей стали принимают Г = 60 мин; для резцов, осна­щенных пластинками из твердых сплавов, Т = 90 мин. Вспомогательное время можно сократить, применяя различные механизмы, позволяющие автоматизировать процессы установки и снятия заготовок, а также приемы управления станком (включение, подвод инструментов и др.), например упоры и конечные выключатели, бункера для подачи штучных заготовок, копиры, шаблоны (для единичного и мелкосерийного производств), другие устройства, относящиеся к системе механического ввода программного управления.

На лобовых станках, относящихся к группе то­карных, обрабатываются заготовки большой массы при отношении диаметра к их длине, равном 8 — 10. В этих станках отсутствует задняя бабка. Заготовки закрепляют­ся на шпинделе станка с помощью чугунных планшайб, имеющих диаметр 800, 1000 и 1200 мм и представляю­щих собой двухступенчатые диски с внутренней резьбой для закрепления их на шпинделе станка. Установка заго­товок на лобовых станках трудоемка, а размеры загото­вок ограничиваются прочностью, жесткостью шпинделя и других конструктивных элементов станка.

На карусельный станок, имеющий горизон­тальный стол с планшайбой, можно устанавливать заго­товки большой массы. Предельные размеры планшайб карусельных станков 0,8 — 25 м. Такие станки снабжены вертикальными и лобовыми суппортами (от 2 до 10), что позволяет снижать трудоемкость обработки заготовок, применяя одновременно несколько резцов.

Обтачивание наружных поверхностей можно осуще­ствлять на специальных многорезцовых станках, снаб­женных 2 — 4 суппортами, на которые можно устанавли­вать по нескольку резцов. Суппорты могут осуществлять продольную и поперечную подачи. Такие станки обла­дают повышенной прочностью, жесткостью, имеют боль­шую мощность. Они требуют сложной наладки инстру­ментов по эталонной детали или шаблонам.

Многорезцовые токарные станки применяют для обработки заготовок гладких и ступенчатых валов в се­рийном и массовом производствах. Эффективность при­менения их возрастает с увеличением объема выпуска изделий (годовой программы).

Револьверные станки применяют в серийном и массовом производствах для обработки заготовок с использованием большого числа режущих инструментов, уста­новленных на суппорте и ре­вольверной головке. Револь­верные головки могут быть сменными, что позволяет хра­нить их с инструментами, на­строенными для обработки раз­личных заготовок.

Револьверные станки обыч­но выпускаются двух типов: с круглой револьверной головкой, имеющей горизонтальную ось вращения; с многогранной (чаще шестигранной) револьверной го­ловкой, имеющей вертикальную ось вращения.

Последний тип станков снабжается одним или двумя суппортами, благодаря чему их часто называют токарно-револьверными.

Режущие инструменты устанавливают и закрепляют в цилиндрических гнездах револьверных головок, число которых равно от 6 (в шестигранных головках) до 16 (в круглых головках).

В процессе обработки револьверную головку повора­чивают, и инструмент поочередно вступает в работу. Иногда в одно гнездо головки устанавливают державку, несущую несколько инструментов (рис. 18.43).

Предварительной наладкой револьверных станков и исключением замены инструмента в процессе работы обеспечивают высокую производительность труда.