Обработка наружных поверхностей тел вращения

Наружные и внутренние цилиндрические поверхности и прилегающие к ним торцы образуют детали типа тел вращения.

Согласно технологическому классификатору деталей машиностроения детали-тела вращения делят на три типа в зависимости от соотношения длины детали L к наибольшему наружному диаметру D.

При L/D≥ 2 – это валы, шпиндели, штоки, шестерни, гильзы, стержни и т.п.; 2≥ L/D> 0, 5 включительно – втулки, стаканы, пальцы, барабаны и др.;

L/D≤ 0, 5 включительно – диски, кольца, фланцы, шкивы и т.п.

Технологические условия изготовления деталей типа валов характеризуются следующими особенностями.

Диаметры посадочных шееквыдерживают в пределах 6…9 квалитетов, а в отдельных случаях в пределах 5…6 квалитетов и с шероховатостью поверхности Ra=1, 0…2, 25 мкм. Биение посадочных шеек вала относительно друг друга не должно превышать 30…50 мкм.

Валы изготовляют из углеродистых конструкционных сталей марок 35, 40, 45, а более ответственные валы – из легированных конструкционных сталей, например марок 40Х, 40Г, 40ХН и др.

Основными базами подавляющего большинства валов являются поверхности их опорных шеек. Однако использовать их в качестве технологических баз для обработки наружных поверхностей, как правило, затруднительно, особенно при условии сохранения единства баз. Поэтому при большинстве операций за технологические базы принимают поверхности центровых отверстий с обоих торцов заготовки, что позволяет обрабатывать почти все наружные поверхности вала на постоянных базах с установкой его в центрах.

Обработка в центрах является одним из наиболее распространенных способов обработки наружных цилиндрических поверхностей на токарных станках.

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.

Наружные цилиндрические поверхности обрабатывают проходными черновыми или чистовыми резцами с продольной подачей. Резец устанавливают таким образом, чтобы его вершина совпадала с осью вращения заготовки. При значительной величине припуска большая его часть снимается черновыми проходами с возможно большей глубиной резания и подачей, а последний, чистовой технологический переход выполняют на более высоких скоростях резания и небольшой подаче. При обработке на токарных станках длинных валов для предотвращения их прогиба от сил резания в качестве дополнительной опоры применяют подвижные и неподвижные люнеты.

Проходные резцы для чистовой обработки выполняют с большим радиусом закругления при вершине резца и более тщательно доводят режущие грани на заточных станках. При достаточной жесткости станка применяют чистовые широкие резцы из твердых сплавов, что обусловливает высокое качество обработанной поверхности. При черновом точении снимают до 70 % припуска, при этом получают точность обработки IT13…IT12 и шероховатость поверхности Ra до 6, 3 мкм. Чистовое точение позволяет получить IT10…IT8 и шероховатость до Ra=0, 4 мкм.

Причиной несчастных случаев может быть стружка, особенно сливная, которая при высоких скоростях резания сходит с резца непрерывной лентой. Температура стружки достаточно высокая. Поэтому такую стружку нельзя удалять или обрывать руками, что может быть причиной серьезных травм станочника.

Во многих случаях работоспособность вала зависит от интенсивности изнашивания его рабочих шеек. С этой целью рабочие поверхности вала подвергаются различным способам поверхностного упрочнения.

Наибольшее распространение в крупносерийном и массовом производстве получила индукционная закалка токами высокой частоты (ТВЧ). При этом способе упрочнения происходит кратковременный нагрев металла до температуры закалки и последующее быстрое охлаждение. Длительность нагрева поверхности до закалочных температур составляет, обычно 5…10 сек. Глубина закаленного слоя при этом не превышает 1, 0…2, 0 мм. Твердость поверхности составляет 48…52 НRC. В качестве охлаждающей среды используют обычно холодную воду или минеральные масла.

Закалку ТВЧ проводят или в термическом цехе, или встраивают ее в технологическую линию в механическом.

После термической обработки необходимо промыть и очистить технологические базы.

Валы, прошедшие термическую обработку, обычно подвергают шлифованию на круглошлифовальных или бесцентровошлифовальных станках. Шлифование в обычных условиях обеспечивает точность размера IT6 и шероховатость поверхности Ra = 0, 4…1, 6 мкм. В серийном и массовом производстве целесообразно осуществлять предварительное (черновое) шлифование и чистовое шлифование мелкозернистыми кругами. В этом случае можно получить шероховатость поверхности Rа = 0, 2 мкм.

Скорость вращения заготовки при шлифовании зависит от ее диаметра и составляет 10..30 м/мин, окружная скорость шлифовального круга при чистовом шлифовании около 35 м/с, а скорость круга чернового шлифования до 50 м/с. Продольная подача и глубина резания принимаются различными в зависимости от методов шлифования. Припуск на сторону назначается в пределах 0, 15…1, 15 мм и зависит от длины и диаметра заготовки и качества предварительной обработки.

При обработке валов на круглошлифовальных станках технологической базой являются центровые отверстия. От качества этих отверстий зависит точность обработки. Поэтому перед чистовым шлифованием незакаленных валов и особенно валов, прошедших термическую обработку, вводят операцию зачистки центровых отверстий. При этом путем шлифования конусным абразивным кругом, а также обработкой зенковками или твердосплавными центрами вновь придают центровым отверстиям правильную форму.

В случае обработки поверхностей значительной длины на станках с ЧПУ врезное шлифование используют путем деления длины в зависимости от ширины круга и затем, если Ra=0, 4 мм, делают продольный зачистной ход.

Разновидностью шлифования с продольным движением подачи является глубинное шлифование (рис 52, а). оно характеризуется большой глубиной (0, 1…0, 4 мм) и малой скоростью резания. При этом способе обработки меньше, чем при врезном шлифовании, сказывается влияние погрешности формы исходной заготовки и колебания припуска при обработке. Поэтому глубинное шлифование применяют для обработки заготовок без предварительной лезвийной обработки.

При наружном круглом глубинном шлифовании круг правится на конус или ступенями, и весь припуск (0, 1…0, 4 мм) снимается за один-два продольных хода круга при малых плавных продольных подачах (S< 0, 2 м/мин) с обильным подводом СОЖ. Круг, кроме поступательного (продольного) перемещения вдоль оси заготовки, имеет вращательное движение вокруг своей оси; заготовка имеет только вращательное движение.

Глубинное шлифование целесообразно применять при обработке коротких (жестких) заготовок из труднообрабатываемых жаропрочных и титановых сплавов.

При значительном объеме производства применяют бесцентровое шлифование, которое более производительно, чем в центрах.

При наружном бесцентровом шлифовании деталь 2 свободно помещается между двумя шлифовальными кругами (рис. 52, б), из которых круг большего диаметра 1 является шлифующим, а круг меньшего диаметра 3- ведущим. Ведущий круг вращает деталь и сообщает ей продольную подачу. Шлифующий круг вращается с окружной скоростью 30…65 м/с, ведущий - 20…30 м/мин. Снизу заготовка поддерживается (опорой) 4 со скосом, называемой иногда ножом. Заготовка располагается выше осевой линии шлифовальных кругов на размер h. Благодаря скосу ножа, который направлен в сторону ведущего круга, она прижимается к ведущему кругу. Так как сила трения между ведущим кругом и заготовкой больше, чем между заготовкой и шлифовальным кругом, то обрабатываемая заготовка увлекается во вращение ведущим кругом. Вследствие этого окружная скорость заготовки примерно (с некоторым проскальзыванием) равна окружной скорости ведущего круга. Это равенство обусловливается также и значительно более высоким коэффициентом трения заготовки и ведущего круга, чем заготовки и шлифующего круга (коэффициент трения выше при более низких скоростях).

Опорный нож устанавливают так, чтобы центр шлифуемой заготовки находился выше линии центров станка примерно на h=0, 5d (d – диаметр заготовки), но не более чем на 14 мм. Тонкие, длинные и недостаточно прямолинейные прутки целесообразно располагать ниже линии центров на ту же величину. Опорную поверхность ножа располагают строго параллельно оси шлифовального круга.

Следует заметить, что на круглошлифовальных станках при шлифовании длинных заготовок ось ведущего вала повернута в вертикальной плоскости на угол 1…5°. Благодаря этому наклону ведущий круг сообщает заготовке посредством силы трения перемещение вдоль оси шлифующего круга, т.е. движение подачи.

Так как при бесцентровом шлифовании заготовка базируется по обрабатываемой поверхности (принцип совмещения баз), то точность обработки в этом случае можно получить 5…6 квалитета. Бесцентровое шлифование осуществляется в основном с продольной подачей ( « на проход») и с поперечной подачей (врезанием). Шлифование с продольной подачей на проход применяется для заготовок, имеющих цилиндрическую гладкую форму, и осуществляется (в зависимости от припуска) в 2…4 прохода.

Преимуществом бесцентрового шлифования по сравнению с круглошлифованием является более высокая производительность, не требуется центрования заготовок, не предъявляются повышенные требования к квалификации шлифовщика.

Однако при бесцентровом шлифовании нельзя достичь точной концентричности наружной шлифуемой поверхности и внутренней, если она была получена ранее. Кроме того, у ступенчатых валов нельзя шлифовать каждую шейку отдельно, так как в этом случае не будет достигнута соосность шеек, а переналадка бесцентрового станка на другой размер требует значительных затрат времени. В таких случаях одну шейку вала более точно шлифуют на бесцентровошлифовальных станках. Эта шейка впоследствии служит базой для обработки на круглошлифовальном станке с установкой в патроне и поджатием центра.

Полирование предназначено для уменьшения параметров шероховатости поверхности и осуществляется мягкими кругами (войлочными, фетровыми, кожаными и др.), на которые наносятся специальные полировальные пасты или мелкозернистые абразивные порошки, предварительно смешанные с маслом. Полирование производится при высоких окружных скоростях круга (до 40 м/с). Более прогрессивным методом является полирование кругами с графитовым наполнителем. Полирование производят также мелкозернистыми лентами на специальных полировальных станках. Параметр шероховатости Ra=0, 01…0, 1 мкм. Однако полирование не устраняет отклонения размеров и формы детали.

Притирку выполняют притирами, изготовленными из мягких сплавов (чугун, медь, бронза). На притир предварительно наносят специальные доводочные пасты (например, пасту ГОИ) или абразивные порошки с маслом. В единичном производстве и ремонтных мастерских притирку наружных цилиндрических поверхностей производят на токарных станках притиром (рис. 54) в виде разрезной втулки 1, помещенной в обойму 2. При помощи болта 3 обойму слегка подтягивают, прижимая притир к детали. Притир равномерно перемещают вдоль вращающейся заготовки. В процессе обработки заготовку необходимо смазывать жидким машинным маслом. Припуск на притирку оставляют 5…20 мкм на диаметр. Скорость вращения заготовки при притирке 10…20 м/мин. В крупносерийном и массовом производстве притирка ведется на специальных притирочных станках. Притиркой достигается точность размеров IT6 и шероховатость поверхности Rа=0, 025…0, 05 мкм.

Суперфиниширование представляет собой метод отделочной обработки наружных цилиндрических поверхностей. При этом методе обработка поверхностей производится головкой с абразивными колеблющимися мелкозернистыми брусками (рис. 55). Они прижимаются к обрабатываемой поверхности при помощи пружин. При суперфинишировании осуществляется три движения: вращение заготовки, продольное перемещение и колебательное движение брусков вдоль оси заготовки. Окружная скорость заготовки V = 3…40 м/мин, число двойных ходов (колебаний) в минуту 400…1000, амплитуда колебаний брусков 2…6 мм. В качестве смазочно-охлаждающей жидкости применяется соляр или смесь керосина с маслом. Толщина снимаемого слоя металла находится в пределах 0, 005…0, 020 мм, продолжительность обработки обычно 0, 2…0, 5 мин. Шероховатость поверхности достигается Rа=0, 016…0, 1 мкм, однако точность размеров и правильность геометрической формы не обеспечивается. Поверхности, обработанные методом суперфиниширования, имеют минимальную износостойкость.

Обработка отверстий

Отверстия в деталях машин бывают цилиндрические гладкие и ступенчатые, фасонные. Под ступенчатыми понимают отверстия разных диаметров, расположенные на одной оси, последовательно одно за другим. Отверстия могут быть открытые с двух сторон или с одной стороны (глухие). Отверстия с соотношением длины к диаметру больше пяти считаются глубокими.

Обработка отверстий несколько сложнее, чем наружных поверхностей тел вращения. В связи с этим точность (квалитет) на отверстия назначают на один порядок грубее и, как правило, не точнее 7-го квалитета.

Отверстия в сплошном металле рекомендуется сверлить спиральными сверлами по стали до 28 мм, а по чугуну до 32 мм за один переход на сверлильных станках. При обработке отверстий больших диаметров (до 80 мм) используют два и более перехода, обычно сверление и рассверливание. Операцию рассверливания делают для того, чтобы сохранить межцентровое расстояние, когда обработка отверстий одним сверлом большого диаметра может дать значительное отклонение оси отверстия. Для сверления отверстий диаметром свыше 80 мм применяют сверла или сверлильные головки специальных конструкций. Эту операцию, как правило, выполняют на расточных станках.

Для повышения точности отверстий после сверления и снижения шероховатости их поверхности применяют зенкерование.

Припуск под зенкерование предварительно просверленных или расточенных отверстий составляет примерно 1/8…1/10 диаметра отверстия. Скорость резания для твердосплавного инструмента при обработке стали 25…120 м/мин, подача 0, 4…0, 5 мм/об. Для чугунных заготовок соответственно скорость резания составляет 50…150 м/мин и подача – 0, 3…0, 6 мм/об. Отверстия диаметром до 12 мм не зенкеруют, а сразу развертывают черновой разверткой.

Режущим инструментом при зенкеровании является зенкер. В зависимости от назначения зенкеры изготавливают цельными с числом зубьев 3…8, диаметром 3…40 мм; насадными – 30…100 мм; сборными регулируемыми со вставными ножами диаметром 40…120 мм и комбинированными (рис. 58). Насадные зенкеры наиболее часто применяются при обработке нескольких отверстий диаметром более 30 мм, находящихся на одной оси.

Зенкерование является достаточно производительным методом, повышает точность предварительно обработанных отверстий, частично исправляет искривление оси после сверления. Применение направляющих кондукторных втулок позволяет значительно повысить точность обработки.

Для придания отверстию более точных размеров в пределах до 7-го квалитета и шероховатости поверхности в пределах Rа =2, 5…0, 63 мкм применяется развертывание.

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 5 678 9 10 Следующая ⇒