7. Выбор методов черновой, чистовой,

финишной размерной обработки.

Последовательность обработки поверхностей

Производство деталей машин осуществляется в результате механической обработки поверхностей резанием, термической и химико-термической обработки, электрофизической и электрохимической обработки, упрочнения, нанесения покрытий, сборки. Обработка резанием включает точение, фрезерование и строгание, сверление и развертывание, шлифование и др., в результате чего происходит изменение размеров, формы и расположения поверхностей, формирование шероховатости и волнистости, наклепа и технологических остаточных напряжений и др. В настоящей главе представлен краткие сведения о методах механической обработки, более подробно они представлены в [41, 42] и др.

Методы обработки наружных поверхностей (цилиндрических и конических) представлены для сталей на рис. 8.1, в числителе указаны квалитеты IT, в знаменателе — среднеарифметическое отклонение профиля неровностей Ra. Для чугуна и цветных сплавов принимается на один квалитет точнее.

Точение производится на токарных, токарновинторезных, токарно-карусельных, токарно-револьверных; одно- и многошпиндельных полуавтоматах; круглошлифовальных и др.). Точение цилиндрических поверхностей осуществляется резцами, с пластинами из твердых сплавов. Обработка длинномерных заготовок осуществляется в центрах и люнетах.

Черновое точение выполняется с увеличенной глубиной резания. Чистовое точение выполняется твердосплавным инструментом с меньшей глубиной резания и подачей, которые ограничиваются шероховатостью. Тонкое точение выполняется с высокими скоростями резания от 100 до 1000 м/мин, малыми подачами 0,01–0,15 мм/об и небольшой глубиной 0,05–0,3 мм на станках с высокой вибрационной устойчивостью. Силовое точение осуществляется твердосплавными резцами с подачей до 3–4 мм/об, со скоростью V=60–150 м/мин.

На токарных станках обрабатывают тела вращения, с соотношением длины к диаметру L/D>1; на токарно-карусельных — при L/D<1. На токарных полуавтоматах изготовляют детали из прутков диаметром до ≈30 мм по 6–7-му квалитету с шероховатостью Rа 0,63–0,16 мкм; на токарно-револьверных автоматах — из прутков диаметром 10–65 мм по 8–10-му квалитету с Rа 2,5–0,63 мкм; на многошпиндельных токарных автоматах обрабатываются прутки диаметром до 100 мм, длиной до 160 мм по 7–10-му квалитету и Rа 2,5–0,63 мкм.

Конусные поверхности большой длины обрабатываются при смещении центра вращения задней бабки относительно центра вращения шпинделя и продольной подачи резца. Короткие конусные поверхности обрабатываются за счет разворота суппорта с инструментом.

Рис. 8.1 Методы механической обработки резанием и деформированием наружных цилиндрических и конических поверхностей

Шлифование продольное реализуется вращающимся абразивным инструментом с продольным движением подачи, врезное — с поперечной подачей. Шлифование наружных цилиндрических поверхностей производят на круглошлифовальных, торцешлифовальных станках, бесцентровошлифовальных полуавтоматах и автоматах. Заготовки устанавливаются в центрах, патроне, цанге или в специальном приспособлении. Окружная скорость заготовки =10–50 м/мин, окружная скорость шлифовального круга =30–60 м/с. Подача и глубина резания выбираются в зависимости от способов шлифования. Шлифование продольное и торцевое осуществляется за четыре этапа: врезание, чистовое шлифование, выхаживание и отвод. Разновидностью шлифования с продольной подачей является глубинное шлифование, которое характеризуется большой глубиной 0,1–0,3 мм и малой скоростью резания, без предварительной лезвийной обработки.

Тонкое шлифование обеспечивает 5–6-й квалитет точности, шероховатость Rа<0,1 мкм, осуществляется мягкими мелкозернистыми кругами с охлаждением, со скоростью резания >40 м/с, при окружной скорости заготовки 10 м/мин и малой глубине шлифования до 5 мкм.

Врезное шлифование применяется в массовом и крупносерийном производстве для обработки цилиндрических и конических поверхностей, длина которых не превышает ширину шлифовального круга. Преимущество — большая производительность. Оно уступает продольному шлифованию по достигаемому качеству поверхности. Скорость резания =50–60 м/с; радиальная подача 0,001–0,005 мм/об.

Бесцентровое шлифование выполняется шлифовальным и ведущим кругами, заготовка помещается между ними и поддерживается опорой так, чтобы ее ось была на 10–15 мм выше линии, соединяющей их центры. Скос опоры направлен в сторону ведущего круга. Проходное бесцентровое шлифование при окружной скорости шлифовального круга =30–65 м/с, ведущего круга =10–40 м/мин, обеспечивает 6-й квалитет шероховатость Rа<0,2 мкм. Врезное бесцентровое шлифование обеспечивает 7-й квалитет и Rа<0,4 мкм.

Контурное фрезерование выполняется на фрезерных станках по 10–9 квалитетам точности, с шероховатостью Rа 8–5 мкм. Обрабатываемой поверхности заготовки сообщается перемещение, а фрезе — вращение и подача.

Контурное строгание наружных поверхностей применяется для черновой обработки локальных цилиндрических закрытых глухих участков детали по контуру по 10–9-му квалитету и грубее, шероховатость Rа 10–5 мкм и более.

Протягивание наружных поверхностей многолезвийным инструментом с прямолинейным, винтовым или круговым движением резания применяется в крупносерийном и массовом производствах. При наружном протягивании достигается точность от 7–8 до 6–7 квалитета [42].

Суперфиниширование — осуществляется мелкозернистыми брусками, с добавлением смеси керосина с маслом. Окружная скорость вращения заготовки =0,05–2,5 м/с; возвратно-поступательное перемещение 2–6 мм, число двойных ходов до 200–1000 мин ; давление инструмента 0,05–0,3 МПа. Толщина снимаемого слоя 5–20 мкм. Шероховатость снижается с Ra 0,63–0,32 мкм до Rа 0,1–0,01 мкм, относительная опорная длина профиля увеличивается до 80–90 %.

Зачистка шлифовальной лентой применяется для безразмерной отделочно-зачистной обработки криволинейных наружных поверхностей, реже — внутренних поверхностей, для снижения шероховатости без повышения квалитет точности обработки.

Доводка притиркой (наружная и внутренняя цилиндрических и конических валов и отверстий) обеспечивает высокую точность, Rа 1,6–0,1 мкм [42].

Полирование с применением полировочных паст обеспечивает, при давлении на инструмент 0,03–0,2 МПа, параметр шероховатости Rа 0,1–0,012 мкм.

Внутренние поверхности (цилиндрические и конические) включают в себя: сверление без кондуктора и по кондуктору; рассверливание; зенкерование черновое, однократное и чистовое; растачивание черновое, чистовое и тонкое; развертывание нормальное, точное и тонкое; протягивание черновое и чистовое; шлифование черновое, чистовое и тонкое с продольной подачей; шлифование врезанием с поперечной подачей; шлифование планетарное, бесцентровое; хонингование; притирка; выглаживание.

Сверление осуществляется с вращением сверла на станках сверлильно-расточной группы; с вращением заготовки на станках токарной группы. Для сверления отверстий применяются сверла: спиральные; полукруглые; ружейные с односторонним резанием с внешним отводом смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) и с двухсторонним резанием с внутренним отводом сож; кольцевые сверла. Сверление отверстий диаметром до 30–40 мм осуществляют спиральными сверлами за один переход. При обработке отверстий от 30–40 мм до 80 мм — сверление и рассверливание выполняется за два и более перехода, при диаметре отверстий свыше 80 мм применяют сверлильные головки [41, 42].

Для уменьшения увода сверла, при сверлении глубоких отверстий (L/D>10), применяется малая подача, точная заточка; предварительное засверливание; кондукторные втулки; сверление вращающейся заготовки при не вращающемся сверле (последний — самый эффективный).

Зенкерование используется для обработки отверстий, углубления под головки винтов, гнезда под клапаны и др. по 11–13-му квалитету точности. Зенкеры изготовляют цельными диаметром 3–40 мм; насадными – диаметром 32–100 мм и сборными с регулируемым диаметром 40–120 мм. Технологические возможности зенкерования представлены в [41, 42].

Растачивание отверстий выполняется при вращении заготовки на токарных и карусельных станках при невращающемся инструменте; при неподвижной заготовке и вращающемся инструменте, закрепленном в шпинделя расточного станка.

При растачивании резцы закрепляются в державках в шпинделе или борштангах, расточных головках. Растачивание нескольких соосных отверстий, расположенных на большом расстоянии в осевом направлении, осуществляется двухопорной расточной борштангой.

Режимы растачивания менее интенсивные, чем при токарной обработке, в связи с меньшей жесткостью технологической системы шпинделя. Технологические возможности растачивания и других методов обработки отверстий представлены на рис. 2, подробнее возможности растачивания представлены в [41, 42].

Развертывание отверстий применяется в качестве чистовой обработки отверстий по 7-9-му квалитету точности. Развертыванием обрабатывают отверстия тех же диаметров, что и при зенкеровании. Развертки рассчитаны на снятие малого припуска. Они отличаются от зенкеров большим числом (6–14) зубьев.

Для обработки отверстий повышенной точности, отверстий с продольными пазами применяют винтовые развертки. Развертыванием достигается высокая точность и малая шероховатость. Припуски на развертывание составляют 0,2–0,5 мм.

Протягивание способ обработки цилиндрических, шлицевых, многогранных отверстий на протяжных станках. Протягивание производительнее развертывания.

Горизонтальное протягивание применяется в основном для обработки внутренних поверхностей. Вертикальное протягивание применяется так же для наружных, занимает меньше площади. Припуск на протягивание цилиндрических поверхностей составляет 0,5–1,5 мм на диаметр.

Шлифование с продольной подачей применяется для обработки отверстий закаленных стальных деталей на внутри шлифовальных станках [41, 42]. Различают три метода внутреннего шлифования: планетарное в неподвижной заготовке, планетарное во вращающейся заготовке и бесцентровое. Высоту круга выбирают больше длины шлифуемой поверхности. Припуск на планетарное шлифование составляет 0,1–0,25 мм для диаметра до 30 мм; 0,18–0,75 мм —до 250 мм.

При планетарном шлифовании шпиндель с деталью и шлифовальный круг имеют четыре движения: вращение вокруг своей оси; планетарное движение по окружности внутренней поверхности заготовки; возвратно-поступательное дви-жение вдоль оси заготовки; поперечное перемещение подачи.

Рис. 8.2. Методы обработки отверстий

Врезное шлифование осуществляется с поперечной подачей шлифовального круга при ширине его несколько большей длины шлифуемой поверхности.

Бесцентровое шлифование отверстий осуществляется при базировании заготовки по наружной предварительно обработанной цилиндрической поверхности. Заготовка поддерживается роликами: ролик большего диаметра является ведущим, он вращает заготовку. Верхний нажимной ролик прижимает заготовку к ведущему ролику и нижнему поддерживающему ролику. При смене заготовки ролики отводятся, вставляется новая заготовка.

Хонингование — метод финишной обработки отверстий, осуществляется с помощью хонинговальных головок (хонов) со вставными абразивными брусками на вертикально и горизонтально-хонинговальных станках. Используют короткоходовое (скорость резания V=30–90 м/мин) и длинно ходовое хонингование (V=50–65 м/мин). Хонинговальная головка совершает вращение и возвратно-поступательное движение при постоянном давлении абразивных брусков на поверхность в среде смазочно–охлаждающей жидкости.

Таблица 8.2