Материал: Технология машиностроения. Пачевский В.М

3.1. Обработка наружных цилиндрических поверхностей

Методы обработки наружных цилиндрических поверхностей определяются требованиями по качественно-точностным характеристикам. Если на поверхность назначена шероховатость Ra = 10 мкм и более, а требования по точности больше 9 квалитета, то достаточна черновая обработка. Если требуемая шероховатость – Ra = 2,5 –10 мкм, а задаваемая точность – 8-9 квалитеты, то после черновой обработки требуется выполнение получистовой обработки. При заданной шероховатости Ra = 1,25 мкм и точности, соответствующей 7-му квалитету после проведения указанных черновой и получистовой обработки, требуется чистовая обработка. При более высоких требованиях к обрабатываемой поверхности дополнительно вводят отделочные (финишные) методы обработки.

3.1.1. Токарная обработка

На токарных станках можно получить шероховатость по Ra от 0,32 до 80 мкм. Считается, что предварительное точение обеспечивает шероховатость по Ra от 10 до 80 мкм, чистовое от 1,25 до 10 мкм, тонкое от 0,32 до 1,25 мкм.

Предварительная обработка предназначена для удаления основного дефектного слоя, сформированного на заготовительной операции. Припуск, снимаемый на стадии предварительной обработки, зависит от размеров детали и вида заготовки, но, как правило, составляет не менее 2-5 мм.

Черновую обработку наружных поверхностей выполняют как на обычных, так и на многорезцовых станках (в зависимости от вида производства).

Как правило, черновой обработке предшествует создание базирующих поверхностей, в качестве которых наиболее часто используют поверхность центровых отверстий. Для центрования применяют типовые наборы инструмента - спиральные сверла и конические зенковки, а также комбинированные центровочные сверла. Центровые отверстия обрабатывают на токарных, револьверных, сверлильных и двусторонних центровальных станках. Однако наиболее производительным способом является их обработка на фрезерно-центровальном полуавтомате, предназначенном для последовательной обработки заготовки: сначала фрезерования торцов, а затем сверления центровочных отверстий.

Наибольший удельный вес при обработке наружных поверхностей вращения занимает обработка на станках токарно-револьверной группы, которые составляют 25 - 50 % от общего станочного парка машиностроительного завода.

Наиболее распространенным видом обработки наружных поверхностей тел вращения на токарных станках является обтачивание при продольном перемещении суппорта с режущим инструментом.

Фасонное обтачивание, т. е. обработку поверхностей деталей со сложной конфигурацией (сферических, ступенчатых, конических и др.), осуществляют при одновременном перемещении режущего инструмента в продольном и поперечном направлениях, а также при обработке фасонными резцами. Фасонное обтачивание по копиру, контур которого соответствует контуру обрабатываемой заготовки, значительно упрощает обработку заготовок. Простейшей формой фасонного обтачивания является обработка конической поверхности. Узкие конические поверхности, например фаски, обрабатывают установкой резца с прямолинейной режущей кромкой на заданный угол. Конус можно обработать также при повороте верхних салазок суппорта на угол, равный половине угла при вершине конуса. При небольшом значении угла при вершине конус можно обработать методом поперечного смещения задней бабки. Однако этот метод является приближенным, так как при смещении задней бабки вместе с ней смещается и заготовка, в результате чего ее длина проектируется на плоскость, проходящую через линию центров станка, с искажением.

При черновых операциях снимают возможно большую часть припуска с приданием заготовке формы, приближающейся к форме детали. Получистовое точение позволяет улучшить шероховатость обрабатываемой поверхности, при этом достигается более высокая точность обработки. Наиболее ответственные поверхности можно обработать на токарных станках методами тонкого точения.

Пути повышения производительности труда при токарной обработке наружных поверхностей весьма разнообразны. Основные направления совершенствования технологии токарной обработки определяют следующими мероприятиями: концентрацией обработки, достигаемой применением многорезцовых настроек, выбором плана операции и последовательности переходов, обеспечивающих сокращение затрат времени на обработку, одновременной обработкой нескольких заготовок.

В крупносерийном и массовом производствах широко применяют различные токарные полуавтоматы и автоматы. Основными технологическими схемами обработки на этих станках являются:

параллельная - при обработке каждого изделия в каждой позиции участвует несколько инструментов, работающих одновременно: начало и конец работы отдельных инструментов могут не совпадать, но обязательным является, чтобы в течение некоторого времени все инструменты работали одновременно;

последовательная - в обработке каждого изделия участвует несколько инструментов, вступающих в действие последовательно; начало работы следующего инструмента наступает только после окончания работы предыдущего;

параллельно-последовательная - в обработке каждого изделия участвует несколько групп инструментов; в группах инструменты работают параллельно, а сами группы инструментов - последовательно;

ротационная - в обработке каждого изделия участвует один или группа инструментов при одновременном ротационном движении заготовок и инструментов; каждая деталь обрабатывается инструментами, которые не участвуют в обработке других деталей;

непрерывная - в обработке каждого изделия участвует один или несколько инструментов при непрерывающейся подаче заготовок.

Инструментом для работы на токарных станках служат токарные резцы. По виду обработки токарные резцы делятся на проходные, подрезные, расточные, отрезные, прорезные, галтельные, резьбовые и фасонные.

Правый токарный проходной прямой резец показан на рис. 3.1,а, а правый токарный проходной отогнутый резец - на рис. 3.1, б. Проходные резцы применяют для обработки заготовки вдоль оси (рис. 3.1, а, б, поз. I) и для подрезки торца (рис. 3.1, б, поз. I I). К проходным резцам относится и резец, показанный на рис. 3.2,а, называемый проходным упорным. Его используют при продольном точении с одновременной обработкой торцовой поверхности, составляющей с цилиндрической поверхностью прямой угол.

Подрезные резцы (рис. 3.2, б) применяют для обработки поверхностей заготовки в направлении, перпендикулярном или наклонном к оси вращения. Для подрезания торца с поперечной подачей может быть использован и проходной упорный резец (рис. 3.2, а), для чего его необходимо повернуть на некоторый угол с целью образо­вания вспомогательного угла в плане ₁.

Отрезной резец, при­меняемый для отрезки заготовки, изображен на рис. 3.3.

Прорезные резцы аналогичны отрезным, но имеют длину режущей кромки b, соответствующую ширине прорезаемого паза. Галтельные резцы применяют для протачивания закругленных ка­навок (рис. 3.4, I) и переходных поверхностей.

Резьбовыми резцами нарезают наружную (рис. 3.4, II) и внут­реннюю резьбу. Фасонные резцы используют для обработки фа­сонных поверхностей (рис. 3.4, III) .

Рис. 3.1. Токарные проходные резцы, оснащенные пластинками твердого сплава: а – прямой; б – отогнутый

Рис. 3.2. Токарные резцы, оснащенные пластинками твердого сплава: а – проходной упорный; б – подрезной (торцевой)

Рис. 3.3. Токарный отрезной резец, оснащенный пластинкой твердого сплава

Рис. 3.4. Токарные резцы: I – галтельный; II – резьбовой;

III - фасонный

3.1.2. Шлифование

Шлифование применяется в качестве чистового метода обработки. Это вид обработки деталей с помощью абразивного инструмента, режущим элементом которого являются зерна абразивных материалов. При этом достигаются высокие точность и чистота обрабатываемых поверхностей.

Шлифование может быть предварительным, чистовым и тонким. При предварительном шлифовании можно обеспечить шероховатость поверхности Ra = 1,25 – 2,5 мкм и точность 7-8 квалитета, при чистовом – шероховатость Ra = 0,32-0,63 мкм и точность 6-7 квалитета и при тонком шлифовании шероховатость Ra = 0,16-0,32 мкм и точность 6 квалитета.

При обработке на шлифовальных станках режущим инструментом являются шлифовальные абразивные круги. Шлифовальные абразивные круги состоят из мелких зерен абразивных материалов, сцементированных между собой связующим веществом - связкой. Твердость абразивных материалов значительно выше твердости закаленной стали.

Шлифовальные круги изготовляют из следующих искусственных абразивных материалов: нормального и белого электрокорунда, черного и зеленого карбида кремния. Электрокорунд - это кристаллическая окись алюминия (Аl₂О₃), получаемая плавкой в электрических печах бокситовой руды. Белый электрокорунд содержит несколько больше окиси алюминия; его режущая способность выше, чем нормального электрокорунда. Карбид кремния - химическое соединение кремния и углерода, получаемое путем сплавления в электрических печах кварцевого песка с угольным порошком. Зеленый кар­бид кремния имеет большую твердость и вообще является более качест­венным абразивом по сравнению с черным карбидом кремния. Для заточки твердосплавного инструмента применяют в основном зеленый карбид кремния.

Указанные абразивы в настоящее время получили преимущественное распространение в машиностроении.

Для стандартизованных шлифовальных кругов применяют три вида связки: керамическую, бакелитовую и вулканитовую. Наибольшее распространение в машиностроении получила керамическая связка, которую приготовляют из огнеупорной глины, полевого шпата и кварца.

Достоинства керамической связки - огне- и водостойкость, большая производительность.

Бакелитовая (органическая) связка - синтетическая смола. Круги на бакелитовой связке прочны и упруги, но плохо переносят воздействие охлаждающей жидкости.

Другой вид органической связи - вулканитовая связка, состоящая из каучука (резины) и серы. Круги на вулканитовой связке прочны и водостойки, позволяют работать с большой скоростью вращения, но сравнительно быстро засаливаются.

Важнейшим параметром, определяющим режущие свойства шлифовального круга, является его зернистость (обозначаемая номером), т. е. размеры зерен (иначе «крупность» зерен) абразивных материалов, из которых состоит круг. Размеры зерен определяются размерами сторон ячеек контрольных сит, применяемых для анализа зернистых абразивных материалов. Так, например, номер зернистости «16» означает, что абразивные зерна этой зернистости проходят через сито с ячейками размером стороны 200 мкм и не проходят через сито с ячейками размером стороны 160 мкм.

Твердость шлифовального круга характеризуется силой, которую нужно приложить к зерну, чтобы вырвать его из связки. Чем больше эта сила, тем тверже круг. Слишком мягкие круги быстро изнашиваются, если же круг излишне тверд, то он быстро забивается снимаемой стружкой и вследствие этого сильно нагревает обрабатываемую заготовку. Поэтому для шлифования твердой стали применяют мягкие круги, так как затупившиеся зерна их легко вырываются из связки, обнажая нижележащие зерна с острыми кромками - круг как бы самозатачивается. Наоборот, при шлифовании мягкой стали применяют твердые круги, так как стойкость их больше. Для шлифования меди и латуни применяют мягкие крупнозернистые круги, так как мелкозернистые круги быстро «засаливаются».

По форме абразивные круги бывают плоскими (рис. 3.5, а), чашечными коническими (рис. 3.5, б), цилиндрическими (рис. 3.5, в), тарель­чатыми (рис. 3.5, г) и дисковыми (рис. 3.5, д). Для шлифования резьб применяют специальные профильные круги.

Рис. 3.5. Основные виды абразивных кругов

Данные для выбора шлифо­вального круга в зависимости от обрабатываемого материала и способа шлифования приведены в табл. 3.1.

Шлифовальные круги под­вергают правке для восстанов­ления режущей способности, потерянной в результате засаливания и затупления, для исправления геометрической формы изно­шенного круга и обеспечения правильного расположения рабочей поверхности круга относительно оси его вращения после установки на шлифовальном станке.

Под правкой круга понимается процесс удаления с его поверхности слоя изношенных абразивных зерен. Правку абразивных кругов производят техническими алмазами: алмазно-металлическими каран­дашами или кристаллами алмаза, запаянными в стальные оправки. Применяют также заменители алмазов: твердосплавные диски, специ­альные абразивные диски, металлические диски и звездочки.

Шлифовальные станки подразделяют на станки для круглого (цент­ровые и бесцентровые для наружного и внутреннего шлифования) и плоского шлифования, станки для доводочно-притирочных работ.

В табл. 3.1 приведены указания по выбору кругов как для наружного, так и для внутреннего и плоского шлифования.

Последние в свою очередь подразделяют на три группы в зависимости от применяемых абразивных материалов: работающие шлифовальным кругом, порошком и полировочными пастами.

К станкам для наружного круглого шлифования относятся также фасонно-шлифовальные, заточные станки для режущего инструмента, специальные станки для шлифования шеек распределительных и ко­ленчатых валов, желобошлифовальные для колец шарикоподшипников и др.

При круглом наружном шлифовании поверхностей применяют разнообразные методы обработки. Наиболее распространенными явля­ются: шлифование методом продольной (рис. 3.6, а), поперечной (рис. 3.6, б) и глубинной подачи, т. е. при совмещении большой попе­речной и малой продольной подач (рис. 3.6, в). Круг правится на конус или ступенями. Наружное круглое шлифование с продольной подачей применяют для обработки заготовок значитель­ной длины; с поперечной подачей обрабатывают небольшие детали, где ширина круга перекрывает длину обрабатываемой поверхности; с глубинной подачей обрабатывают короткие, но жесткие детали.

Рис. 3.6. Методы шлифования круглых наружных

поверхностей

В табл. 3.1 даны обозначения абразивного материала по ГОСТам, которые встречаются достаточно часто. В настоящее время обозначения изменены: Э- элетрокорунд нормальный – выпускают марок – 12А, 13А, 14А, 15А, 16А; ЭБ - электрокорунд белый – выпускают марок – 22А, 23А, 24А, 25А; КЧ- карбид кремний черный – выпускают марок 53С, 54С; 55С; КЗ – карбид кремний зеленый – выпускают марок 63С, 64С.

На круглошлифовальных станках возможна обработка заготовок с конической поверхностью. При обработке пологого конуса верхняя часть стола станка может быть повернута на некоторый угол к оси шпинделя шлифовального круга. Заготовки с большим углом конуса шлифуют при повернутой на заданную величину бабке шлифовального круга.

Угловое расположение круга рекомендуется при одновременном шлифовании шейки вала и торца. При такой технологической схеме торец заготовки шлифуется периферией круга, что уменьшает кон­такт круга с заготовкой, обеспечивается улучшение чистоты обработан­ной поверхности и исключается возможность прижогов.