Обработка плоских поверхностей

Обтачивание плоскостей. Необходимость выделять обтачивание плоскости в отдельную операцию встречается редко (например, при изготовлении тонких дисков). Обтачивание плоскости выполняется как один из переходов операции, в которой обрабатывается примыкающая к плоскости поверхность вращения. При таком построении операции (обработка в одну установку) соблюдается (без участия приспособления) перпендикулярность плоскости к оси поверхности вращения.

Значимость обтачивания плоскости как перехода операции зависит от размеров и формы детали. Для одних деталей (рис. 5.18, а) этот переход может быть в операции основным, а для других (рис. 5.18, б) — второстепенным. Часто плоскость образуется в том же переходе, что и цилиндрическая поверхность (вытачивание канавки, обтачивание ступени валика резцом с углом в плане j = 90° и т. п.).

а б

Рис. 5.18. Типы плоских поверхностей

а б

Рис. 5.19. Обтачивание с прямой (а) и обратной (б) подачей

Для обтачивания плоскости применяют проходной или подрезной резец. Выбрав резец, пригодный не только для обтачивания плоскости, но и для других переходов, уменьшают разнообразие резцов, необходимых для операции. Обтачивание выполняют с прямой или обратной подачей (рис. 5.19). Второй метод дает несколько лучшую точность, но менее удобен для контроля координаты плоскости, если нужны пробные проходы и промеры.

С позиций точности обработки плоская поверхность не имеет собственного размера (подобного, например, диаметру у цилиндрической поверхности). Поэтому требования к ней состоят из требований к точности формы и шероховатости поверхности.

Точность формы зависит от точности станка. Характерным дефектом формы является неплоскостность типа показанной на рис. 5.20. Такой дефект не обнаруживается при контроле торцового биения, поэтому в необходимых случаях предусматривают контроль плоскостности с помощью лекалькой линейки, по краске и т. п., в зависимости от местоположения плоскости и требуемой точности формы. Точность плоскости по чистоте обработки получается такой же, как при обтачивании цилиндрических поверхностей.

Рис 5.20. Дефекты плоской поверхности

Строгание и фрезерование плоскостей. Строгание плоскостей на продольно-строгальных станках почти совершенно вытеснено более производительным фрезерованием. Оно сохраняется, главным образом, в условиях единичного производства благодаря тому, что строгальные станки выгодно отличаются от фрезерных простотой необходимого инструмента (резцы) и наладки.

Операция фрезерования требует надежного закрепления детали и по возможности ближе к месту обработки во избежание вибраций. В зависимости от размеров и формы деталь закрепляют непосредственно на столе станка, в тисках, в патроне, но чаще всего (исключая единичное производство) в специальном приспособлении.

По величине допустимого припуска на обработку фрезерование относится к самым универсальным процессам обработки. Наибольшую величину припуска, который возможно снять в один проход, ограничивает лишь надежность закрепления детали, прочность детали и мощность станка.

Различают фрезерование цилиндрическое (осевое) и торцовое.

Для цилиндрического фрезерования желательно (а при большой ширине обработки — обязательно) горизонтальное положение плоскости с тем, чтобы использовать для операции горизонтально-фрезерный станок, допускающий двустороннее закрепление инструмента. Горизонтальное положение плоскости благоприятно также для приспособления, несущего деталь (благоприятное направление действующих сил).

Торцовое фрезерование в большинстве случаев оказывается производительнее и несколько точнее; область его применения значительно шире.

Для фрезерования широких плоскостей применяют крупные торцовые фрезы со вставными ножами или резцами—фрезерные головки (стандартные головки изготовляют с диаметрами до 600 мм). Для деталей из цветных сплавов часто пользуются однозубыми торцовыми фрезами, работающими на режимах, близких к тонкому точению. Такая обработка заменяет трудно выполнимое шлифование (t до 0,02 мм при шероховатости до Ra 1.25).

Операции фрезерования плоскости характеризуется возможностью значительно повышать производительность путем одновременной обработки деталей. Для небольших деталей эта возможность обусловлена сравнительно большой площадью стола станка и большим ходом стола, позволяющими применять крупные многоместные приспособления.

Для деталей более крупных одновременная обработка возможна на карусельно-фрезерном станке, причем станок двухшпиндельный позволяет в одной операции сделать и черновую, и чистовую обработку.

Станки продольно-фрезерные рассчитаны на обработку плоскостей с двух или трех (в зависимости от количества шпинделей) сторон детали. Высокопроизводительная непрерывная двусторонняя обработка деталей является основным назначением барабанно-фрезерных станков.

Рис. 5.21. Схемы шлифования плоских поверхностей:

а — на станке для наружного шлифования цилиндрических поверхностей; б—на внутришлифовальном станке

Шлифование плоскостей. Предшествующей обработкой для операций плоского шлифования служит чистовое обтачивание или фрезерование плоскости.

Плоскость и примыкающую к ней цилиндрическую поверхность, обточенные в одной операции, шлифуют также в одной операции на станке, требующемся для цилиндрической поверхности (рис. 5.21). В других случаях плоскость шлифуют на плоскошлифовальном станке.

Чистовым шлифованием обеспечивают величину плоскостности от 0,02 мм и больше (в зависимости от протяженности плоскости) и шероховатость до Ra 0.63.

Протягивание плоскостей. Как и протягивание отверстий, протягивание плоскостей отличается, прежде всего, высокой производительностью при снятии значительного припуска на обработку и большой точностью обработки. В большинстве случаев протягивание производят без какой-либо подготовительной обработки плоскости, снимая припуск в 2—6 мм.

Для наружного протягивания выпускают протяжные станки вертикального типа одинарного или двойного действия. Вторые имеют две плиты с протяжками, работающими попеременно, с целью перекрытия вспомогательного времени на установку и закрепление детали машинным временем.

Обрабатываемую деталь устанавливают и закрепляют в приспособлении, рассчитанном на получение заданной координаты плоскости. Погрешность, вносимая в координату (в исходный размер) методом обработки, колеблется в пределах 0,02— 0,06 мм, при шероховатости поверхности до Ra 1.25. Таким образом, одна операция протягивания в состоянии заменить не только черновое и чистовое фрезерование, но и шлифование плоскости, вместе взятые.

Протягиванием обрабатывают как открытые плоскости, так и сочетания плоскостей. Длину цельных протяжек допускают до 400—500 мм, а более длинные делают составными.

При протягивании широких плоскостей зубья протяжки получаются соответственно широкими, и для уменьшения нагрузки на протяжку (а также на деталь) подача на зуб должна быть малой. Встречаясь с грубой поверхностью заготовки, зубья протяжки быстро тупятся и легко выкрашиваются. В связи с этим применяют прогрессивное протягивание. Особенностью этого метода является то, что зубья протяжки снимают не тонкие стружки в направлении припуска на обработку, а толстые стружки в направлении ширины плоскости, подобно тому, как это делал бы резец на строгальном станке (рис. 5.22,а). Вариантов этого способа существует много. Например, для уменьшения длины протяжки (и уравновешивания боковых нагрузок) предусматривают не один, а два ряда режущих зубьев (рис. 5.22, б).

Калибрующие зубья

Деталь б

Деталь а

Режущие зубья

Рис. 5.22. Схемы прогрессивного протягивания

Методы отделки поверхностей

Общие сведения. Отделочными называют методы обработки, рассчитанные на получение особенно высокой точности поверхности. К таким методам относятся тонкое точение, хонингование, притирание, полирование, суперфиниширование, выглаживание. Операции отделки отличаются снятием весьма малых припусков.

Малый припуск не позволяет существенно изменять положение поверхности, занимаемое ею до отделки. Поэтому за исключением тонкого точения, все методы отделки характерны самоустанавливающейся конечной связью, т. е. рассчитаны на улучшение только точности обработки. Отделку используют чаще всего для повышения точности поверхности только по форме и по шероховатости, и даже только по шероховатости, так как заданная точность по размеру редко требует отделочных методов. Необходимый малый припуск обеспечивают за счет допуска на окончательный размер поверхности.

Тонкое точение. Процесс тонкого точения характеризуется незначительной глубиной резания, малой подачей и высокой скоростью резания. Обработку ведут алмазным или твердосплавным резцом.

Тонкое точение применяют главным образом при обработке деталей из цветных сплавов, так как эти сплавы легко обрабатываются резцом, но плохо ведут себя при обработке абразивным инструментом.

Точение алмазным резцом дает возможность при автоматическом получении размеров обеспечивать точность поверхности: по диаметру — до 5 квалитета точности; по форме — овальность и конусность, не превышающие 0,003—0,005 мм; по шероховатости — до Ra 0.16.

Высокая точность получается благодаря малому износу доведенного лезвия резца (стойкость алмазного резца 200—400 ч), небольшим силам в процессе резания и высокой точности оборудования. Большая скорость резания не только компенсирует уменьшение производительности в связи с малой подачей, но и способствует уменьшению шероховатости обработанной поверхности.

Для операций тонкого точения используют станки определенного назначения, но наряду с ними и токарные станки, обладающие необходимыми кинематическими данными и точностью. Резцы из твердых сплавов используют для обработки сталей и чугуна, а также для чернового точения цветных сплавов, когда операцию тонкого точения разделяют на два перехода — черновой и чистовой.

Наиболее широко тонкое точение используют для обработки точных отверстий в деталях из цветных сплавов. Трудности шлифования (засаливание круга) здесь особенно возрастают (малый диаметр круга); развертывание также малопроизводительно и к тому же не позволяет влиять на координаты оси отверстия. Тонкое растачивание позволяет влиять на точность размера и формы, обеспечивает высокую стабильность качества обработки и хорошую производительность. Для этой цели выпускают расточные станки, у которых вращается не деталь, а резец (ввиду быстроходности важно, чтобы нагрузки на шпиндель были меньшими). Для небольших деталей применяют горизонтально-расточные станки, а для крупных — вертикальные.

Самый малый и равномерно распределенный по окружности отверстия припуск позволяют обеспечивать горизонтально-расточные двусторонние станки. На таком станке при одной установке детали производят черновое растачивание с одной стороны, а чистовое — с другой.

Для операций растачивания отверстий с параллельными осями используют многошпиндельные станки, допускающие устанавливать нужное расстояние между осями шпинделей, а также специальные станки, изготовляемые как агрегатные.

Хонингование. Хонингование находит широкое применение для обработки отверстий. Обрабатывающим инструментом служит разжимная головка - хон, несущая по окружности абразивные (или алмазные) бруски (рис. 5.23). Бруски закреплены в металлических колодках и с помощью механизма головки могут разжиматься в радиальных направлениях. Головку связывают со шпинделем хонинговального станка не жестко, а шарнирно, чтобы она могла самоустанавливаться по обрабатываемому отверстию детали, закрепленной на столе станка.

Головке, введенной в отверстие, сообщается вращение (V = 30 - 60 м/мин) и возвратно-поступательное движение V = 10 - 15 м/мин). Разжатие брусков в процессе обработки осуществляется автоматически или вручную (головка — инструмент специальный, поэтому конструкции их разнообразны). Давление брусков на поверхность — небольшое (0.4 – 0.8 МПа). Во время обработки применяют обильное охлаждение керосином, часто с примесью минерального масла. Обычная длительность хонингования 1—5 мин.

Припуск (слой металла), снимаемый в одной операции хонингования, может быть малым (до 0,01 мм) и сравнительно большим (до 0,2 мм). Он определяется точностью предшествующей обработки и показателями точности поверхности, требуемыми после хонингования.

В

В

Б-Б

Б

В-В

А

А

А-А

Б

Рис. 5.23. Хон

Малые припуски характерны для весьма точных операций, выполняемых после соответственно точной предшествующей обработки и для операций, предусматриваемых лишь с целью улучшить точность поверхности по форме и шероховатости. Большие припуски получаются в операциях, выполняемых сразу после растачивания (шлифование затруднительно вследствие большого веса или неудобной формы детали).

Заданная точность положения отверстия должна быть достигнута до хонингования. Хонингованием получают отверстия 5 квалитета точности и более точные, при шероховатости до Ra 0.02.

Притирание. Притирание — тонкая абразивная обработка, применяемая для получения весьма точных поверхностей. Операции притирания выполняют с помощью ручных притиров или на притирочных станках.

Ручной притир для наружной цилиндрической поверхности изготовляют в виде колодок, охватывающих поверхность, для отверстия притир делают разжимным, а для плоской поверхности пользуются точной плитой.

Притирание цилиндрических поверхностей ручными притирами выполняют как машинно-ручную операцию (вращение детали или цритира — механическое), а плоских — или как машинно-ручную (плита в форме диска вращается, деталь прижимают к плите и перемещают по ней вручную) или же как полностью ручную (плита неподвижна). На притирочных станках необходимые движения осуществляются без участия рабочего.

Ручные притиры делают из чугуна (меди, свинца) и других материалов, более мягких, чем материал обрабатываемой детали. Благодаря этому абразивные зерна, наносимые в среде смазки на поверхность притира, вдавливаются и удерживаются в ней. Вдавливание (шаржирование) либо производится заранее (стальным роликом), либо происходит в процессе обработки.

Производительность и точность притирания зависит от зернистости и рода абразива, смазки и режима обработки. Из абразивов применяют корундовые и карборундовые микропорошки, окись хрома, окись железа, и др., а также пасты ГОИ. В качестве смазки используют керосин, бензин, минеральные масла и др. Скорость вращения при ручном притирании - в пределах 10 — 30 м/мин, и меньше, так как при точной обработке возможно нагревание детали.

Притирание позволяет получать поверхности, весьма точные по форме (погрешность в пределах 0,001 мм) и по шероховатости (вплоть до Ra 0.01).

На притирочном станке детали помещаются между плоскостями двух , притирочных чугунных дисков (рис. 5.24). Нижний диск связан со своим шпинделем жестко, а верхний — шарнирно, чтобы он самоустанавливался по деталям. Последние удерживаются между дисками деталедержателями. В результате вращения дисков (в одну сторону, но с разным числом оборотов) и перемещения деталедержателя, деталь получает сложное движение проскальзывания между дисками, что обеспечивает высокую точность формы. Для уменьшения длительности притирания прибегают к сортировке деталей по размерам перед притиранием.

Обработкой на таких станках достигают чистоту поверхности в пределах до Ra 0.16 – 0.02 и разность размеров деталей обработанных одновременно, в пределах до 0,002 мм.

б

в

а

Рис. 5.24. Притирание: а—схема расположения деталей; б—схема движения цилиндрической детали; в—сетка, получающаяся на поверхности детали

Полирование. Полированием называют обработку поверхности с помощью эластичного круга из войлока, ткани, кожи и т. п., покрытого полировальной пастой (абразивы и пасты — те же, что для притирания) или обработку тонкой абразивной шкуркой.

Полирование мягким кругом не является процессом, в ходе которого легко контролировать равномерность снятия металла с обрабатываемой поверхности. В то же время сам процесс снятия металла может быть весьма интенсивным. Поэтому полирование избегают применять, если к поверхности предъявляются высокие требования по точности размера и формы.

Обычно полирование предусматривают с целью уничтожить следы предшествующей обработки и получить блестящую поверхность. В одних случаях это нужно для уничтожения рисок и повышения тем самым прочности детали, в других — для улучшения внешнего вида детали, подготовки поверхности под декоративное или антикоррозионное покрытие и т. д.

Припуск на полирование предусматривают лишь для ответственных деталей. В таких случаях производят контроль размеров, как в процессе полирования, так и после него.

Полирование, выполняемое как машино-ручная операция, является работой тяжелой по условиям труда, поэтому при каждой возможности его механизируют.

Иногда с помощью абразивной шкурки улучшают чистоту цилиндрических рабочих поверхностей крупных деталей после шлифования — обыкновенно в этой же операции (не снимая деталь со станка).

В некоторых случаях полирование с помощью кругов и шкурок удается заменять так называемой абразивно-жидкостной обработкой (полированием). Сущность ее состоит в том, что на поверхность детали воздействуют ударами абразивных частиц, взвешенных в жидкости (в пропорции примерно 1 : 4 по объему). Жидкость подается из специальной насадки (сопла) сжатым воздухом под давлением 0,4—0,5 МПа или особым насосным устройством. Абразивные частицы срывают гребешки неровностей поверхности и чистота поверхности улучшается. Наряду с этим поверхность получает некоторый наклеп,, ведущий к упрочнению детали.

Продолжительность обработки участка детали, на который воздействуют рабочей жидкостью, не превышает нескольких минут. Результаты зависят от концентрации абразива в жидкости, зернистости абразива и шероховатости поверхности до обработки. В соответствующих условиях получают шероховатость Ra 0.63 – 0.32 и меньшую.

Преимущества абразивно-жидкостной обработки особенно заметны при сложной конфигурации детали. Однако здесь же имеются и наибольшие трудности, так как при сложной конфигурации трудно обеспечить одинаковость параметров процесса для всех участков детали.

Суперфиниширование. Суперфиниширование возникло как процесс отделочной обработки, рассчитанной исключительно на уменьшение и без того малой шероховатости поверхности («сверхдоводка»), получаемой после тщательного шлифования. Отделка производится брусками (рис. 5.25) или кругом из микропорошка при небольшой скорости резания (до 2,5 м/с) и незначительных (0,005—0,2 МПа) давлениях брусков на поверхности детали.

Характерным для этого процесса является большое число рабочих движений, подбираемых так, чтобы зерна абразива не проходили дважды по одному пути. Однако в простейших случаях осуществляют лишь три движения: вращение детали - скорость от 0,05 до 2,5 м/с; продольные колебания инструмента - ход 2—6 мм, число двойных ходов от 200 до 1000 и более в минуту; перемещение инструмента вдоль поверхности.

Рис. 5.25. Схема обработки суперфиниширования

Обработку ведут в присутствии смазки (смесь керосина с маслом). Несмотря на малое давление брусков, слой смазки легко прорывается остриями неровностей поверхности, вследствие чего обработка идет вначале особенно интенсивно. В процессе отделки снимается слой металла толщиной 0,005—0,0075 мм, следовательно, припуск на отделку возможно обеспечивать лишь за счет некоторого ужесточения допуска на шлифование перед отделкой. Величина получаемой шероховатости сильно зависит от шероховатости до отделки. В соответствующих условиях ее получают очень малой, вплоть до Ra 0.01.

Глава 6