Материал: Технология машиностроения. Пачевский В.М

3.8. Особые методы обработки

В современном машиностроении наряду с обработкой металлов резанием, сопровождающимся снятием стружки, применяют ряд особых методов обработки без снятия стружки. Применение этих методов повышает производительность и точность обработки, чистоту и прочностные свойства поверхностей.

Эти методы можно подразделить на методы обработки металлов давлением в холодном состоянии и электрические методы обработки.

3.8.1. Обработка металла давлением

в холодном состоянии

К способам обработки металла давлением относятся: калибрование отверстий шариком и оправкой, редуцирование, обработка поверхностей гладкими роликами, давильные работы, накатывание рифлений, накатывание зубчатых колес, наклепывание поверхностей шариками, дробеструйный наклеп.

Калибрование шариком и оправкой. Калиброванию подвергают гладкие цилиндрические отверстия, а также отверстия с фасонным поперечным сечением. Короткие отверстия калибруют на прессах, проталкивая гладкую оправку или шарик через обрабатываемое отверстие с натягом.Длинные отверстия калибруют протягиванием калибрующей оправки через обрабатываемое отверстие на протяжном станке.

На рис. 3.42 приведены схемы калибрования отверстий.

Калибрование повышает точность обработки на 30 - 35 %, а также исправляет погрешности формы. Точность обработки может быть также повышена за счет двух- или трехкратного калибрования с распределе­нием натяга между каждым переходом.

Применяемые для калибрования стальные шарики обладают тем преимуществом перед оправками, что срок их использования более продолжителен, так как они имеют практически бесконечное число калибрующих поясков. Кроме того, смещение точки приложения проталкивающей силы не вызывает перекоса. Область применения шариков ограничивается их стандартными размерами.

Рис. 3.42. Схема калибрования отверстий:

а - проталкиванием шарика; б и в - проталкиванием оправки;

проталкиванием шарика; г - протягиванием оправки; д - протягиванием оправки с возвратно-поступательным движением

Обработка поверхностей гладкими роликами. Сущность этого вида обработки заключается в том, что вращающиеся ролики, прижимаясь к обрабатываемой поверхности под давлением, сминают неровности и создают наклепанный слой, повы­шающий эксплуатационные свойства обрабатываемой поверхности.

Схемы обработки поверхностей роликами могут быть самыми различными. Выбор той или иной схемы зависит от формы поверхности, жесткости обрабатываемой заготовки и технологического назначения обработки.

Обработка роликами обычно выполняется на универсальных станках. Так, например, обкатывание наружных цилиндрических поверхностей осуществляют на токарных, револьверных и карусельных станках, а раскатывание отверстий, кроме указанных, также на сверлильных и горизонтально-расточных станках; плоские поверхности обкатывают на поперечно-строгальных станках.

Накатывание рифлений. Для образования на поверхностях цилиндрических деталей рифлений применяют метод накатывания плоскими плашками (на резьбонакатных станках) или вращающимися цилиндрическими роликами (на токарных и револьверных станках). Плоские поверхности накатывают на поперечно-строгальных, и горизонтально-фрезерных станках свободно вращающимися роликами с принудительной подачей заготовок.

Наклепывание поверхностей шариками. Для повышения твердости и улучшения шероховатости поверхности заготовки применяют метод наклепывания шариками. Сущность этого метода заключается в том, что обрабатываемую поверхность подвергают многократным, следующим один за другим, ударам шариками. Для этого шарики помещают в гнезда диска, вращающегося с большой скоростью, в которых шарики под действием центробежной силы смещаются на определенную величину в радиальном направлении и через отверстия на периферии диска наносят удары по обрабатываемой поверхности.

Дробеструйное наклепывание. Для повышения прочности деталей, работающих в условиях ударной нагрузки, пре­дупреждения их растрескивания при работе в коррозионных средах, а также для повышения маслоудерживающих свойств обработанной поверхности применяют дробеструйное наклепывание. Сущность этого процесса заключается в том, что обработанную заготовку подвергают многочисленным ударам дробинок из чугуна, стали, алюминия или стекла. Чугунную или стальную дробь применяют для наклепывания стальных изделий, а алюминиевую или стеклянную - для наклепывания изделий, изготовленных из цветных сплавов. Глубина наклепа обычно не превышает 2 мм.

3.8.2. Электрические методы обработки

В современном машиностроении применяют ряд методов электрической обработки заготовок. Основными из них являются следующие: электрохимический, электротермический, электроискровой, электрогидравлический, ультразвуковой и электронно- и светолучевой.

Электрохимический метод обработки (элек­трохимическое полирование металлов и анодно-химическая обработка) основан на явлениях, связанных с прохождением электрического тока через растворы электролитов.

Этот метод обработки позволяет очищать поверхности обрабатываемых материалов от окислов, ржавчины, жировых пленок и других загрязнений, а также сглаживать, доводить, шлифовать и полировать поверхности заготовки.

В процессе электрохимического полирования при анодном раство­рении металла [т. е. при переходе в раствор металла с поверхности электрода (анода), соединенного с положительным источником тока] на поверхности полируемой заготовки образуется вязкая пленка солей, защищающая микровпадины полируемой поверхности от действия тока, но не препятствующая растворению выступов. Интенсивность съема металла составляет 3 - 10 мкм/мин, длительность процесса зависит от заданного съема: для черных и цветных металлов 4 ÷ 10 мин, для легких сплавов 3 ÷ 5 мин. Достижимая точность обработки в пределах 7-8-го квалитетов, шероховатость 0,16-0,32 мкм.

Анодно-механическая обработка основана на растворении поверхности анода с образованием пленок, которые удаляют механическим путем - путем движения металлического катода. На этом принципе, например, построена анодно-механическая резка металла (рис. 3.43).

Рис. 3.43. Схема анодно-механической резки металла

При движении катода 1 (диска или ленты), соприкасающегося под давлением через образующуюся пленку с поверхностью разрезаемого металла (анода) 2, происходит направленное разрушение металла в результате совместного действия электрохимического и электротермического тока 3, проходящего между разрезаемым материалом и диском в среде водного раствора жидкого стекла. При разрезании интенсивность съема металла составляет 2000 ÷ 6000 мм³/мин; точность обработки по 12-му квалитету, шероховатость поверхности 80 мкм

Электроискровой метод обработки основан на разрушении металла в результате импульсного разряда между поверхностями обрабатываемой заготовки и электрода. Так как преимущественно разрушается анод (обрабатываемый металл), то по форме и размерам разрушенный участок соответствует катоду (электроду).

Это свойство успешно используют для выполнения отверстий, диаметр которых составляет доли миллиметра, а также для резки металла, прорезки узких пазов, фигурной резки, формообразования режущих кромок, гравирования и других подобных операций.

В последнее время в промышленности получил распространение электрогидравлический метод обработки, осно­ванный на возбуждении импульсного высоковольтного разряда в среде жидкости. В результате этих импульсов возникают сверхвысокие давления жидкости также в виде импульсов, при фокусировании кото­рых на заданный участок поверхности производится обработка. Мощность и длительность импульсов определяются параметрами электри­ческой схемы.

Этот метод применяют для наклепа поверхностей металлических заготовок, прошивания отверстий в неметаллических хрупких материалах и т. п.

В настоящее время для обработки твердых и хрупких материалов (например, стекла, рубина, алмаза, керамики, карбида вольфрама и др.), с большим трудом обрабатываемых обычными методами, применяют ультразвуковой метод. Использование ультразвуковых колебаний для обработки твердых и хрупких материалов основано на создании высокой скорости изнашивания обрабатываемого материала при контакте виб­рирующего инструмента и абразивов (в виде пасты, водной или масляной суспензии) с местом обработки. Инструмент изготовляют преимущественно из пластичного металла, в который абразивные частицы внедряются без его существенного износа.

Производительность ультразвуковой обработки зависит от свойств обрабатываемого материала, амплитуды и частоты колебаний инструмента, вида и зернистости абразивного материала, размеров обрабатываемой площади, конфигурации обрабатываемой поверхности и величины давления (статического) между инструментом и заготовкой.

Существующие модели ультразвуковых станков позволяют обрабатывать отверстия диаметром от 0,15 до 90 мм при максимальной глубине обработки два-пять диаметров с точностью обработки для твердых сплавов 0,01 мм.

Ультразвуковой метод может быть применен при изготовлении твердосплавных штампов, для чеканки рельефов (например, медалей); в этом случае вибрирующий инструмент должен иметь рельеф детали.

Метод обработки электронным лучом (элек­тронная бомбардировка). Практика применения электронного микро­скопа позволила установить возможность использования энергии кон­центрированного электронного луча для обработки твердых материалов методом расплавления.

Производительность обработки электронным лучом значительно выше, чем при прочих методах обработки; так, для обработки паза шириной 0,005 мм и длиной 3 мм в пластинке из стали толщиной 0,5 мм необходимо 29 ÷ 30 с. Стальные листы толщиной до 1 мм режут электронным лучом со скоростью 1200 мм/мин.

Электронным лучом в настоящее время обрабатывают отверстия диаметром до 0,001 мм в изделиях точного приборостроения, а также фрезеруют сложные профили.

Электронный луч применяют для очистки поверхностей деталей, изготовленных из таких материалов, как тантал, молибден, цирконий, ниобий, титан и вольфрам, а также для сварки некоторых сплавов.

Метод обработки световым лучом. Этот метод основан на использовании электромагнитных колебаний светового диапазона, получаемых с помощью квантово-оптических генераторов (лазеров).

Этими электромагнитными колебаниями можно управлять, их можно фокусировать в очень тонкие пучки, измеряемые единицами угловых минут (~ 30'), с высокой когерентностью, т. е. с колебаниями в излучаемом свете практически одной фазы и частоты.