Методы обработки элементов деталей машин

Размещено на http://www.allbest.ru/

КУРСОВАЯ РАБОТА

МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ ЭЛЕМЕНТОВ ДЕТАЛЕЙ МАШИН



Содержание

1. Подготовка исходных заготовок

1.1 Подготовка поверхности: обрубка, зачистка

1.2 Термическая обработка: отжиг (нормализация), улучшение

1.3 Отрезка

1.4 Центрование

2. Обработка наружных поверхностей вращения

2.1 Обработка точением на токарных станках, на токарных автоматах и полуавтоматах

2.2 Обработка шлифованием: шлифование в центрах и в патроне, бесцентровое шлифование

3. Обработка отверстий

4. Обработка плоскостей

4.1 Фрезерование цилиндрическими и торцевыми фрезами

4.2 Наружное протягивание

4.3 Плоское шлифование

5. Обработка резьбовых поверхностей

5.1 Нарезание резьбы резцом и гребенкой, нарезание упорных резьб

5.2 Нарезание резьбы метчиком, плашкой и резьбонарезными головками

5.3 Резьбофрезерование

5.4 Резьбошлифование

5.5 Накатывание резьбы

6. Отделочные методы обработки

6.1 Хонингование

6.2 Суперфиниширование

6.3 Притирка или доводка

6.4 Полирование

Список литературы



1. Подготовка исходных заготовок

1.1 Подготовка поверхности: обрубка, зачистка

Одной из наиболее тяжелых и трудоемких технологических операций в литейном производстве является обрубка и зачистка отливок. При обрубке от отливок отделяют элементы литниковой системы, заливы по разъему формы, контуру знаков и в окнах, а также всевозможные неровности поверхностей отливок. Обрубку выполняют пневматическими молотками с использованием зубил (ГОСТ 19628-74, 19642-74). Для удаления заливов применяют воздушно-дуговую резку. При резке металл расплавляется электрической дугой и удаляется направленной струей сжатого воздуха. Для обрезки выпоров и литников отливок из цветных сплавов используют ленточные пилы ЛС80, ЛC70-3, ЛС70-2 и дисковые пилы.

Рис. 1.1 - Типовые режимы:



Зачистку отливок выполняют шлифовальными машинками и другим обдирочно-шлифовальным оборудованием. Для зачистки мелких отливок применяют стационарные обдирочно-шлифовальные станки одно- и двустороннего исполнения. В некоторых случаях для зачистки крупных отливок используют подвесные обдирочно-шлифовальные станки. Прибыли и литники мелких и средних отливок удаляют на механических отрезных станках или газовой резкой. В условиях массового производства для зачистки отливок средних размеров применяют полуавтоматические и автоматические линии.

Рис. 1.2 - Типовые режимы:

1.2 Термическая обработка: отжиг (нормализация), улучшение

Термическая обработка металлов, процесс обработки изделий из металлов и сплавов путём теплового воздействия с целью изменения их структуры и свойств в заданном направлении. Это воздействие может сочетаться также с химическим, деформационным, магнитным и др.

Отжиг. Это процесс термической обработки, состоящий в нагреве стали до определенной температуры, выдержке при ней и последующем медленном охлаждении с целью получения более равновесной структуры. Особенностью отжига является медленное охлаждение.

Диффузионный отжиг (гомогенизирующий) применяют для уменьшения химической неоднородности стальных слитков и фасонных отливок. Слитки (отливки), особенно из легированной стали, имеют неоднородное строение. Неоднородность строения обусловлена карбидной ликвациями, так как в местах образования карбидов или в средней части дендритов возникают скопления легирующих элементов. Для выравнивания химического состава слиток или отливку нагревают до высокой температуры, при которой атомы элементов приобретают большую подвижность. Благодаря этому происходит перемещение атомов из мест с большей концентрацией химических элементов в места с меньшей концентрацией. В результате такой диффузии обеспечивается выравнивание химического состава слитка или отливки по объему.

Для обеспечения необходимой скорости диффузии атомов отжиг стали проводят при высокой температуре (1100-1200°С) с выдержкой 10-20 ч.

Полный отжиг применяют для стали в основном после горячей обработки поковок давлением и отливок с целью измельчения зерна и снятия внутренних напряжений. Это достигается нагревом стали на 30-50°С выше верхней критической точки Ас³ и медленным охлаждением.

При нагреве стали выше температуры Ас³ перлит превращается в аустенит. Это происходит путем образования в начальной стадии мельчайших зародышей кристалликов аустенита и постепенного их роста по мере повышения температуры. При небольшом превышении температуры Ас³ (на 30-50°С) образовавшиеся кристаллики аустенита остаются еще мелкими. В дальнейшем, при охлаждении ниже температуры Ас¹ образуется однородная мелкозернистая структура ферритно-перлитного типа. При этом в пределах одного аустенитного зерна возникает несколько перлитных зерен, которые значительно мельче, чем аустенитное зерно, из которого они образовались.

Температуру нагрева деталей, изготовленных из углеродистых сталей, определяют по диаграмме состояния, а для легированных сталей - по положению их критической точки Ас³, имеющейся в справочных таблицах.

Время выдержки при отжиге складывается из времени, необходимого для полного прогрева детали, и времени, нужного для окончания структурных превращений.

Изотермический отжиг заключается в том, что сталь нагревают до температуры на 30-50°С выше точки Ас3 (конструкционные стали) и выше точки Ас¹ на 50-100°С (инструментальные стали). После выдержки сталь медленно охлаждают в расплавленной соли до температуры несколько ниже точки Аг¹ (680-700°С). При этой температуре сталь подвергают изотермической выдержке до полного превращения аустенита в перлит, а затем охлаждают на спокойном воздухе. Изотермический отжиг сокращает продолжительность термической обработки небольших по размерам изделий из легированных сталей в 2-3 раза по сравнению с полным отжигом. Для крупных изделий такого выигрыша по времени не получается, так как требуется большое время для выравнивания температуры по объему изделия. Изотермический отжиг является лучшим способом снижения твердости и улучшения обрабатываемости резанием сложнолегированных сталей, например 18Х2НЧВА.

Сфероидизирующий отжиг обеспечивает превращение пластинчатого перлита в зернистый, сфероидизированный. Это улучшает обрабатываемость сталей резанием. Отжиг на зернистый перлит производят по режиму: нагрев стали немного выше точки Ас¹ с последующим охлаждением сначала до 700°С, затем до 550-600°С и далее на воздухе. Сфероидизирующий отжиг применяют для сталей, содержащих более 0,65% углерода, например шарикоподшипниковые стали типа ШХ15.

Рекристаллизационный отжиг применяют для снятия наклепа, вызванного пластической деформацией металла при холодной прокатке, волочении или штамповке. Наклепом называют упрочнение металла, появляющееся в результате холодной пластической деформации металла. При холодной прокатке, штамповке, волочении зерна металла деформируются, дробятся. Это повышает твердость металла, снижает его пластичность и вызывает хрупкость. В этом и заключается сущность наклепа.

Рекристаллизационный отжиг выполняют путем нагрева до температуры ниже Ас¹ (650-700°С), выдержки и последующего замедленного охлаждения. При нагреве металла до 650-700°С (рекристаллизационный отжиг) возрастает диффузионная подвижность атомов и в твердом состоянии происходят вторичное кристаллизационные процессы (рекристаллизация).

На границах деформированных зерен возникают новые центры кристаллизации, вокруг которых заново строится решетка. Вместо старых деформированных зерен вырастают новые равноосные зерна и деформированная структура полностью исчезает.

При этом восстанавливаются первоначальная структура и свойства металла.

Нормализация. Термическую операцию, при которой сталь нагревают до температуры на 30-50°С выше верхних критических точек Ас³ и Аc^m, затем выдерживают при этой температуре и охлаждают на спокойном воздухе, называют нормализацией.

При нормализации уменьшаются внутренние напряжения, происходит перекристаллизация стали, измельчающая крупнозернистую структуру металла сварных швов, отливок или поковок.

Нормализация стали по сравнению с отжигом является более коротким процессом термической обработки, а, следовательно, и более производительным. Поэтому углеродистые и низколегированные стали подвергают, как правило, не отжигу, а нормализации.

С повышением содержания углерода в. Стали увеличивается различие в свойствах между отожженной и нормализованной сталью. Для сталей, содержащих до 0,2% углерода, предпочтительнее нормализация. Для сталей, содержащих 0,3-0,4% углерода, при нормализации по сравнению с отжигом существенно увеличивается твердость, что необходимо учитывать. Поэтому нормализация не всегда может заменить отжиг.

Сплавы после нормализации приобретают мелкозернистую структуру и несколько большую прочность и твердость, чем при отжиге. Нормализацию применяют для исправления крупнозернистой структуры, улучшения обрабатываемости стали резанием, улучшения структуры перед закалкой. В заэвтектоидной стали нормализация устраняет сетку вторичного цементита.

Улучшаемые стали.

Стали, подвергаемые термическому улучшению, широко применяют для изготовления различных деталей, работающих в сложных напряженных условиях (при действии разнообразных нагрузок, в том числе переменных и динамических).

Стали приобретают структуру сорбита, хорошо воспринимающую ударные нагрузки. Важное значение имеет сопротивление хрупкому разрушению.

Улучшению подвергаются среднеуглеродистые стали с содержанием углерода 0,30-0,50%.

Улучшаемые углеродистые стали 35, 40, 45 дешевы, из них изготавливают детали, испытывающие небольшие напряжения (сталь 35), и детали, требующие повышенной прочности (стали 40, 45). Но термическое улучшение этих сталей обеспечивает высокий комплекс механических свойств только в деталях небольшого сечения. Стали этой группы можно использовать и в нормализованном состоянии.

Детали, требующие высокой поверхностной твердости при вязкой сердцевине (зубчатые колеса, валы, оси, втулки), подвергаются поверхностной закалке токами высокой частоты. Для снятия напряжений проводят низкий отпуск.

Улучшаемые легированные стали.

Улучшаемые легированные стали применяют для более крупных и более нагруженных ответственных деталей. Стали обладают лучшим комплексом механических свойств: выше прочность при сохранении достаточной вязкости и пластичности, ниже порог ломкости.

Хромистые стали 30Х, 40Х, 50Х используются для изготовления небольших средненагруженных деталей. Эти стали склонны к отпускной хрупкости, поэтому после высокого отпуска охлаждение должно быть быстрым.

Повышение прокаливаемости достигается микролегированием бором (35ХР). Введение в сталь ванадия значительно увеличивает вязкость (40ХФА).

Хромокремнистые (33ХС) и хромансил (25ХГСА) стали обладают высокой прочностью и умеренной вязкостью. Стали хромансилы обладают высокой свариваемостью, из них изготавливают стыковочные сварные узлы, кронштейны, крепежные и другие детали. Широко применяются в автомобилестроении и авиации.

Хромоникелевые стали 45ХН, 30ХН3А отличаются хорошей прокаливаемостью, прочностью и вязкостью, но чувствительны к обратимой отпускной хрупкости. Для уменьшения чувствительности вводят молибден или вольфрам. Ванадий способствует измельчению зерна.

Стали 36Х2Н2МФА, 38ХН3ВА др. обладают лучшими свойствами, относятся к мартенситному классу, слабо упрочняются при нагреве до 300-400^oС. из них изготавливаются валы и роторы турбин, тяжело нагруженные детали редукторов и компрессоров.

1.3 Отрезка

Процесс отрезки состоит из трех последовательных стадий:

1. Упругой стадии, когда деформации находятся в области упругих деформаций, а напряжения в металле не превосходят предела упругости;

2. Пластической стадии, когда деформации являются остаточными, а напряжения в металле превышают предел текучести и постепенно возрастают, пока не достигнут максимума, соответствующего сопротивлению металла срезу (сдвигу). Наибольшие деформации сдвига направлены по линиям (поверхностям) скольжения, начинающимся у острия режущих кромок ножей. Во время второй стадии ножи вдавливаются в металл на глубину в зависимости от твердости и пластичности;

3. Стадии скалывания (разрушения), при которой происходит образование микро-, а затем макротрещин, направленных по поверхностям скольжения и вызывающих отделение одной части металла от другой.

1.4 Центрование

Для придания правильной формы и положения торцов заготовок перед образованием в них центровых отверстий (служащих базами для последующего обтачивания и шлифования) торцы их обрабатывают одним из следующих способов:

- подрезают на токарных станках;

- фрезеруют торцовыми фрезами на горизонтально-фрезерных станках поочередно с обеих сторон;

- фрезеруют на особых барабанных торцефрезерных станках одновременно с обеих сторон или фрезеруют на многопозиционных фрезерно-центровальных станках с одновременной обработкой центровых отверстий.

Первые два способа применяют при малых и средних программах выпуска, следующие два - при больших (главным образом в массовом производстве).

Центрование заготовок применяют почти во всех случаях изготовления валов.

Отверстия являются вспомогательными установочными базами и от правильности их выполнения зависит точность обработки внешних поверхностей вала.

Формы и размеры центровых отверстий регламентированы ГОСТом, который предусматривает два вида таких отверстий. Второй вид применяют, когда необходимо предохранить центровое отверстие от возможных повреждений, так как центровое отверстие в последующем предполагается использовать для установки детали на станке для ремонта, заточки (если это отверстие в инструменте) или для эксплуатации деталей на центрах (центровые оправки для обтачивания или шлифования деталей).

Для образования центрового отверстия первого вида при малых программах выпуска сначала сверлят его спиральным сверлом, затем обрабатывают коническим зенкером.

При значительных программах выпуска применяют комбинированные центровочные сверла.

Центрование крупных заготовок при малых программах выпуска производят по разметке ручными дрелями.

Мелкие же и средние валы центруют чаще всего на центровальных станках. При больших программах выпуска широко применяют фрезерно-центровальные полуавтоматы и автоматы, на которых в одной позиции производят установку заготовки, подлежащей обработке, и снятие обработанной детали, на второй позиции одновременно производится фрезерование ее обоих торцов, а на третьей, в то же время, образование центровых отверстий с обеих сторон вала.

Рис. 1.3 - Центровые отверстия без предохранительного конуса:



Рис. 1.4 - Центровые отверстия с предохранительным конусом:

Рис. 1.5 - Комбинированное центровальное сверло:



2. Обработка наружных поверхностей вращения

2.1 Обработка точением на токарных станках, на токарных автоматах и полуавтоматах

Точение - это обработка резанием наружных и внутренних поверхностей вращения. Основными видами работ, выполняемых при точении, являются:

- обработка цилиндрических, конических, фасонных, торцовых поверхностей, уступов;

- вытачивание канавок;

- отрезание частей заготовки;

- обработка отверстий сверлением, растачиванием, зенкерованием, развертыванием;

- нарезание резьбы;

- накатывание.

Вращательное движение заготовки называют главным движением резания, а поступательное движение режущего инструмента - движением подачи.

Различают также вспомогательные движения, которые не имеют непосредственного отношения к процессу резания, но обеспечивают транспортирование и закрепление заготовки на станке, его включение и изменение частоты вращения заготовки или скорости поступательного движения инструмента и другие.

Разновидности точения:

- обтачивание - обработка наружных поверхностей;

- растачивание - обработка внутренних поверхностей;

- подрезание - обработка плоских торцевых поверхностей;

- резка - разделение заготовки на части или отделение готовой детали от заготовки.

На токарных станках обрабатываются детали типа тел вращения: валы, зубчатые колеса, шкивы, втулки, кольца, муфты, гайки и другие. Инструменты, применяемые для выполнения токарных работ, называются режущими. При точении используются различные режущие инструменты: резцы, сверла, зенкеры, развертки, метчики, плашки, резьбонарезные головки и другие.

Обрабатываемость металлов точением зависит от их химического состава, структуры, механических и физических свойств. При черновом точении обрабатываемость оценивают скоростью инструмента при соответствующей скорости и силе резания, а при чистовой - шероховатостью поверхности, точностью обработки и стойкостью инструмента.

Обрабатываемость металлов определяют методами, основанными на оценке изменений стойкости режущего инструмента при различных скоростях резания. Допустимую скорость резания как критерий оценки обрабатываемости применяют наиболее часто, так как скорость резания оказывает весьма существенное влияние на производительность, а следовательно, и на себестоимость обработки. Считается, что лучшую обрабатываемость имеет тот металл, который при прочих равных условиях, допускает более высокую скорость резания. На токарных станках обрабатывают такие конструкционные материалы, как чугун, сталь, цветные металлы и их сплавы, пластмассы.

Токарная обработка металлов, основана на удалении припуска и превращении его в стружку, определяются понятием резание металла. Для успешной токарной работы необходимо, чтобы процесс резания протекал непрерывно и быстро. Форма обрабатываемой детали обеспечивается, с одной стороны, относительным движением заготовки и инструмента, с другой - геометрией инструмента.

Резец является основным инструментом, применяемым при токарных работах. Он представляет собой стержень прямоугольного (иногда круглого) сечения и состоит из рабочей части и корпуса. Рабочая часть резца является режущей частью, на которой находится лезвие инструмента. Корпус резца служит для установки и крепления инструмента на станке. Рабочая часть резца имеет переднюю поверхность, главную и вспомогательную задние поверхности, главную и вспомогательную режущие кромки, вершину лезвия и радиус округления режущей кромки. Передней поверхностью называется поверхность лезвия, контактирующая при резании со стружкой. Задними поверхностями называются поверхности лезвия, контактирующие при резании с поверхностями заготовки.

Одна из них называется главной поверхностью и расположена в направлении подачи резца, а другая - вспомогательной задней поверхностью. Режущая кромка лезвия образуется пересечением передней и задней поверхностей лезвия. Одна из них называется главной режущей кромкой, так как формирует большую сторону сечения срезаемого слоя, а другая - вспомогательной режущей кромкой, так как формирует меньшую сторону сечения срезаемого слоя. Вспомогательных режущих кромок может быть одна или две.

Токарные станки подразделяются на универсальные, специализированные и специальные. Универсальные станки являются самой многочисленной группой токарных станков. А на них можно производить все технологические операции, характерные для токарной обработки. Специализированные станки - станки, на которых производят обработку ограниченного числа технологических операций на деталях одного наименования; это, как правило, автоматизированные станки, налаженные на обработку нескольких поверхностей.

Специализированные станки снабжают специальной оснасткой и применяют обычно в крупносерийном и массовом производстве. Специальные станки служат для выполнения одной или нескольких операций на детали одного типоразмера (такие станки, как правило, не переналаживаются на обработку других деталей).



2.2 Обработка шлифованием: шлифование в центрах и в патроне, бесцентровое шлифование

Для всех технологических способов шлифовальной обработки главным движением резания Vк (м/с) является вращение круга. При плоском шлифовании возвратно поступательное перемещение заготовки является продольной подачей Sпp (м/мин). Для обработки поверхности на всю ширину b заготовка или круг должны перемещаться с поперечной подачей Sп. Это движение происходит прерывисто (периодически) при крайних положениях заготовки в конце продольного хода. Периодически происходит и подача Sв на глубину резания. Это перемещение осуществляется также в крайних положениях заготовки, но в конце поперечного хода.

При круглом шлифовании продольная подача происходит за счет возвратно-поступательного перемещения заготовки. Подача Sпp соответствует осевому перемещению заготовки за один ее оборот. Вращение заготовки является круговой подачей Sкр.

Подача Sп на глубину резания для приведенной схемы обработки происходит при крайних положениях заготовки. Движения, осуществляемые при внутреннем шлифовании.



3. Обработка отверстий

На сверлильных станках можно выполнять не только сверление, но и другие технологические операции дальнейшей обработки отверстий. На современных сверлильных станках осуществляют следующие работы:

- сверление сквозных и глухих отверстий;

- рассверливание отверстий на больший диаметр;

- зенкерование, выполняемое для получения отверстия с высокими квалитетом и параметром шероховатости поверхности;

- зенкование, выполняемое для образования в основании просверленного отверстия гнезд с плоским дном под головки винтов и болтов;

- развертывание цилиндрических и конических отверстий, обеспечивающее высокую точность и шероховатость обрабатываемой поверхности;

- раскатывание отверстий специальными оправками со стальными закаленными роликами или шариками для получения плотной и гладкой поверхности отверстия, а также шероховатости Ra 0,63-0,08 мкм;

- нарезание внутренних резьб метчиками;

- подрезание торцов наружных и внутренних приливов для получения ровной поверхности, перпендикулярной к оси отверстия.

Технологические возможности сверлильных станков не исчерпываются перечисленными работами.

На них можно развальцовывать полые заклепки, обрабатывать многогранные отверстия, а также выполнять другие операции.

Отверстия на сверлильных станках обрабатывают различными режущими инструментами: сверлами, зенкерами, зенковками, развертками, резцами и метчиками.



Рис. 3.1:

Растачивание.

Если диаметр отверстия превышает диаметр стандартных сверл или зенкеров, то такое отверстие растачивают. Растачивание применяется также при обработке отверстий с неравномерным припуском или с непрямолинейной образующей. Токарные расточные резцы для обработки сквозных и глухих отверстий. У токарных расточных стержневых резцов, рисунок в) и г) консольная часть В, выполняется круглой, а стержень С, служащий для крепления резца - квадратным (12Х12, 16Х16, 20Х20 и 25Х25 мм); такими резцами можно растачивать отверстия диаметром 30-65 мм. Для повышения устойчивости режущая кромка резцов выполняется по оси стержня, рисунок д) и е).

На токарно-револьверных станках применяют расточные резцы круглого сечения, которые крепятся в специальных державках, рисунок ж). Форма передней поверхности и все углы у расточных резцов, за исключением заднего, принимаются такими же, как и у проходных, применяемых при наружном точении. Задний угол a<12 градусов при растачивании отверстий диаметром более 50 мм., и a>12 градусов при растачивании отверстий диаметром менее 50 мм. Значение углов резания у расточных резцов можно изменять путем установки режущей кромки резцов относительно продольной оси детали (выше или ниже оси). При растачивании резец находится в более тяжелых условиях, чем при наружном продольном точении; так как ухудшаются условия для отвода стружки, подвода СОЖ и отвода теплоты. Расточный резец имеет меньшее сечение державки и больший вылет, что вызывает отжим резца и способствует возникновению вибраций, поэтому при растачивании, как правило, снимается меньшее сечение стружки и снижается скорость резания. При черновом растачивании стали принимают глубину резания до 3 мм.

Продольную подачу 0,08- 0,2 мм/об. Скорость резания около 25 м/мин., для резцов из быстрорежущей стали и 50-100 м/мин., для твердосплавных резцов. При чистовом растачивании глубина резания не превышает 1 мм., продольная подача 0,05-0,1 мм/об, скорость резания 40-80 м/мин., для резцов из быстрорежущей стали и 150-200 м/мин., для твердосплавных резцов.

Зенкерование и Развертывание.

Зенкерование. Зенкером обрабатывают отверстия, предварительно штампованные, литые или просверленные. Припуск под Зенкерование (после сверления) составляет 0,5-3 мм., на сторону. Зенкер выбирают в зависимости от обрабатываемого материала, вида (сквозное, ступенчатое, глухое) и диаметра отверстия и заданной точности обработки. Зенкер имеет три и более режущие кромки, поэтому при зенкеровании снимается более тонкая стружка и получаются более точные отверстия, чем при сверлении; он прочнее сверла, благодаря чему подача при зенкеровании в 2,5-3 раза превышает подачу при сверлении. Зенкерование может быть как предварительной (перед развертыванием), так и окончательной операцией. Кроме обработки отверстий зенкеры применяются для обработки торцовых поверхностей. Для повышения точности зенкерования (особенно при обработке литых или штампованных глубоких отверстий) рекомендуется предварительно расточить (резцом) отверстие до диаметра, равного диаметру зенкера на глубину, примерно равную половине длины рабочей части зенкера. Для обработки высокопрочных материалов (sв>750 МПа) применяют зенкеры, оснащенные пластинами из твердого сплава. Скорость резания для зенкеров из быстрорежущей стали такая же, как и для сверл. Скорость резания твердосплавных зенкеров в 2-3 раза больше, чем зенкеров из быстрорежущей стали. При обработке высокопрочных материалов и литья по корке скорость резания твердосплавных зенкеров следует уменьшать на 20-30%.

Рис. 3.2:

Развертывание. Для получения отверстий высокой точности и качества обрабатываемой поверхности применяют развертывание. Рисунок - б). Развертка имеет значительно больше режущих кромок, чем зенкер, поэтому при развертывании снимается более тонкая стружка и получаются более точные отверстия, чем при зенкеровании. Отверстия диаметром до 10 мм развертывают непосредственно после сверления. Перед развертыванием отверстий большего диаметра их предварительно обрабатывают, а торец подрезают. Припуск под развертывание t=0,15-0,5 мм., для черновых разверток и 0,05-0,25 мм., для чистовых разверток. При работе чистовыми развертками на токарных и токарно-револьверных станках применяют качающиеся оправки, которые компенсируют несовпадение оси отверстия с осью развертки. Для того чтобы обеспечить высокое качество обработки, сверление, зенкерование (или растачивание) и развертывание отверстия производят за одну установку заготовки в патроне станка. Подача при развертывании стальных деталей 0,5-2 мм/об, а при развертывании чугунных деталей 1-4 мм/об. Скорость резания при развертывании 6-16 м/мин. Чем больше диаметр обрабатываемого отверстия, тем меньше скорость резания при одинаковой подаче, а при увеличении подачи скорость резания снижают.

Протягивание и прошивание.

Протягиванием обрабатывают внутренние и наружные поверхности заготовок. Внутренним протягиванием обрабатывают сквозные отверстия различного сечения: круглые, квадратные, многогранные, шлицевые, всевозможные пазы в отверстиях заготовок. Наружное протягивание применяют при обработке плоскостей, фасонных поверхностей, зубьев и др.

Протягивание гладких цилиндрических отверстий обеспечивает точность 6-9-го квалитета и шероховатость поверхности 2,5 - 0,63 мкм. При чистовом протягивании отверстий подъем на зуб не превышает 0,02-0,04 мм. Протягивание является высокопроизводительным методом и имеет широкое распространение в серийном и массовом производстве. При партии заготовок 100 шт., у которых требуется обработать цилиндрические отверстия, экономически оправдывается применение протягивания вместо обычной обработки (сверления, зенкерования, развертывания). Протягивание наружных поверхностей обеспечивает точность 11-го квалитета. Оно производится на станках горизонтальных и вертикальных, универсальных и специальных автоматах и полуавтоматах.

Прошивание - аналогичный вид обработки с протягиванием, но относительно более коротким инструментом (прошивкой), который проталкивают через обрабатываемое отверстие в заготовке с помощью пресса. Это вид окончательной обработки отверстий любой формы, обеспечивающий 6-й квалитет точности и шероховатость поверхности 1,25-0,63 мкм.



4. Обработка плоскостей

4.1 Фрезерование цилиндрическими и торцевыми фрезами

Цилиндрические фрезы применяют для обработки плоскостей. Зубья цилиндрической фрезы располагают по винтовой линии с определенным углом наклона винтовой канавки.

Цилиндрические фрезы изготовляют по ГОСТ 3752-71 с мелкими зубьями и с крупными зубьями, со вставными ножами по ГОСТ 9926-61 и со вставными нотами составные. Фрезы, оснащенные винтовыми пластинками твердого сплава, изготовляют по ГОСТ 8721- 69.

Основными размерами цилиндрических фрез являются длина фрезы L, диаметр фрезы Д диаметр отверстия d, число зубьев z.

Цилиндрические фрезы изготовляют из быстрорежущей стали, а также оснащают пластинками твердых сплавов. Изготовление цилиндрических фрез со вставными ножами (зубьями) позволяет более экономно использовать дорогостоящий инструментальный материал.

Праворежущими называют такие фрезы, которые при работе должны вращаться по часовой стрелке, если на фрезу смотреть со стороны заднего конца шпинделя (или против часовой стрелки, если смотреть со стороны подвески-серьги). Леворежущими фрезами называют такие фрезы, которые при работе должны вращаться против часовой стрелки, если смотреть со стороны заднего конца шпинделя (или по часовой стрелке, если смотреть со стороны подвески).

Если смотреть на фрезу со стороны подвески, то праворежущая фреза отбрасывает стружку вправо, а леворежущая - влево.

Цилиндрические фрезы в зависимости от того, какой стороной они установлены на оправке, могут быть использованы и как праворежущие и как леворежущие. Направление резания можно изменить, перевернув фрезу на оправке.

Выбор типа и размера цилиндрической фрезы.

Выбор типа и размера фрезы зависит от данных конкретных условий обработки (размеры обрабатываемой заготовки, марка обрабатываемого материала, величины припуска на обработку и др.).

Фрезы с крупным зубом применяют для черновой и получистовой обработки плоскостей, фрезы с мелким зубом - для получистовой и чистовой обработки.

Фрезерование плоскости торцовой фрезой производят чаще на вертикально-фрезерном станке. Рассмотрим пример фрезерования плоскости бруска торцовой фрезой на вертикально-фрезерном станке. Установка и закрепление фрезы. Для обработки выберем торцовую фрезу из быстрорежущей стали Р18 с крупными зубьями. При ширине фрезерования 60 мм торцовая фреза должна иметь диаметр в пределах 80-100 мм. Выбираем фрезу диаметром 80 мм с 10 зубьями. Торцовая насадная фреза выбрана по ГОСТ 9304-59. Если в кладовой имеются фрезы по старым ГОСТам, отличающиеся диаметром и шириной от рассмотренной в данном примере, следует подобрать фрезу с подходящими размерами, например диаметром 75 мм., с числом зубьев, равным 10.

Приемы фрезерования торца бруска. Закончив настройку станка, можно приступить к обработке. Порядок фрезерования следующий:

1) включить электродвигатель в сеть и нажатием кнопки включить вращение шпинделя;

2) с помощью рукояток поперечной, продольной и вертикальной подач осторожно подвести брусок к фрезе до легкого касания фрезой примерно в середине заготовки. Затем с помощью рукоятки продольной подачи стола вывести заготовку из-под фрезы, выключить вращение шпинделя и рукояткой поперечной подачи подать стол к станине на величину, соответствующую толщине снимаемого слоя, т. е. - 4 мм. При установке фрезы на глубину можно пользоваться лимбом поперечной подачи, который устроен так же, как лимб вертикальной подачи, но имеет 120 делений, причем цена одного деления тоже равна 0,05 мм. Следовательно, для установки на глубину снимаемого слоя 4 мм надо повернуть рукоятку винта поперечной подачи на 80 делений лимба;

3) застопорить консоль стола и салазки поперечной подачи;

4) установить кулачки механического выключения продольной подачи стола на требуемую длину фрезерования;

5) подвести брусок вручную плавным вращением рукоятки продольной подачи стола к фрезерной головке и, не доводя его на 15-10 мм., включить шпиндель, включить продольную механическую подачу и отфрезеровать деталь;

6) выключить станок, отвести стол в поперечном направлении и подать быстрой продольной подачей в исходное положение;

7) проверить угольником перпендикулярность обработанного торца к граням бруска, до проверки угольником снять напильником заусенцы по краям торца бруска, вынуть брусок из тисков;

8) разметить второй торец на длину 250 мм., и вновь поставить на станок для торцового фрезерования бруска в окончательный размер. Порядок работы по торцовому фрезерованию второго торца такой же, с той разницей, что установка заготовки производится по разметке;

9) разжать тиски, вынуть брусок, проверить угольником перпендикулярность обработанного торца к граням бруска и измерить линейкой длину бруска (заданный размер 250 мм.), точность измерения линейкой - 0,5 мм., т. е., равна точности изготовления бруска.

4.2 Наружное протягивание

Наружные протяжки применяются, как правило, при обработке разнообразных цилиндрических поверхностей деталей, имеющих незамкнутый контур. В отличие от внутренних протяжек наружные протяжки состоят только из режущей и калибрующей части. Это объясняется тем, что наружные протяжки, а также заготовки жестко закрепляются на вертикально-протяжных станках, за счет чего и обеспечивается определенное относительное движение и расположение инструмента и детали в процессе обработки. Определенное взаимное расположение и относительное перемещение инструмента и заготовки создается с помощью соответствующих приспособлений и на горизонтально-протяжных станках при работе наружными протяжками. Из наружных протяжек наиболее распространены плоские протяжки для обработки одной или нескольких плоских поверхностей. Конструкция протяжки и ее размеры в значительной степени предопределяются принятой схемой резания.

4.3 Плоское шлифование

Плоское шлифование выполняется на станках, работающих периферией или торцом круга. Шлифование торцом круга производительное, так как в резании одновременно участвует большее число режущих зерен. Однако большой контакт круга с деталью при шлифовании торцом вызывает интенсивное выделение теплоты в процессе шлифования, что нередко приводит к деформациям и трещинам на обрабатываемых поверхностях.

При шлифовании периферией круга поверхность контакта и число одновременно режущих зерен значительно уменьшаются, поэтому снижаются производительность, количество выделяемой теплоты и деформации. Последнее особенно важно для получения высокой точности шлифования маложестких и тонких деталей.

Станки, работающие периферией круга, более универсальны. Они обрабатывают плоские и фасонные поверхности, прямые и профильные канавки, тонкостенные детали и трудно шлифуемые материалы. Поэтому способ шлифования периферией круга широко применяют в единичном и мелкосерийном производстве, при которых требуются универсальные наладки. В массовом и серийном производстве этот способ применяют в тех случаях, когда нельзя использовать шлифование торцом (профильное шлифование и обработка трудно шлифуемых материалов).

Шлифование периферией круга осуществляется на станках с прямоугольным и круглым столами. Наиболее универсальным является шлифование на станках с прямо­угольным столом, на котором преимущественно обрабатываются детали удлиненной формы, с буртами, пазами, канавками, неустойчивые с недостаточно развитой базой и детали, у которых требуется обработать фасонные поверхности. При обработке послед­них круг профилируется в процессе правки. В массовом и крупносерийном производстве правящие устройства для профилирования расположены на шлифовальной бабке.



5. Обработка резьбовых поверхностей

5.1 Нарезание резьбы резцом и гребенкой, нарезание упорных резьб

Нарезание резьбы, технологические процессы получения резьбы снятием стружки на поверхностях различных деталей. Простейший способ Н.р. - при помощи метчиков и плашек - осуществляется вручную, на гайконарезных или болтонарезных станках. На токарных станках резьбу нарезают резцами за несколько проходов. Резьбу с шагом SЈ 2,5 мм., нарезают по профильной схеме с радиальной подачей, резьбу с шагом Sі 2,5 мм., нарезают вначале по генераторной схеме с боковой подачей (черновые проходы), затем по профильной схеме (чистовые). Н.р. резцом - процесс малопроизводительный, но позволяющий при небольших подачах получать резьбу с малой шероховатостью поверхности (класс чистоты С8-С9), с 4-й степенью точности. Производительность повышается при Н.р. резьбовыми гребёнками и резьбовыми фрезами, так как при этом Н.р. можно осуществить за один проход. Наиболее прогрессивный способ, названный скоростным, или вихревым, обеспечивает повышение производительности в 2-2,5 раза по сравнению с резьбы фрезерованием и более чем в 10 раз по сравнению с Н.р. резцом. Н.р. при этом производят резцовыми головками методами схватывания и сгибания.

Резцовая головка с одним или несколькими резцами, оснащенными пластинами из твёрдого сплава, расположена эксцентрично по отношению к обрабатываемой заготовке. Заготовка совершает от 30 до 300 об/мин., в одном направлении, а резцовая головка - от 1000 до 3000 об/мин., в противоположном направлении. Заготовке за один её оборот сообщается осевая подача на один шаг резьбы, каждый резец приходит в соприкосновение с заготовкой один раз за оборот головки. Скорость резания достигает 400 м/мин. Метод применим для Н.р., как на наружных, так и на внутренних поверхностях при диаметре более 50 мм., и обеспечивает шероховатость поверхности 6-го класса (С6) и 5-6-ю степень точности. Получение резьбы возможно пластической деформацией.

5.2 Нарезание резьбы метчиком, плашкой и резьбонарезными головками

Резьбофрезерование - это перспективная технология, обеспечивающая значительные преимущества по сравнению с другими технологиями резьбы нарезания. Эти преимущества заключаются, прежде всего, в высокой надежности процесса обработки. Резьбофрезерование - это испытанный и стабильный процесс нарезания внутренней и наружной резьбы. Однако для его реализации требуются станки с возможностью одновременного перемещения по 3-м осям, чтобы придать инструменту перемещение по винтовой траектории. При программировании обработки можно использовать стандартные циклы системы ЧПУ для резьбы фрезерования или, что предпочтительнее, составить программу с помощью нашего приложения CCS (программа для расчетов режимов резания и выбора стратегии обработки).

Универсальность для снижения затрат.

Обработка резьбы методом резьбы фрезерования позволяет существенно снизить инструментальные затраты, поскольку один инструмент может производить несколько разных типоразмеров резьба:

- резьба в глухих и сквозных отверстиях;

- разные диаметры с одинаковым шагом;

- правая и левая резьба;

- любое поле допуска;

- точность на всю глубину.

Глубину резьбы можно точно запрограммировать вплоть до дна отверстия. Все витки резьбы получаются полными и попадают в поле допуска.

Дополнительные преимущества:

- точное позиционирование резьбового отверстия;

- возможность ускоренного ввода и вывода инструмента;

- небольшой крутящий момент, даже при обработке больших резьб.

Инвестиции, которые окупаются.

Резьбовые фрезы являются универсальным инструментом, поскольку фрезой одного и того же типоразмера можно обработать резьбы разного диаметра, направления, числа заходов в глухих и сквозных отверстиях, заготовках длинно-стружечных и коротко-стружечных материалов.

Надежность обработки благодаря образованию короткой легко удаляемой стружки.

Производительность за счет высокой скорости резания и подачи.

Снижение нагрузки на шпиндельный узел из-за отсутствия необходимости реверса:

- возможна обработка без СОЖ;

- можно использовать любой фрезерный патрон;

- дополнительное снижение стоимости за счет переточки.

Компания "ИТС" предлагает широкий выбор резьбового фрезерного инструмента ведущих мировых производителей, который сможет удовлетворить требование даже самого взыскательного покупателя.

5.3 Резьбофрезерование

Резьбошлифование предназначено для окончательной обработки резьб преимущественно закаленных деталей. Как и при зубовое шлифовании, рабочая часть шлифовального круга 1 требует специальной правки, а кинетическая схема станка предусматривает строго согласованное вращение обрабатываемого изделия 2 и осевого перемещения его относительно круга.

Основные параметры процесса: скорость шлифовального круга (Vk= 30-35 м/с), число оборотов детали в минуту n0, глубина резания (0,04-0,1 мм). Технологические возможности резьбового шлифования ограничиваются формой обрабатываемой поверхности - резьбой различного профиля. Достигаемая точность - 1-й класс (6-й квалитет) (отклонения по среднему диаметру при шлифовании одиночным кругом +0,03 мм, по шагу +(0,002-0,003) мм, при обработке многониточным кругом отклонение соответственно +0,015 и +(0,005-0,008) мм). Шероховатость обработанной поверхности Ra=1,25 мкм, Rz=0,16 мкм. Припуск на резьбошлифование в зависимости от шага и диаметра резьбы составляет 0,15-0,35 мм на диаметр.

Процесс резьбового шлифования осуществляется с применением смазочно-охлаждающей жидкости. Абразивные круги чаще всего применяют на керамической связке зернистостью 4-5 и твердостью С1 или СМ2. Резьбошлифование может выполняться одно- и многониточным кругом. Шлифование производится при продольном перемещении изделия. Многониточные круги применяют преимущественно при обработке коротких резьб. Ширина круга должна превышать длину шлифуемой резьбы на 2-4 шага. На рабочей поверхности круга образуется кольцевая резьба соответствующего шага. Шлифование производится по методу врезания при продольном перемещении детали на 2-4 шага за 2-4 оборота.

При шлифовании резьбы, длина которой превышает ширину многониточного круга, заготовке сообщается продольное перемещение относительно последнего. Одной из разновидностей резьбового шлифования является бесцентровое резьбошлифование, применяемое главным образом в условиях массового производства для обработки наружных резьб многониточными кругами, имеющими конусную заборную часть. Обрабатываемая заготовка опирается на нож, точно установленный под углом подъема винтовой линии резьбы. Ось ведущего круга наклонена в вертикальной плоскости в ту же сторону, что и нож, на угол, вдвое больший, благодаря чему заготовке, помимо вращения, сообщается осевая подача на величину шага за один оборот. При шлифовании заготовок с буртиком или головкой образование резьбы осуществляется за 1,2-1,5 ее оборота. При шлифовании этим методом достигается точность 1-го класса. Резьбошлифование применяется главным образом для обработки точных резьб на закаленных деталях (метчики, резьбовые калибры, резьбовые фрезы, плашки и ролики для накатывании резьбы и др.).

Резьба с мелким шагом (до 1,5 мм.) образуется непосредственно на гладкой заготовке без предварительной прорезки лезвийный инструментом. Более крупные резьбы предварительно нарезаются. Резьбошлифование производится на резьбовых шлифовальных станках, наибольшее применение находит в условиях серийного и реже массового и единичного производства.

5.4 Резьбошлифование

Получение резьбы накатыванием осуществляется копированием профиля накатного инструмента путем его вдавливания в металл заготовки.

Рис. 5.1 - Накатывание резьбы:

На токарных, токарно-револьверных станках и станках-автоматах накатывают резьбы диаметром 5-25 мм., одним роликом (рисунок слева). Резьбу накатывают при вращении заготовки в патроне или цанге и при поступательном перемещении суппорта станка вместе с накатником 3, в который вмонтирован накатной ролик 2. При этом необходимо следить за величиной деформации заготовки под действием односторонней радиальной силы. Накатывание резьбы диаметром до 50 мм., происходит в более благоприятных условиях при применении резьбонакатных головок (рисунок справа) с тремя и более роликами. Головки могут быть самораскрывающимися и нераскрывающимися. Ролики выполняют с кольцевой и винтовой резьбой. Ролики с кольцевой резьбой устанавливают в головке под углом подъема винтовой линии накатываемой резьбы и смещают один относительно другого на 1/z шага, где z - число роликов в комплекте. Ролики с винтовой резьбой устанавливают параллельно оси заготовки. Резьбонакатные головки по принципу работы не отличаются от резьбонарезных головок.

Накатывание резьбы производится, как правило, при самозатягивании головки, поэтому осевая подача инструмента на заготовку необходима только в начальный период, пока ролики не захватят заготовку. При накатывании поверхность резьбы получается уплотненной и без микронеровностей, характерных для обработки резанием, что повышает прочность резьбы.

Резьбы можно накатывать на деталях из различных материалов. Материал считается пригодным для накатывания резьбы, если его относительное удлинение d>12%. При накатывании резьб рекомендуется применять в качестве смазочно-охлаждающей жидкости эмульсию или масло.

5.5 Накатывание резьбы

Для получения резьбы методом пластической деформации на внутренней поверхности применяют раскатники.

Раскатник имеет заборную часть с конической резьбой длиной L1=3P для глухих и L=10Р для сквозных отверстий.

Калибрующая часть выполнена с цилиндрической резьбой длиной L2=5Р.

По всей рабочей части раскатника выполняется огранка r=0,2-0,6 мм., для уменьшения сил трения при обработке резьбы.

В процессе работы раскатник вращается относительно детали при принудительной подаче вдоль оси.



6. Отделочные методы обработки

6.1 Хонингование

В настоящее время в серийном и массовом производстве при изготовлении ответственных деталей предъявляются высокие требования к точности и шероховатости поверхности:

- некруглость менее 1 мкм., волнистость менее 0,2 мкм.;

- нецилиндричность и непрямолинейность образующей менее 2-5 мкм.;

- параметр шероховатости Ra = 0,02- 0,8 мкм.;

- отсутствие дефектного слоя металла (структурно-фазовых изменений, напряжений растяжения, микротрещин), определенные значения параметров формы микронеровностей и опорной поверхности.

Обеспечение этих требований достигается с помощью таких процессов абразивной обработки, как хонингование брусками из традиционных и сверхтвердых абразивных материалов. Этот процесс относят к процессу доводки. Хонингование производится при одновременно выполняемых вращательном и возвратно-поступательном движениях инструмента (головки с брусками). Подача (разжим) брусков в радиальном направлении при хонинговании производится либо непрерывно, под воздействием постоянного усилия, либо периодически, на каждый двойной ход хонинговальной головки.

При контакте рабочей поверхности бруска с обрабатываемой поверхностью заготовки происходит царапанье металла одновременно большим числом абразивных частиц. Размер таких частиц при хонинговании составляет 20-100 мкм., среднее число частиц на поверхности бруска 20-400 зерен на 1 мм².

Основными видами взаимодействия абразивных зерен с металлом являются микроскопическое резание со снятием тончайших стружек и трение с пластическим оттеснением металла.

Для интенсивного резания необходимо, чтобы абразивный брусок самозатачивался путем скалывания и вырывания затупившихся зерен из связки. При использовании брусков из сверхтвердых абразивных материалов (алмаза, эльбора) зерна длительное время сохраняют свою остроту, преобладает микроскопическое скалывание зерен, а не вырывание их, что значительно повышает стойкость брусков.

Рис. 6.1 - Схема движений бруска и детали при хонинговании:

Где:

1 - деталь;

2 - брусок;

3 - перебег;

4 - перекрытие (Vок - окружная скорость, Vвп - скорость возвратно-поступательного движения, бс - угол сетки).

Путем выбора оптимальных характеристик брусков и регулирования параметров обработки (скорости, давления) можно управлять процессом обработки, осуществляя на первой стадии непрекращающееся резание металла в течение достаточно длительного времени, необходимого для исправления погрешностей формы заготовки, удаления исходной шероховатости и дефектного слоя. Скорость съема металла при этом составляет 2-4 мкм/с. Для получения поверхности с малой шероховатостью (Ra = 0,1 - 0,3 мкм., при хонинговании).

Также для создания благоприятного микрорельефа поверхности деталей и упрочненного поверхностного слоя металла процесс обработки на заключительной стадии может быть переведен в режим преобладающего граничного трения, при котором съем металла резко сокращается, а брусок выглаживает обрабатываемую поверхность. Такой переход можно осуществить, изменяя параметры обработки: повышая окружную скорость заготовки или инструмента, снижая давление бруска и частоту колебаний бруска.

Ранее применявшийся процесс обработки брусками с самостоятельным прекращением резания и съема металла был неуправляемым и не мог обеспечивать стабильного качества деталей, так как самостоятельно прекращение съема металла часто происходит значительно раньше, чем удаляется припуск, необходимый для исправления погрешностей формы и устранения дефектного слоя.

В отличие от шлифования, при котором контактная поверхность составляет незначительную часть рабочей поверхности круга, при хонинговании брусок постоянно соприкасается с деталью по всей рабочей поверхности, причем в начальный момент времени брусок прирабатывается к обрабатываемой поверхности. Такой контакт пары брусок - заготовка способствует повышению производительности обработки и точности формы деталей. Давление при хонинговании на поверхности контакта бруска с деталью составляет 0,1-1 МПа, что в 10-100 раз меньше, чем давление при шлифовании. Скорость резания при обработке брусками 10-100 м/мин, т. е., в 15-100 раз ниже, чем при шлифовании. В результате при хонинговании тепловыделение в зоне обработки значительно ниже, чем при шлифовании, а контактная температура не превышает 150-200°С. Таким образом, отсутствуют физические причины образования в поверхностном слое микротрещин, а также остаточных напряжений растяжения.

При хонинговании в системе поддержания контакта бруска с деталью контакт замыкается кинематические, с помощью клиновой пары, жесткость системы прижима брусков высока, сила резания при наличии погрешностей формы заготовки непрерывно изменяется. Имеется ряд современных хонинговальных станков, на которых заготовка или хонинговальная головка также совершает дополнительное колебательное движение; такой процесс назван вибрационным хонингованием. Этот процесс особенно эффективен при хонинговании глухих отверстий.

Процесс хонингования используют главным образом как способ обработки отверстий. В настоящее время разработаны и используются станки и головки для наружного хонингования.

...