Файл: А. Г. Ткачев, И. Н. Шубин типовые технологические процессы изготовления деталей машин.pdf

Рис. 6 Установка вала в патроне
(L/D < 4)
Рис. 7 Установка вала в патроне
c поджимом задним центром
(4 < L/D < 7)
Рис. 8 Установка вала в центрах
с люнетом (L/D > 10)
Рис. 9 Установка вала в центрах
с люнетом (7 < L/D > 10)
1.4 Методы обработки наружных
цилиндрических поверхностей
Наружные и внутренние цилиндрические поверхности и прилегающие к ним торцы образуют детали типа тел враще- ния. Детали – тела вращения делят на три типа в зависимости от соотношения длины детали L к наибольшему наружному диаметру D. При L/D > 1 это валы, оси, шпиндели, штоки, шестерни, гильзы, стержни и т. п.; при 2 > L/D > 0,5 включительно – втулки, стаканы, пальцы, барабаны и др.; при L/D < 0,5 включительно – диски, кольца, фланцы, шкивы и т.п.
Классификация методов обработки и достижимой точности наружных цилиндрических поверхностей показана в табл. 6.
Таблица 6
Наружные цилиндрические поверхности
По этой таблице можно определить предельные значения квалитетов и параметров шероховатости Rа в зависимости от вида и способа обработки заготовок, имеющих наружные цилиндрические поверхности. Квалитеты указаны для деталей из конст-
5
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
3
2
4
L/D = 2 2 = L/D
> 0,5
L/D = 0,5 кая
С
П
В

рукционных и легированных сталей. Для деталей из чугуна или цветных сплавов допуски на размер можно принимать на один квалитет точнее.
Детали, имеющие поверхности вращения (цилиндрические, наружные, фасонные, цилиндрические внутренние и др.) обрабатывают на различных станках: токарной группы (токарно-винторезные, токарно-карусельные, токарно-револьверные, одношпиндельные и многошпиндельные полуавтоматы и автоматы, станки для тонкого точения и др.); шлифовальной груп- пы (круглошлифовальные, бесцентрово-шлифовальные, притирочные, полировальные и т.п.). Станки этих групп применяют как обычные, так и с числовым программным управлением (ЧПУ).
Наиболее распространенным методом обработки цилиндрических наружных поверхностей является точение резцом
(резцами).
При установке и обработке длинных заготовок валов, осей, стержней и т. п. в качестве дополнительной опоры, повы- шающей жесткость технологической системы, применяют люнеты (подвижные и неподвижные).
Для точения цилиндрических поверхностей и поверхностей, прилегающих к ним и ограничивающих их длину (торцы, уступы, канавки, радиусы и т.п.), применяют проходные, подрезные (прямые и отогнутые), отрезные, канавочные и другие резцы с напайными пластинами из быстрорежущей стали или твердых сплавов и композиционных материалов.
При токарной обработке различают: а) черновое точение (или обдирочное) – с точностью обработки IТ13... IТ12 с шероховатостью поверхности до Rа = 6,3 мкм; б) получистовое точение – IТ12...IТ11 и шероховатость до Rа = 1,6 мкм; в) чистовое точение – IТ10...IТ8 и шероховатость до Rа = 0,4 мкм.
При черновом обтачивании, как и при любой черновой обработке снимают до 70 % припуска. При этом назначаются максимально возможные глубина резания t и подача S.
На черновых операциях повышения производительности обработки добиваются увеличением глубины резания (умень- шением числа рабочих ходов), а также подачи.
На чистовых операциях подача ограничивается заданной шероховатостью поверхности, поэтому сокращение основного времени возможно за счет увеличения скорости резания. На универсальных токарно-карусельных станках обрабатывают заготовки деталей типа тел вращения разнообразной формы диаметром до 10 000 мм.
Рис. 10 Одноместная последовательная обработка:
а – одним; б – несколькими инструментами
Рис. 11 Одноместная параллельная
обработка
3 Многоместные схемы могут осуществляться в двух вариантах: параллельном (рис. 13) и последовательном (рис. 14).
В многоместных схемах с одновременной установкой операционной партии время обработки заготовки определяется путем деления общих затрат времени на число заготовок в операционной партии. На обработку одной заготовки в этом слу- чае приходится меньше времени, чем в случае одноместных схем. В многоместных схемах время часто существенно сокра- щается за счет времени врезания и сбега инструмента. Время при установке операционной партии несколько возрастет, но на одну заготовку оно значительно меньше, чем в одноместных схемах.
Различают несколько схем точения заготовок на станках то- карной группы.
1 Одноместная последова- тельная и параллельная обработка
(рис. 10, 11).
2 Параллельно-последова- тельные схемы имеют место при одновременной обработке не- скольких поверхностей заготовки и в нескольких позициях последо- вательно (рис. 12); при этом заго- товка или инструменты меняют позиции путем поворота инстру- ментального блока.

Рис. 12 Параллельно-последовательные схемы
обработки одним инструментом
Рис. 13 Многоинструментная параллельная обработка
Рис. 14 Многоместная последовательная обработка:
а – одним; б – несколькими инструментами
Рис. 15 Схемы обработки на токарно-карусельных станках
Схемы точения цилиндрических поверхностей приведены на рис. 15. Токарно-карусельные станки с ЧПУ позволяют авто- матизировать обработку и в 2 – 2,5 раза повысить производительность труда.
3
4
5
6
1
2
а)
б)
а)
б)
в)
г)

Токарно-многорезцовые станки рассчитаны (как и револьверные) на повышение производительности труда путем со- вмещения переходов операций и автоматического получения операционных размеров. Эти станки предназначены для обра- ботки (в патроне или в центрах) заготовок деталей типа ступенчатых валов, блоков шестерен, валов-шестерен, фланцев; шкивов и т.п. в условиях среднесерийного и крупносерийного производства.
Токарные многорезцовые станки и копировальные полуавтоматы имеют два суппорта, работают в полуавтоматическом цикле. Они, как правило, одношпиндельные с горизонтальной и вертикальной компоновками. Обычно на многорезцовых станках обрабатывают заготовки диаметром до 500 мм, длиной до 1500 мм.
Настройка резцов (рис. 16) производится так, чтобы обработка всех участков вала заканчивалась одновременно.
Основное время рассчитывают для резца, который обтачивает наиболее длинную поверхность (или в совокупности по двум и более поверхностям, образующим общую длину обработки).
Рис. 16 Схемы наладок многорезцовых станков:
а – без копира; б – по копиру
К методам чистовой обработки относятся: тонкое точение и различные методы шлифования. Они, как правило, позво- ляют обеспечить требуемые точность размеров, формы, взаимного расположения и, в большинстве случаев, качество по- верхностного слоя.
Тонкое точение применяется, главным образом, для отделки деталей из цветных металлов и сплавов (бронза, латунь, алюминиевые сплавы и другие) и отчасти для деталей из чугуна и закаленных сталей (НRС 45...60). Объясняется это тем, что шлифование цветных металлов и сплавов значительно труднее, чем стали и чугуна, вследствие быстрого засаливания кругов.
Кроме того, имеются некоторые детали, шлифование которых не допускается из-за возможного шаржирования поверхности.
Тонкое точение обеспечивает получение наружных цилиндрических поверхностей вращения правильной геометриче- ской формы с точным пространственным расположением осей и является высокопроизводительным методом.
При тонком точении используются алмазные резцы или резцы, оснащенные твердым сплавом (ТЗОК4, синтетические сверхтвердые материалы типа оксидная керамика ВОК60и оксидно-нитридная керамика "кортинит" гексанит-Р, эльбор-Р).
Тонкое точение характеризуется незначительной глубиной резания (t = 0,05...0,2 мм), малыми подачами (S = 0,02...0,2 мм/об) и высокими скоростями резания (v = 120….1000 м/мин). Точность размеров IТ5...IТ6; Rа = 0,8...0,4 мкм.
Подготовка поверхности под тонкое точение сводится к чистовой обработке с точностью IТ8...IТ9. Весь припуск снима- ется за один рабочий ход. Применяются станки особо высокой точности, жесткости и виброустойчивости. На этих станках не следует выполнять другие операции.
Шлифование
Шлифование наружных поверхностей деталей типа тел вращения производят на круглошлифовальных, торцекруглош- лифовальных станках, бесцентрово-шлифовальных полуавтоматах и автоматах как высокой, так и особо высокой точности.
Шлифование – основной метод чистовой обработки наружных цилиндрических поверхностей. Шейки валов шлифуют в две операции: предварительное и чистовое шлифование. После чистового шлифования точность размера IТ6, а шерохова- тость Rа = 1,6...0,4 мкм.
Как правило, все наружные цилиндрические поверхности с точностью выше IТ8 и шероховатостью Rа = 1,6...0,4 мкм подвергают после чистового точения шлифованию.
При обработке на круглошлифовальных и торцекруглошлифовальных станках заготовки устанавливают в центрах, па- троне, цанге или в специальном приспособлении.
Заготовке сообщается вращение с окружной скоростью v зг
= 10...50 м/мин; она зависит от диаметра обработки заготов- ки. Окружная скорость шлифовального круга (скорость резания) v = 30...60 м/с. Подача S и глубина резания t варьируются в зависимости от способов шлифования. Различают следующие разновидности шлифования: продольное (с продольным дви- жением подачи) и врезное (с поперечным движением подачи). Схемы обработки продольным и врезным шлифованием при- ведены на рис. 17.
Шлифование с продольным движением подачи (рис. 17, а) осуществляется за четыре этапа: врезание, чистовое шлифо- вание, выхаживание и отвод.
В этом случае продольная подача является функцией ширины шлифовального круга:
а)
б)

S
пр
= K B
k
,
где k = 0,6...0,85 – для чернового шлифования и k = 0,2...0,4 – для чистового.
Рис. 17 Схемы круглого наружного шлифования
Поперечная подача на глубину шлифования осуществляется шлифовальным кругом в конце каждого двойного хода за- готовки или круга и принимается в зависимости от материала, заготовки, круга и вида обработки S = 0,005…0,05 мм/об. В конце обработки последние продольные проходы выполняют без поперечной подачи, так называемое выхаживание.
Шлифование с продольной подачей применяют при обработке цилиндрических заготовок значительной длины.
Врезное шлифование применяют для обработки поверхностей, длина которых не превышает ширину шлифовального круга. Его преимущество – большая производительность и простота наладки, однако, оно уступает продольному шлифова- нию по достигаемому качеству поверхности. Врезное шлифование широко применяют в массовом и крупносерийном произ- водстве (рис. 17, б). Рекомендуемые скорости резания v = 50...60 м/с; радиальная (поперечная) подача при окончательном шлифовании S = 0,001...0,005 мм/об.
Разновидностью шлифования с продольным движением подачи является глубинное шлифование. Оно характеризуется большой глубиной резания (0,1...0,3 мм) и малой скоростью резания. При этом способе шлифования меньше, чем при врез- ном, сказывается влияние погрешности формы исходной заготовки и колебания припуска при обработке. Поэтому глубинное шлифование (рис. 17, б) применяют для обработки заготовок без предварительной лезвийной обработки и, как правило, сни- мают припуск за один рабочий ход. Производительность труда повышается в 1,2 – 1,3 раза по сравнению с продольным шлифованием. При значительном объеме производства применяют бесцентровое шлифование, которое более производи- тельно, чем в центрах.
Сущность бесцентрового шлифования (рис. 18) заключается в том, что шлифуемая заготовка 1 помещается между шли- фовальным 2 и ведущим 3 кругами и поддерживается ножом (опорой) 4. Центр заготовки при этом должен быть несколько выше линии, соединяющей центры обоих кругов, примерно на 10...15 мм и больше, в зависимости от диаметра обрабатывае- мой заготовки во избежание получения огранки. Шлифовальный круг имеет окружную скорость v
k
= 30...65 м/с, а ведущий v
в
=10...40 м/мин. Так как коэффициент трения между кругом 3 и обрабатываемой заготовкой больше, чем между заготовкой и кругом 2 (рис. 18, а), то ведущий круг сообщает заготовке вращение со скоростью круговой подачи v в
. Благодаря скосу ножа, направленному в сторону ведущего круга, заготовка прижимается к этому кругу. Продольная подача заготовки обес- печивается за счет наклона ведущего круга на угол
α. При этом скорость подачи заготовки рассчитывается по формуле:
αµ
=
sin v
v
bkp
s
, где
µ = 0,98...0,95 – коэффициент проскальзывания; α = 3...5° – предварительная обработка (t = 0,05...0,15 мм); α = 1...2° – окончательная обработка (t = 0,01...0,03 мм).
а) б)
Рис. 18 Схемы круглого бесцентрового шлифования
б)
S
L
д
S
пр
S
поп
S
поп
В
k
а)

На бесцентрово-шлифовальных полуавтоматах и автоматах можно шлифовать заготовки деталей типа тел вращения с цилиндрическими, коническими и фасонными поверхностями. Применяют два метода шлифования: проходное (способ про- дольного движения подачи, рис. 13, а) и врезное (способ поперечного движения подачи, рис. 18, б). При проходном шлифо- вании за несколько рабочих ходов можно достигнуть точности по 6-му квалитету и Rа = 0,2 мкм.
Врезным шлифованием (рис. 18, б) обрабатывают заготовки круглых деталей с уступами, а также заготовки, имеющие форму конуса. При этом методе оси кругов параллельны или ведущий круг устанавливается под малым углом (
α = 0,2...0,5°), а осевому перемещению обрабатываемой заготовки препятствует установленный упор.
По аналогии с врезным шлифованием находит применение обработка не шлифовальными кругами, а шлифовальной лентой, закрепляемой на ведущем и ведомом шкивах. Обрабатываемую заготовку также устанавливают на нож.
1.5 Методы повышения качества поверхностного слоя деталей
К методом повышения качества поверхности относятся различные методы упрочнения и отделочная обработка. Их ос- новной задачей является обеспечение заданного качества поверхностного слоя, которое характеризуется его физико- механическими свойствами и микрогеометрией.
Известно, что состояние поверхностного слоя валов и других деталей оказывает существенное влияние на эксплуатаци- онные свойства машин. Специальной обработкой можно придать поверхностным слоям деталей машин особые физико- механические свойства. Для этой цели в машиностроении применяют ряд методов. Все эти методы могут быть классифици- рованы следующим образом:
− методы поверхностной термической обработки [обычная закалка, закалка токами высокой частоты (ТВЧ)];
− химико-термические методы (цементация, азотирование, планирование);
− диффузионная металлизация (диффузионное алитирование, хромирование, силицирование и др.);
− покрытие поверхностей твердыми сплавами и металлами (покрытие литыми и порошкообразными сплавами);
− металлизация поверхностей (распыление расплавленным металлом);
− поверхностно-пластическое деформирование.
Закалка поверхностная – нагревание электротоком или газовым пламенем поверхности изделия. Сердцевина изделия после охлаждения остается незакаленной. Закалкой получается твердая износоустойчивая поверхность при сохранении прочной и вязкой сердцевины. Кроме того, поверхностная закалка может осуществляться с помощью лазерного луча.
Цементация – насыщение поверхностного слоя стали углеродом при нагревании ее в твердом, газообразном или жид- ком карбюризаторе, выдержка и последующее охлаждение. Детали после цементации подвергаются закалке для достижения высокой твердости поверхностного слоя и сохранения пластичной сердцевины.
Азотирование – насыщение поверхностного слоя стали азотом при нагревании в газообразном аммиаке (температура не ниже 450 °С), выдержка при этой температуре и последующее охлаждение. Повышается твердость, износоустойчивость и антикоррозийные свойства.
Цианированне – одновременное насыщение поверхностного слоя стали углеродом и азотом. При этом повышаются твердость, износостойкость.
Для придания стали специальных физических и химических свойств (жаростойкости, антикоррозийных свойств и др.) применяют диффузионную металлизацию. Она заключается в нагревании стальной поверхности, контактирующей с метал- лосодержащей средой, до высокой температуры, насыщении поверхности алюминием (алитирование), хромом (диффузион- ное хромирование), кремнием (силицирование) и другими металлами, выдержке и последующем охлаждении.
Покрытие поверхностей твердыми сплавами и металлами, а также металлизацию (напыление) применяют для повы- шения износостойкости поверхностей.
При использовании в качестве присадочного материала порошков возможны следующие методы напыления – плазмен- ное напыление, с применением лазеров и др.
Поверхностно-пластическое деформирование (ППД) – один из наиболее простых и эффективных технологических путей повышения работоспособности и надежности изделий машиностроения. В результате ППД повышаются твердость и прочность поверхностного слоя, формируются благоприятные остаточные напряжения, уменьшается параметр шероховато- сти Rа, увеличиваются радиусы закругления вершин, относительная опорная длина профиля и т.п.
Формирование поверхностного слоя с заданными свойствами должно обеспечиваться технологией упрочнения.
Основные способы поверхностного пластического деформирования, достигаемая точность и шероховатость поверх- ностей показаны в табл. 7.
Наиболее широко применяют способы обкатывания и раскатывания шариковыми и роликовыми обкатниками наруж- ных и внутренних цилиндрических, плоских и фасонных поверхностей. Цилиндрические наружные, внутренние, фасонные поверхности обрабатываются, как правило, на токарных, револьверных, сверлильных и других станках; плоские поверхности
– на строгальных, фрезерных станках. Примеры обкатывания и раскатывания поверхностей роликами приведены на рис. 19.
Обычно этими способами обрабатывают достаточно жесткие детали из стали, чугуна и цветных сплавов.

Таблица 7