Обработка металла

Токарная обработка

Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

11.1. Доводка поверхностей деталей

Отделочную обработку на токарных станках производят в тех случаях, когда необходимо повысить точность и качество обработанной поверхности. Это достигается тонкой пластической деформацией, доводкой, накаткой и другими способами. Доводку применяют для повышения точности и снижения шероховатости обработанной поверхности. Эта отделочная операция обеспечивает точность геометрической формы обрабатываемой поверхности до 0,1—0,3 мкм с шероховатостью Ra —0,04^-0,02 мкм. Тонкая пластическая деформация обработанной поверхности алмазным выглаживанием снижает шероховатость до значений 0,02—0,16 мкм при незначительном упрочнении поверхностного слоя, при обкатывании #a = 0,4-f-0,05 мкм, но при этом наклепанный слой металла распространяется в глубину до 3 мм, чем обеспечивается повышение твердости обработанной поверхности до 30 %. Доводка или притирка заключается в том, что съем металла с обработанной поверхности производится абразивными зернами,      свободно      распределенными

в пасте или суспензии, при перемещении притира или доводника.

Притирка и доводка могут быть абразивной, химико-механической и электрохи-мико-механической. При абразивной обработке используют абразивные инструменты, пасты и суспензии на основе абразивного материала, твердость которого значительно выше твердости обрабатываемого материала. При абразивной доводке абразивные зерна, находясь между деталью и притиром, вдавливаются в поверхность притира, твердость которого ниже обрабатываемой поверхности. При взаимном перемещении детали и притира абразивные зерна, закрепившись в поверхностном слое притира, снимают тончайшие стружки с обрабатываемой поверхности детали.

При химико-механической доводке под действием кислот, входящих в состав паст, на поверхности детали образуется пленка из химических соединений, которая удаляется абразивными зернами при перемещении притира.

Электрохимико-механическую обработку применяют в основном для отделки твердосплавного режущего инструмента и жаропрочных материалов.

Для доводки и притирки деталей применяют различные пасты, многие из них изготовляют на предприятиях из карбида кремния и электрокорундов.

Различают следующие виды притирки: грубую с применением шлифпорошков зернистостью 25—63, при которой обеспечивается шероховатость обработанной поверхности Ra = 0,80 -=-0,40 мкм, предварительную — микропорошками зернистостью М20—М40 для достижения шероховатости обработанной поверхности 0,16— 0,63 мкм, получистовую — с применением микропорошков зернистостью М10—М14 для достижения 0,08—0,16 мкм и окончательную — микропорошками с зернистостью Ml—М5 для достижения Ra = 0,02-г 0,04 мкм.

На результаты доводочных операций существенное влияние оказывают притиры. Их изготовляют из стали, чугуна, меди, бронзы, твердых и вязких пород дерева и др. Наиболее распространены притиры из чугуна. Они должны иметь плотную и однородную структуру в сечениях по всем направлениям. Твердость притиров НВ 190—230.

Стальные притиры по сравнению с чугунными имеют более высокие показатели по износостойкости и прочности и низкую шаржируемость. Их применяют при доводке эльборовыми и алмазными пастами.

Чем мельче зернистость эльборовых и алмазных паст, тем мягче должен быть материал притира. Окончательные операции доводки осуществляют притирами из текстолита, цветных металлов, самшита, липы и др. Применяют также составные притиры, набранные из материалов разной твердости. Изготавливают притиры для черновой и чистовой обработки. Первые имеют углубления для размещения пасты и снятого материала, вторые их не имеют.

Притиры для доводки отверстий изготовляют в виде втулок, насаженных на оправки. Применяют регулируемые и нерегулируемые притиры. Нерегулируемые притиры с постоянным наружным диаметром применяют для доводки отверстий малых диаметров, конических и резьбовых поверхностей. Регулируемые притиры имеют разрезную рубашку с внутренним конусом и разжимное устройство, которое при осевом перемещении внутри рубашки притира может увеличивать диаметр притира (11.1). Начальный диаметр притира обычно на 0,005—0,03 мм меньше обрабатываемого отверстия. Длина рабочей части поверхности притира составляет для сквозных отверстий 1,2—1,5 глубины обрабатываемого отверстия, а для глухих отверстий — меньше его глубины. При обработке точных отверстий биение притира на оправке должно быть не более 0,01 — 0,2 мм, а отклонение от цилиндричности — не более 0,005—0,01 мм.

Если к точности обработки не предъявляют высоких требований, применяют упругие притиры. Упругие притиры могут быть изготовлены из навитой проволоки и пластинчатые.

Притиры для доводки наружных поверхностей деталей выполняют в виде колец и дисков. Форма кольца-притира должна соответствовать форме наружной поверхности обрабатываемой детали. Для черновой обработки диаметр кольца должен быть на 0,1—0,15 мм, а для чистовой — на 0,03—0,08 мм больше наружного

диаметра обрабатываемой заготовки. Кольца-притиры бывают разрезные и неразрезные. Чтобы разрезное кольцо-притир можно было регулировать, в процессе доводки применяют держатели, конструкция которых позволяет изменять диаметр кольца-притира.

При доводке внутренних и наружных поверхностей деталей применяют притиры, в которых закреплены абразивные бруски или ленты с нанесенным абразивным слоем.

На токарных станках обрабатываемую заготовку 3 обычно закрепляют в цанге или патроне 4 (11.2) станка, а возвратно-поступательное движение притира / осуществляют вручную. Для создания необходимого натяга между обрабатываемой поверхностью и рабочей поверхностью притира имеется обойма 2, перемещаемая по наружной конической поверхности притира 1. Для лучшего удержания притира в руке на поверхности обоймы 2 имеется накатка. В процессе обработки притир плавно перемещают вдоль вращающейся детали. При этом "между притиром и деталью создают небольшой натяг. При таком способе обработки обеспечивается геометрическая точность поверхности детали в пределах 0,5—2 мкм с шероховатостью поверхности по Ra 0,02-0,04 мкм.

Доводка может включать несколько операций, количество которых зависит от требований к точности и шероховатости поверхности. Если требуемая точность об-

работки 3—5 мкм и Ra 0,16 мкм, то доводку выполняют за одну операцию с припуском, равным 0,03—0,05 мм. Если точность обработки 1—2 мкм и Ra 0,08 мкм, доводку осуществляют за две операции; причем припуск на вторую операцию составляет 0,01—0,03 мм.

Для обеспечения стабильности процесса доводки распределение размеров партии деталей на каждой операции не должно превышать 0,2—0,3 припуска. Это обеспечивается предварительной сортировкой деталей по размерам.

Давление оказывает значительное влияние на эффективность доводки. Установлено, что при увеличении давления от 0,25 до 0,3 МПа и выше рост производительности снижается. Наиболее рациональное давление в пределах 0,1 — 0,2 МПа при предварительных и 0,05— 0,1 МПа и ниже на окончательных операциях    доводки    деталей    из    закаленных сталей. При обработке деталей из незакаленных и мягких материалов давление снижают в 2—3 раза. Интенсивность давления к концу операции должна уменьшаться.

Производительность обработки возрастает с увеличением скорости рабочего движения до 200 м/мин. При этом увеличение скорости рабочего движения может отразиться на снижении точности и привести к нагреву обрабатываемой поверхности. На предварительных операциях скорость рабочего движения составляет 40—120 м/мин, на окончательных—15— 30 м/мин и ниже. Скорость возвратно-поступательного движения доводника относительно  обрабатываемой   поверхности

выбирают в пределах 0,2—0,4 скорости рабочего движения.

Для измерения размера отверстия применяют индикаторные нутромеры (11.3). Прибор вводят в измеряемое отверстие корпусом 4 с измерительными наконечниками; регулируемым 5 и подвижным /, который связан рычагами внутри держателя 2 с индикатором 3. При измерении индикаторный нутромер следует покачивать, с тем чтобы найти наименьшее показание, соответствующее размеру отверстия в измеряемом сечении детали.

Для измерения наружного диаметра детали применяют рычажные скобы. Индикаторную скобу 9 (11.4) устанавливают на детали так, что измеряемая поверхность располагается между пяткой 12 регулируемого измерительного наконечника, который фиксируется винтом 10 и защищается колпачком //, и подвижным измерительным наконечником 2. Последний прижимается к измеряемой поверхности пружиной 3. Положение детали относительно измерительных наконечников определяется подвижным упором /, который закрепляется винтом 7. При установке скобы на деталь подвижный наконечник отводится арретиром 6. При измерении диаметра детали перемещение подвижного наконечника передается индикатору 4, который крепится в скобе винтом 5. Чтобы исключить влияние теплоты на результат измерения, скоба снабжена накладками 8.

11.2. Выглаживание

поверхностей деталей.

Алмазное выглаживание

Выглаживание заключается в пластическом деформировании обработанной поверхности скользящим по ней инструментом с целью уменьшить или полностью сгладить неровности поверхности от предшествующей обработки. При этом уменьшение шероховатости поверхности детали сопровождается повышением твердости ее поверхностного слоя. После каждого оборота обрабатываемой детали след от инструмента перемещается в осевом направлении на подачу (11.5, а). Так как ширина канавки от инструмента больше

подачи, то происходит многократное перекрытие следов от инструмента.

Применяют также выглаживание с наложением на инструмент возвратно-поступательных , перемещений — вибровыглаживание (11.5, б). В результате на поверхности детали образуется синусоидальный след. Различные сочетания соседних следов создают на обрабатываемой поверхности различные комбинации пересекающихся следов (11.6, а—д). Следует стремиться, чтобы на поверхности детали следы от инструмента располагались паралелльно, т. е. совпадали по фазе, или были направлены навстречу друг другу, находились в противофазе. Это условие достигается в том случае, когда отношение i — N/n, где N — число двойных ходов инструмента, an — частота вращения детали, является целым числом (например, t = 58, 11.6, а) или целым числом  с  половиной   (например,  г = 58,5, 11.6, в). Промежуточные значения i дают искаженную сетку (11.6, б). Плотность расположения следов сетки на поверхности детали также зависит от отношения K=N/S, где N — число двойных ходов инструмента и S — подача. При увеличении значения К плотность следов на поверхности детали увеличивается (11.6, г).

Выглаживание производят инструментом со сферической рабочей частью (11.7). Сферическая форма рабочей части инструмента является более универсальной, так как позволяет обрабатывать наружные и внутренние поверхности деталей. Инструмент для выглаживания представляет собой металлическую оправку с закрепленной в ней рабочей частью из природного и синтетического алмаза. Стойкость природных и синтетических кристаллов алмаза примерно одинакова и в зависимости от свойств обрабатывае-

мого материала, раоочеи части инструмента и режимов обработки.

Решающее значение на качество обработки оказывает влияние шероховатости рабочей части инструмента. Заточку и доводку выглаживающего инструмента производят на специальном станке. Шероховатость поверхности рабочей части инструмента должна быть /?а = 0.02 мкм. Угол заточки инструмента зависит от максимального угла наклона инструмента и обычно составляет 120°. Для обработки криволинейных и фасонных поверхностей угол уменьшают до 90—100°. Могут применяться и специальные формы заточки.

Выглаживание поверхностей производят на деталях из стали средней твердости и цветных металлов и сплавов, исходная шероховатость которых не более Ra = = 2,5-^3 мкм, а также из закаленных сталей с исходной шероховатостью не более 0,8—1,2 мкм. При более грубых поверхностях, как правило, не происходит полного сминания микронеровностей поверхности.

В зависимости от твердости обрабатываемого материала выбирают необходимый радиус сферы выглаживающего инструмента. Для деталей из мягких сталей и цветных сплавов радиус сферы инструмента находится в пределах 2,5—3,5 мм, для деталей средней твердости— 1,5— 2,5 мм, для деталей из высокопрочных сталей (HRC>60) — 1,0—1,5 мм. Шероховатость выглаженной поверхности без следов предшествующей обработки составляет Ra = 0,02 ч-0,16 мкм.

В зависимости от обрабатываемого материала назначают силу выглаживания, т. е. силу Р, с которой инструмент прижимается к обрабатываемой поверхности.

Для выглаживания деталей из материалов средней твердости сила прижима равна не более 100—150 Н, а из высокопрочных материалов — не более 200—250 Н. Увеличение силы выглаживания выше указанных пределов снижает стойкость инструмента и может вызвать ухудшение качества поверхности.

Качество поверхности зависит также от подачи инструмента. При изменении подачи от 0,02 до 0,10 мм/об шероховатость поверхности возрастает, при этом остаточная пластическая деформация ее уменьшается. Наименьшее значение шероховатости достигается при подачах 0,02— 0,04 мм/об, с уменьшением которых шероховатость изменяется незначительно, так как происходит перенаклеп поверхности. При увеличении подач от 0,08 до' 0,10 мм/об и выше шероховатость поверхности изменяется также незначительно.

Шероховатость поверхности зависит от числа рабочих ходов выглаживающего инструмента и уменьшается в основном во время первого рабочего хода. С увеличением числа рабочих ходов до двух-трех шероховатость уменьшается, но незначительно, так как повторные ходы приводят к упрочнению обрабатываемой поверхности. При дальнейшем увеличении числа рабочих ходов происходит перенаклеп обрабатываемой поверхности и ее шероховатость возрастает. Поэтому целесообразно ограничиваться одним рабочим ходом.

Скорость выглаживания мало влияет на шероховатость обработанной поверхности. Рабочий диапазон скоростей находится в пределах 16—120 м/мин. Дальнейшее увеличение скорости выглаживания приводит к росту шероховатости и при значе-

ниях 200 м/мин и более приводит к перегреву алмаза и повышенному его изнашиванию. При работе в этом диапазоне скоростей необходима обильная подача СОЖ в зону выглаживания. При выглаживании заготовок из черных металлов и сплавов применяют индустриальное масло И-20А, а из цветных металлов и сплавов — керосин. Используют также специальные составы СОЖ-

Алмазное выглаживание можно выполнять двумя способами: жестким и упругим. При жестком выглаживании инструмент закрепляют на станке подобно резцу и во время обработки подают на заданную величину (3—7 мкм) в направлении детали. Жесткое выглаживание не получило широкого распространения из-за высоких требований к биению обрабатываемой поверхности относительно оси вращения, а также к жесткости системы станок — приспособление — инструмент — деталь.

Отличительной особенностью упругого выглаживания  является  обеспечение  по-

стоянства заданной силы выглаживания независимо от погрешностей изготовления и установки детали. Применяемые конструкции приспособлений для упругого выглаживания должны позволять регулировать силу выглаживания в широких пределах.

Приспособления с силовыми элементами в виде винтовых пружин регулируют силу выглаживания с меньшей погрешностью. Сила выглаживания создается пружиной сжатия 5 (11.8, а) и передается на инструмент 8 через плунжер 6. Усилие сжатия пружины создается поворотом маховика 2, который перемещает шток 3 и упор 4, и контролируется по шкале, нанесенной на хвостовик корпуса приспособления. Плунжер 6 может свободно перемещаться относительно втулки 7, навернутой на корпус 1.

Для обработки внутренних поверхностей вместо втулки 7 с плунжером 6 устанавливают переходник 13 со штоком 12. Сила выглаживания от пружины передается на инструмент 9 через шток 12 и рычаг   11,   который   может   поворачиватвся вокруг оси 10.

 Для обработки различных поверхностей может применяться приспособление с пружиной растяжения (11.8, б), в котором сила выглаживания от пружины 21 передается инструменту 14 через серьгу 16 и рычаг 15, который поворачивается относительно оси 17 корпуса 18. Регулируется сила выглаживания тягой 20, тарированное перемещение которой обеспечивается гайкой 19. Могут применяться и приспособления, у которых сила выглаживания создается не силой упругости пружин, а пневматическими, гидравлическими, электрическими и другими устройствами. Для вибрационного' выглаживания применяют устройства, имеющие привод для создания возвратно-поступательного перемещения инструмента. В устройстве (11.9) вращательное движение электродвигателя 10 преобразуется в возвратно-поступательное движение штанги 5 с помощью эксцентрика 7, расположенного на валу электродвигателя. На штанге , 5 закреплен инструмент 3 с цангой 2 и гайкой /. Штанга 5 перемещается вместе с втулкой 6, к которой крепится корпус 4 с силовой пружиной // и шкалой 8. С помощью угольника 9 устройство крепится на суппорте станка. Сила выглаживания задается натягом, в результате которого сила предварительно сжатой пружины передается на инструмент.

Обкатывание и раскатывание. Обработку наружных поверхностей производят обкатыванием, а внутренних — раскатыванием. Эти способы не имеют принципиальных различий, но инструменты для них имеют конструктивные особенности. Инструмент для наружного обкатывания (11.10) устанавливают в резцедержатель хвостовиком 12. Обкатку обрабатываемой поверхности производят шариком 8, который упирается в наружную обойму

роликового подшипника 9, насаженного на ось 10, и удерживается от выпадения колпачком 11 со стопором 7. Под действием усилия обкатывания шарик 8 отжимается и перемещает пиноль 6 в расточке корпуса 4, сжимая пружину 3. Пружина 3 с одной стороны упирается в подпятник 5, а с другой — в пробку /, которой регулируют силу сжатия пружины. Пиноль 6 удерживается от разворота в корпусе 4 болтом 2. На 11.11 показаны инструменты для обкатывания и раскатывания других конструктивных исполнений.

Инструмент, закрепленный в резцедержателе, подводят суппортом к обработанной поверхности до соприкосновения ее с шариком, а затем перемещают инструмент на 0,5—0,8 мм, создавая натяг. Устанавливают частоту вращения шпинделя в пределах 1200—1500 об/мин (D=20— 25м/мин) и продольную подачу, равную 0,3—1,5 мм/об, включают станок и делают 2—3 продольных рабочих хода вправо и влево. Охлаждение производят веретен-

ным маслом. Вместо шариков можно применять ролики. Шарики и ролики для обкатывания (раскатывания) могут быть из закаленной стали и твердого сплава.

Накатывание. Процесс получения рифленой поверхности называют накатыванием, которое осуществляют роликами с насечкой. В резцедержатель суппорта станка закрепляют державку / (11.12), в которой устанавливают один ролик для простой накатки или два ролика для перекрестной накатки. Ролики изготовляют из инструментальной закаленной стали с насечкой. При накатывании ролики 2 и 3 подводят суппортом к вращающейся заготовке и вдавливают их в материал, образуя на поверхности заготовки рифления. При этом следует проверить, попадают ли зубчики роликов при последующих оборотах в сделанные ими насечки. Ролики должны располагаться параллельно накатываемой поверхности. Перед работой ролик тщательно очищают проволочной щеткой от остатков материа-

ла, а во время работы—обильно смазывают веретенным или машинным маслом. Окружная скорость накатываемой детали равна 10—15 м/мин при обработке мягких сталей, 20—25 м/мин — твердых сталей, 25—40 м/мин — латуни, 80— 100 м/мин — алюминия. Продольная подача инструмента равна 1 —1,5 мм/об при обработке сталей, 1,5—2 мм/об — бронзы, 2—2,5 мм/об — латуни и алюминия.

11.4. Обработка абразивной лентой

Обработку абразивной лентой (полирование) применяют в тех случаях, когда к обрабатываемой поверхности не предъявляют высоких требований по точности размеров. Абразивную ленту прижимают к обрабатываемой поверхности различными способами, но при этом запрещается наматывать ее на обрабатываемую деталь или прижимать к детали рукой. При обработке наружных поверхностей абразивную ленту закрепляют в резцовой головке  (11.13), а затем прижимают

ее к поверхности и перемещают вдоль детали с помощью суппорта или обрабатывают деталь вручную, как показано на 11.13, б. Можно применять и деревянные державки с углублениями по форме обрабатываемых поверхностей. В эти углубления закладывают ленту с нужным абразивным слоем (11.14).

При обработке углеродистых и легированных сталей, ковкого чугуна применяют ленты с абразивным слоем из электрокорунда нормального; жаропрочных и легированных сталей — из электрокорунда белого; чугуна, бронзы, алюминия, пластмассы — из карбида кремния. Ленту с абразивным слоем зернистостью 50— 25 используют для зачистки поверхностей с шероховатостью Ra = 12,5-^6,3 мкм, зернистостью 26—16 — с шероховатостью Ra = 3,2 4-1,6 мкм, зернистостью 16—8 — Ra=0,8 мкм. При этом при зернистости 16—10 можно обработать . поверхность с шероховатостью Ra = 0,02-=-0,2 мкм. Снимаемый припуск может достигать 0,75—1,5 мм.