5. Виды и методы чистовой отделочной обработки наружных поверхностей

Для получения точной и чистой, окончательно отделанной наружной цилиндрической поверхности применяются в зависимости от предъявляемых требований и характера детали различные виды чистовой отделочной обработки. К числу их относятся: тонкое (алмазное) точение, шлифование, суперфиниширование, притирка, полирование, обкатывание роликами и др.

5.1 Тонкое (алмазное) точениеприменяется, главным образом, для отделочнойобработки деталей из цветных металлов и сплавов (алюминиевых и магниевых сплавов, бронзы, латуни и т.п.) и отчасти для деталей из чугуна и стали. Объясняется это тем, что шлифование цветных металлов значительно труднее, чем стали и чугуна,вследствие быстрого засаливания шлифовального круга. Кроме того, обработка алмазными резцами стальных и чугунных деталей пока еще значительно менее эффективнее, чем деталей из цветных сплавов.

Инструмент.При тонком точении обработка производится алмазными резцами или резцами, оснащенными твёрдыми сплавами - последние в ряде случаев заменяют резцы. Метод алмазного точения сохранил свое название и при замене алмазных резцов резцами из твердых сплавов, но с режимами резания, примерно такими же, какие применяются для алмазных резцов и характеризуются высокими скоростямирезания при малой подаче и малой глубине резания.

Наинизшая шероховатость поверхности обеспечивается при малых подачах порядка 0,02-0,04 мм. Глубина резания в пределах 0,025-0,15 мм незначительновлияет на шероховатость поверхности. Скорость резания в зависимости от обрабатываемого материала составляет от 100 до 1000 м/мин, а иногда и выше.

Оборудование. Станки для алмазной обработки (токарные, алмазно-расточные) должны быть жесткими, точными, высокоскоростными, с хорошо отбалансированными вращающимися деталями с кинематикой движений, обеспечивающих высокие числа оборотов шпинделя (до 8000 об/мин) и небольшиевеличины подачи.

Возможности. При соблюдении этих требований алмазным точением достигается точность обработки 6-го квалитета и выше и 0,62-0,16 шероховатости поверхности.

В оптическом приборостроении алмазное точение применяют как декоративное. Уменьшая шероховатость поверхностей, декоративное точение заменяет процесс полирования.

Производительность обработки деталей при тонком точении выше, чем при шлифовании.

Стойкость алмазных резцов обычно выше стойкости твердосплавных резцов в десятки раз. Себестоимость обработки деталей алмазными резцами в среднем в 1,5-2 раза меньше, чем твердосплавными, и в 3-4 раза меньше, чем резцами из быстрорежущей стали.

5.2 Алмазное выглаживаниеявляется одним из методов отделочно-упрочняющейобработки поверхностным пластическим деформированием и заключается в пластическом деформировании обрабатываемой поверхности скользящим по ней инструментом - выглаживателем, который предоставляет сферической или цилиндрической формы алмаз, закрепленный в оправке. При выглаживании рабочаячасть алмаза контактирует при определенном давлении с вращающейся деталью при поступательном перемещении выглаживателя, происходит сжатие и пластическое деформирование поверхностного слоя металла детали. При этом неровности поверхности, оставшиеся после предшествующей обработки, сглаживаются частично или полностью, и поверхность приобретает зеркальный блеск, повышается твердостьповерхностного слоя, поверхность остается чистой, не шаржированной осколками абразивных зерен, что происходит при процессах абразивной обработки.

Обычная кинематика выглаживания - вращение детали и продольная подача инструмента, на токарных станках с повышенной точностью и жесткостью.

Особенностью алмазного выглаживания является применение в качестве деформирующего элемента алмаза, который обладает следующими свойствами: чрезвычайно высокой твёрдостью, низким коэффициентом трения по металлу, высокойстепенью чистоты, с которой может быть отполирован алмаз, высокой теплопроводностью.

Высокая твердость алмаза дает возможность обрабатывать почти все металлы, поддающиеся пластической деформации, как мягкие, так и закаленные до твердости НРС 60-65. Из-за малой силы выглаживания (5-25 кгс) можно обрабатывать тонкостенные и маложесткие детали.

Выглаживание производится для уменьшения шероховатости поверхности (отделка), упрочнения поверхностного слоя и повышения точности размеров и формыдеталей (калибрование). Наиболее часто выглаживание применяется как отделочно-упрочняющая операция для ответственных поверхностей деталей.

Основные способы обработки выглаживанием. Существуют два способа выглаживания - с жестким и упругим закреплением инструмента.

Выглаживание с жестким закреплением инструментаосуществляется при жесткой кинематической связи между инструментом и деталью, также, как, например,при точении. Выглаживатель закрепляют на станине подобно резцу, и положение его относительно обрабатываемой детали определяется только кинематикой станка и упругостью системы СПИД. При обработке выглаживатель внедряется в обрабатываемую поверхность на определенную величину, которая зависит от пластичности обрабатываемого материала, шероховатости поверхности и радиуса выглаживателя и колеблется от нескольких микрон до нескольких сотых миллиметра.

Достоинством способа с жестким закреплением выглаживателя является возможность повышения точности размеров и формы обрабатываемой детали путем перераспределения объемов пластически деформированного металла и возможностьобработки прерывистых поверхностей.

Однако, при жестком закреплении выглаживателя из-за биения обрабатываемой детали величина внедрения выглаживателя и, следовательно, сила выглаживания могут колебаться в значительных пределах. В результатенеравномерного давления на обрабатываемую поверхность последняя имеет неодинаковую шероховатость и неоднородность по физико-механическим свойствам. Поэтому при жестком выглаживании предъявляются высокие требования к точности установки детали и инструмента.

Выглаживание с упругим закреплением инструмента - более простой и удобный способ, при котором инструмент упруго прижимается к обрабатываемой детали с помощью пружины или иными способами. Сила прижатия выглаживателя к детали, зависящая от пластичности обрабатываемого материала, шероховатости поверхности и радиуса выглаживателя, легко контролируется и поддерживается постоянной в процессе обработки. При этом нет жесткой кинематической связи между деталью и выглаживателем, и положение последнего относительно деталиопределяется самой обрабатываемой поверхностью.

При упругом закреплении выглаживателя погрешности формы детали копируются и не исправляются. Происходит только сглаживание шероховатости и упрочнение поверхности. Достоинством этого способа выглаживания является простота настройки и сравнительно невысокие требования к точности и жесткости станков и обрабатываемых деталей.

Обрабатываемые детали и материалы. Алмазным выглаживанием можно обработать почти все применяющиеся в промышленности материалы и сплавы, поддающиеся пластической деформации в холодном состоянии - закаленные и незакаленные стали, цветные металлы, хромированные, никелированные и другие детали. Исключением являются титан, цирконий и ниобий, которые при выглаживанииинтенсивно налипают на рабочую часть выглаживателя.

Выглаживанием можно обрабатывать наружные и внутренние цилиндрические и конические поверхности, плоскости и некоторые виды фасонных поверхностей.

Однако не во всех случаях можно применять этот метод. Алмазное выглаживание чувствительно к неравномерной твердости, которая является следствием некачественной термической обработки.

Вследствие хрупкости алмаза затруднительна обработка прерывистых поверхностей – со шпоночными канавками, шлицами, поперечными отверстиями, так как при этом возникают ударные нагрузки, которые могут вызвать сколы рабочей поверхности алмаза.

Выглаживание поверхностей, имеющих поперечные канавки, затруднений не представляет.

Затруднительно выглаживание цилиндрических поверхностей с упором в торец. В этом случае необходимо предусмотреть канавки или допускать невыглаженный участок шириной 2-3 мм, прилегающий к торцу.

Режимы выглаживания.Эффективность применения алмазного выглаживанияво многом зависит от условий и режимов обработки.

Часто выглаживание является окончательной операцией, поэтому ей должна предшествовать чистовая обработка, обеспечивающая точность размеров и формы детали. Исходная шероховатость перед выглаживанием деталей из закаленных сталей должна быть не ниже 6,3 мкм - незакаленных сталей и цветных сплавов - не ниже 20 мкм..

Выбор формы рабочей части выглаживателя - сферической или цилиндрической - зависит от обрабатываемой поверхности. Выглаживатели сферической формы являются более универсальными, так как ими можно обрабатывать наружные и внутренние поверхности и плоскости. Выглаживателицилиндрической формы применяются только для обработки наружных цилиндрических поверхностей вращения, при этом они обеспечивают более высокоекачество поверхности и менее склонны к вибрациям. Поэтому при обработкенаружных цилиндрических поверхностей применяют цилиндрические выглаживатели, а во всех остальных случаях - сферические.

При выглаживании обычно применяют скорости до 150 м/мин. Оптимальная величина подачи, обеспечивающая хорошее качество поверхности и малую шероховатость, находится в пределах 0,02-0,06 мм/об при выглаживании закаленных сталей, 0,02-0,08 мм/об - для незакаленных сталей, 0,02-0,15 мм/об - для алюминиевых сплавов.

Производительность и экономическая эффективность выглаживания. Производительность определяется подачей и скоростью обработки, поэтому эти параметры выбираются возможно большими в пределах, обеспечивающих требуемое качество поверхности.

При выглаживании на токарном станке стальных деталей минутная производительность составляет 30-60 мм длины детали, т.е. такая же, как и при тонком точении. Однако следует учитывать, что алмазное выглаживание обеспечивает более чистые поверхности (0,8 – 0,2 мкм), чем тонкое точение. Трудоемкость алмазного выглаживания деталей, изготовленных из закаленных сталей, меньше трудоемкости суперфиниша, тонкого шлифования и т.п. при требуемой шероховатости 1,6 – 0,8 мкм- на 10-20%, а при шероховатости поверхности 0,4 – 0,2 мкм - на 15-30%.

Технологические затраты на операцию алмазного выглаживания невелики. Это связано с тем, что для ее выполнения не требуется дорогостоящего оборудования, приспособления просты и дешевы, а инструмент хотя и дорогой, но обладает большой стойкостью.