Основы технологии формообразования поверхности детали

      Оптимальной стружкой в массовом производстве считают  цилиндрическую или коническую спираль  в виде отрезков длиной 30-80 мм при диаметре до 15 мм. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      Обработка абразивным инструментом 

      Абразивные  материалы представляют собой порошковые мелкозернистые вещества, используемые для производства абразивных инструментов: шлифовальных кругов, лент, брусков, сегментов, головок. Естественные абразивные материалы (наждак, кварцевый песок, корунд) характеризуются значительным разбросом свойства поэтому применяются редко.

      Абразивные  инструменты в машиностроении изготавливают  из искусственных материалов: электрокорундов, карбидов кремния, карбидов бора, оксида хрома и ряда новых материалов. Все они отличаются высокими свойствами: красностойкостью (1800…2000С), износостойкостью и твердостью. Так, макротвердость карбидов бора составляет 43 % от микротвердости алмаза, карбидов кремния – 35% и электрокорунда – 25%. Обработка абразивными инструментами ведется на  скоростях 15…100 м/с на завершающих этапах технологических процессов по изготовлению деталей машин.

      Шлифовальные  и полировальные пасты содержат в своем составе оксид хрома. Из новых материалов  в качестве абразивов для обработки твердых  сплавов используют эльбор, представляющий собой поликристаллические образования на основе нитрида бота кубического или гексагонального строения. 
 
 
 
 
 
 
 

      Выбор способа обработки  резанием 

      Способы обработки резанием следующие: точение, сверление, фрезерование, протягивание, шлифование и другие, менее распространенные, причем строгание, точение и фрезерование проводят лезвийным инструментом, а шлифование – абразивным.

      Точение.  Обработка на станках токарной группы заготовок, имеющих форму тел вращения, получила широкое распространение. при точении совершается два движения резания: вращательное движение заготовки (главное движение) и поступательное движение режущего инструмента – резца (движение подачи).

        На станках токарной группы  помимо обтачивания наружных  цилиндрических, конических и фасонных поверхностей выполняются следующие операции: растачивание цилиндрических и конических отверстий, подрезание торцовых поверхностей, нарезание наружной и внутренней резьбы, разрезание, обкатывание роликами и шарами, алмазное выглаживание. Кроме того, на этих станках можно сверлить, зенкеровать, развертывать отверстия. А при установке специальных механизмов проводить и другие обработки.

        На токарных станках проводится  обдирочная, черновая, получистовая  и чистовая обработки, а также тонкая  обработка различными резцами.

      Сверление. Сверление и растачивание – методы обработки резанием внутренних цилиндрических поверхностей  с помощью сверл или расточных резцов.

      Сверлами  формируют поверхности отверстий  преимущественно в сплошном металле заготовок или деталей разных габаритов. расточными резцами ведут обработку в заранее отформованных отверстиях с припуском, чтобы получить отверстия  с точно координированными осями. Растачивают средне- и крупногабаритные заготовки корпусных деталей.

        На сверлильных станках осуществляются два рабочих движения сверла: вращательное, вокруг своей оси (главное движение), и поступательное, параллельно оси (движение подачи). Расточенные станки также имеют два движения: вращение инструмента (главное движение) и перемещение инструментов или заготовки (движение подачи).

      Помимо  сверл на сверлильных станках используют и другие осевые инструменты для получения поверхностей заданных форм и размеров с высокими показателями по качеству.

      На  сверлильных и расточных станках проводят и многоинструментальную обработку. На расточных станках также применяют осевые инструменты, но чаще расточные резцы. При обработке используются резцовые головку и резцовые блоки. Более  высокую точность обеспечивают алмазные расточные резцы.

      Протяжка. В условиях крупносерийного и массового производств находит широкое применение высокопроизводительный и точный метод обработки внутренних и внешних поверхностей деталей машин – протягивание.

      Обработка совершается на горизонтально –  или вертикально – протяжных станках. Последние по внешнему виду напоминают долбежный станок. Для высокопроизводительной работы существуют станки непрерывного действия (конвейерные и карусельные). Основные виды протягиваемых поверхностей показаны на рис. 5, а.

      Протяжки  могут быть цельными. Сборными или составными. Изготовляются они из легированных инструментальных сталей ХВГ, быстрорежущих сталей Р6М5, могут быть оснащены пластинками из твердых сплавов ВК8 и др.

Рис. 5. Обработка на протяжных станах: поверхности, обрабатываемые протягиванием

      Фрезерование является методом обработки заготовок. При котором непрерывное главное вращательное движение совершает режущий инструмент – фреза, а заготовка – поступательное движение подачи. Отличительная черта фрезерования – высокая производительность и разноплановая, с точки зрения геометрических форм поверхностей обработка.

     Конструкция фрезы многолезвийного инструмента  предопределяет характер процесса резания  – это прерывистость резания: каждый зуб фрезы находиться в контакте с заготовкой только какую-то часть оборота.

      Методы  обработки:

• Встречное фрезерование (против подачи), в этом случае направления вращения фрезы и перемещения заготовки не совпадают
• Попутное фрезерование (по подаче), когда направление вращения фрезы и перемещения заготовки совпадают
• Торцовое фрезерование. Торцовая фреза лучше закреплена в шпинделе станка и обеспечивает более плавную работу за счет  введения в действие большого числа зубьев.

     При встречном фрезеровании  зуб фрезы внимает стружку толщиной от нулевого до максимального значений, возрастание  нагрузка на зуб. Действующая на заготовку сила стремится оторвать ее от стола, вырвать из зажимного приспособления. В следствие этого в технологической системе возникаю вибрации, отрицательно сказывающиеся на обработке. Возможное скольжение зуба по поверхности металла, упрочненного предыдущим зубом, приводит к повышенному износу фрезы. Попутное фрезерование более благоприятно. Зуб фрезы сначала снимает слой металла наибольшей толщины, таким образом нагрузка на зуб изменяется от максимального до нулевого значений. Возникающая сила прижимает заготовку к столу, вибрации минимальны, проскальзывания зубьев нет. Все это приводит к получению лучшей шероховатости поверхность и меньшему износу инструмента, несмотря на то, что он начинает обработку с загрязненной корки заготовки.

      Шлифование является распространенным видом чистовой и тонкой обработок деталей машин. Часто шлифование является окончательной обработкой. Процесс резания материала заготовки абразивными зернами -  это сущность  шлифования. Абразивные зерна с помощью различных связующих веществ образуют шлифовальные круги – инструменты для обработки шлифованием, работающие на больших скоростях, более 15 м/с. Вращение шлифовального круга является главным движением резания.

      Абразивные  зерна осуществляют силовое воздействие на заготовку, что приводит к поверхностному пластическому деформированию материала. Поверхностный слой упрочняется, но эффект упрочнения из-за высоких температур (процесса рекристаллизации) значительно меньше. Чем при обработке лезвийным инструментом. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      Электрофизические и электромеханические методы обработки 

      Электрофизические и электромеханические методы обработки  заготовок приобретают все большее значение, так как они пригодны для обработки прочных, хрупких. Очень вязких и других материалов. 

      Электрофизические  методы обработки 

      Электрофизическая обработка называется также электроэрозионной. Так как она основана на эрозии электродов из токопроводящих материалов при пропускании между ними импульсного электрического тока. При достижении определенной разности потенциалов на электродах в межэлектродной среде (пазовой или лучше жидкостной) за счет ионизации  образуется канал проводимости, по которому осуществляется импульсный искровой или дуговой разряд. Плотность тока в канале проводимости достигает больших значений – до 8000…10000 А/мм^2, а время разряда всего 10^(-15) c.

      Электрофизическая обработка имеет четыре разновидности: электроискровая, электроимпульсная, электроконтактная и анодно-механическая.

Рис. 6. Схемы электрофизической  обработки: а – электроискровая, б – электроимпульсная, в – электроконтактная, г – анодно-механическая 

      Электроискровая обработка (рис 6, а) основана на использовании импульсного искрового разряда между заготовкой (анод) и инструментом (катод).  Длительность разряда 20…200 мкс, режимы обработки бывают в зависимости от энергии в импульсе жесткими или средними, а также мягкими или особо мягкими. Достигается точность обработки по 5,6-му квалитетам, а шероховатость поверхности Ra=1,25..0,16 мкм. Обработка ведется в среде диэлектрической жидкости (керосина или минерального масла), которая охлаждает продукты эрозии, препятствует нагреву электродов, уменьшает боковые разряды между инструментом и заготовкой. Для сохранения постоянного зазора станки для электроискровой обработки снабжают следящими системами и механизмом автоматической подачи инструмента.

     Электроискровая обработка широко применяется для прорези пазов, вырезки по контуру, для изготовления штампов, пресс-форм, фильер, режущих инструментов и др. К недостаткам процесса относят: низкую производительность обработки, большой износ электродов и образование на деталях дефектного слоя толщиной 0,005…0,5 мм.

      Электроимпульсная обработка (рис 6, б) заключается в использовании электрических импульсов большой длительности от 500 до 10000 мкс, при этом происходит мощный дуговой разряд между поверхностями инструмента и заготовки. Применяют обратную полярность включения электродов. При этом методе обработки износ инструментов-электродов значительно меньше, чем при электроискровой обработке.

      Метод считается целесообразным для предварительной  обработки фасонных поверхностей штампов, лопаток, инструментов. Применяется  он и для обработки твердых, нержавеющих и жаропрочных сплавов.

      Электроконтактная обработка (рис 6, в) использует локальный нагрев заготовки в месте ее контакта с электродом-инструментом. Источником образования теплоты в зоне обработки служат импульсные дуговые разряды. Возникающие за счет быстрого перемещения инструмента относительно заготовки. Соприкосновение под небольшим давление двух металлических электродов приводит в месте контакта  к повышенному электросопротивлению, разогреву, размягчению и плавлению материала заготовки. Затем разогретый или расплавленный металл удаляется из зоны обработки механическим путем за счет движения заготовки относительно инструмента.

      Электроконтактная обработка не обеспечивает высокой точности и качества поверхности (шероховатость поверхности около 50 мкм), но приводит к высокой производительности вследствие значительного съема металла. Применяется для резки заготовок, обдирки отливок, заточки инструмента и т.д. Рекомендуется для обработки углеродистых и легированных сталей, чугуна, тугоплавких сплавов.

      Анодно-механическая обработка (рис 6, г) характеризуется протеканием в месте обработки нескольких процессов. Анодом служит заготовка, а катодом – инструмент. В качестве инструмента выступают диски, цилиндры,  проволока. Заготовке и инструменту сообщаются движения, аналогичные движениям при обработке резанием. В зону обработки подается электролит, которым чаще всего является водный раствор жидкого натриевого стекла.

      Пропускание постоянного тока через зону обработки приводит к анодному растворению, характерному для электрохимической обработки. В моменты соприкосновения микронеровностей обрабатываемой поверхности заготовки с инструментом возникают электродуговые разряды, проводящие к электроэрозии. 
 
 
 
 
 

      Электрохимические методы обработки 

                а)  

Рис. 7. Схемы электрохимической обработки: а — полирование;   б —размерная,   в — электроабразивная    и    электроалмазная 

      В основу электрохимических методов  обработки положен принцип анодного растворения, имеющий место при электролизе. При подаче постоянного тока в место обработки на поверхности заготовки происходят химические реакции, превращая слой металла в химические соединения. Продукты электролиза переходят в раствор или удаляются механическим путем. К методам, получившим наибольшее распространение в промышленности, относят электрохимическое полирование, электрохимическую размерную обработку, электроабразивную и электроалмазную обработки.