Метод обработка внутренних и наружных силиндрических поверхностей

Введение
Основные понятия и положения
Базирование деталей
Качество поверхностей обрабатываемых поверхностей
Обработка наружных цилиндрических поверхностей деталей
Классификация деталей и виды их обработки
Обработка на токарных многорезцовых станках и станках с копировальными устройствами
Виды и методы чистовой отделочной обработки наружных цилиндрических поверхностей
Притирка
Механическая доводка абразивными колеблющимися брусками (суперфиниш).
Полирование
Накатывание
Обкатывание роликами
Обдувка дробью
Обработка внутренних цилиндрических и других поверхностей деталей (отверстий)
Виды обработки отверстий
Обработка отверстий лезвийным инструментом
Обработка отверстий абразивным инструментом
Применение различных методов чистовой отделки отверстий
Методы получения отверстий малых диаметров
Литература

Метод обработка внутренних и наружных силиндрических поверхностей

Скорость абразивной ленты (скорость шлифования)6:
на бумажной основе V = 16 м/сек,
на тканевой основе V = 26 м/сек.
продольная подача Sмин принимается в зависимости от диаметра ( шлифуемой:
d в мм Sмин в м/мин (приближенно)
От 5 до 10.... 5
Св. 10 до 25.... 3-4
Св. 25 до 40.... 1-2
Св. 40 до 60.... 0,5-0,8
Основные преимущества обработки абразивными лентами по сравнению с обработкой абразивными кругами заключаются в следующем:
Рис.4. Схемы шлифования абразивной лентой:
а-свободной лентой; б-контактное шлифование; в-бесцетровое ленточное шлифование
1) Станки для ленточного шлифования в несколько раз дешевле и занимают меньше площади, чем кругло шлифовальные станки.
2) Обслуживание станков для ленточного шлифования проще, и работа на них безопаснее. Смена абразивной ленты производится в течение 2-3 мин.
3) При шлифовании абразивным кругом диаметр круга по мере его изнашивания уменьшается, вследствие чего скорость и эффективность обработки снижаются. При работе абразивной лентой скорость ее перемещения и радиус кривизны во время обработки сохраняются постоянными.
К недостаткам обработки абразивными лентами следует отнести:
3) затруднительность достижения высокой точности обработки;
4) трудность шлифования уступов;
5) сложность механизации и автоматизации данного метода обработки.
Притирка
Притирка служит для окончательной отделки предварительно отшлифованных поверхностей деталей. Притирка наружных цилиндрических поверхностей выполняется притиром, изготовляемым из чугуна, бронзы или меди, который обычно предварительно шаржируется абразивным микропорошком (величина зерна от 3 до 20 .м/с)7 с маслом или специальной пастой (под шаржированием, как уже упоминалось, понимают внедрение в поверхность притира абразивных частиц). Для изготовления абразивного порошка используют корунд, окись хрома, окись железа и др. Пасты состоят из абразивных порошков и химически активных веществ.
Рис. 5. Притирка наружной цилиндрической поверхности на токарном станке вручную
Они имеют различный состав. Например, применяется паста из воска и парафина, смешанных с салом и керосином. Пасты ГОИ (Государственного оптического института) содержат в качестве абразива окись хрома и в качестве связки - олеиновую и стеариновую кислоты.
Пасты ускоряют процесс притирки, так как входящие в них химически активные вещества окисляют обрабатываемую поверхность и образующаяся мягкая пленка удаляется абразивными зернами.
В единичном производстве и ремонтных мастерских притирку наружных цилиндрических поверхностей деталей, например шеек валов, производят на обычном токарном станке притиром в виде чугунной, медной, бронзовой (или свинцовой) втулки, выточенной по размеру притираемой детали.
С одной стороны эта втулка разрезана, как показано на рис. 5. Втулку 3 смазывают доводочной пастой или ровным тонким слоем мелкого корундового порошка с машинным маслом. Затем втулку вставляют в металлический жимок 2 и надевают на обрабатываемую деталь 4. Слегка подтягивая жимок болтом 1, равномерно водят притир вдоль вращающейся детали. При доводке полезно смазывать деталь жидким машинным маслом или керосином.
Припуск на доводку оставляют около 5-20 мк на диаметр. Скорость вращения детали при доводке 10-20 м/мин. В крупносерийном и массовом щроизводстве притирка ведется на специальных притирочных станках, которые применяются главным образом для притирки коротких цилиндрических деталей, например поршневых пальцев.
В этом случае притирка осуществляется между двумя чугунными или (реже) абразивными дисками, расположенными эксцентрично по отношению друг к другу (рис.6, а), что создает при вращении обоих дисков или только нижнего движение качения и скольжения, благодаря чему притирка происходит по кривой, изображенной на рис. 6, б (цифры I, II и III обозначают положение обрабатываемой детали по отношению к верхнему диску). Детали вставляются в специальную обойму, находящуюся между дисками. При чугунных дисках притирка производится с применением масла с абразивным порошком; при абразивных дисках применяется только охлаждение.
Притиркой достигается высокая точность размеров (1-й класс, а иногда и точнее) и высокий класс чистоты поверхности (12-14-й)
Рис.6. Притирка коротких цилиндрических деталей на станке с двумя
дисками: а-схема взаимоположения дисков; б-схема положения
Механическая доводка абразивными колеблющимися брусками (суперфиниш).
Суперфиниш представляет собой метод особо чистой доводки поверхностей: плоских, круглых, выпуклых, вогнутых, внутренних, наружных и пр., применяемый наиболее часто в автомобильной промышленности. Суперфиниш предусматривает обработку поверхности головкой с абразивными колеблющимися брусками, причем осуществляются три, а иногда и более движений: помимо вращения детали и продольного передвижения брусков, последние совершают и колебательное движение. Главным рабочим движением является колебательное движение головки с абразивными брусками (рис. 7), направленное вдоль их оси; при этом ход брусков составляет 2-6 мм, а число двойных ходов (колебаний) в минуту 200-1000. Идея суперфиниша основана на так называемом принципе «неповторяющегося следа», заключающемся в том, что каждое отдельное зерно абразива не проходит дважды по одному и тому же пути. Число двойных колебаний брусков должно находиться в определенном соотношении с числом оборотов обрабатываемой детали.
Скорость резания при суперфинише весьма низкая - от 1 до 2,5 м/мин.
Удельное давление обрабатываемую поверхность при при суперфинише на обрабатываемую поверхность- очень мало - в пределах0,0049-0,245 Мн/м2 (0,05-2,5 кГ/см2) (меньшие значения — при окончательном суперфинише, большие - при предварительном), вследствие этого поверхность при обработке не нагревается и высота гребешков получается меньше, чем при хонинг-про- цессе, не превышая 0,15- 0,20 мк. Зернистость брусков выбирается 8-3 и мельче (ГОСТ 3647-80).
Рис.7. Схема суперфиниширования
Охлаждение при суперфинише имеет большое значение для получения чистой поверхности. Здесь особенно важна смазывающая способность охлаждающей жидкости. Обычно применяется керосин с маслом.
Одна из задач суперфиниша - уничтожить насколько возможно риски, оставшиеся на поверхности от предыдущей механической обработки. Шероховатость поверхности, обработанной методом суперфиниша, достигает 14 класса чистоты.
При суперфинише подача брусков на один оборот детали не является постоянной величиной, поэтому основное (технологическое) время устанавливается на основании хронометража. Толщина снимаемого слоя металла 0,005-0,020 мм; продолжительность обработки обычно лежит в пределах 0,2-0,5 мин.
При обработке шеек коленчатого вала методом суперфиниша абразивные бруски, укрепленные в головке, совершают 450 двойных колебаний в минуту с амплитудой 5 мм. Коленчатый вал совершает 135 оборотов в минуту. Охлаждающая жидкость поступает к брускам непрерывно. Все шатунные и коренные шейки обрабаты­ваются одновременно примерно за 20 секунд.
Полирование
Полирование это процесс чистовой обработки поверхности мягким кругом с нанесенным на него мелкозернистым абразивным порошком, смешанным со смазкой.
Материалом для полировальных кругов служат войлок, фетр, парусина, кожа.
Новым видом абразивного инструмента являются полировальные круги с графитовым наполнителем. Применение этих кругов позволило:
а) получать высококачественную гладкую поверхность деталей 12-13-го классов чистоты;
б) устранить малоэффективные, непроизводительные ручные способы и инструменты полирования;
в) увеличить производительность труда в 6—8 раз.
В состав полировальных кругов входят в основном естественный корунд ЕМ28, бакелитовая связка и карандашный графит в качестве наполнителя. За короткое время полировальные круги с графитовым наполнителем нашли применение во многих отраслях машиностроения.
С развитием методов полирования вместо полировальных кругов стали применять полировальные абразивные ленты. Эти ленты изготовляются с тонким слоем абразивных зерен зернистостью 8-3 или покрывают их абразивными пастами. При полировании желобов колец шариковых подшипников ленты иногда заменяются текстильными жгутами, покрытыми абразивными пастами.
Полированием не исправляются погрешности геометрической формы, а также местные дефекты, полученные или оставшиеся от предыдущих операций (вмятины, раковины и др.). Полированием достигается высокая чистота поверхности (12-13-й классы чистоты), но не обеспечивается высокая точность. Полированная поверхность имеет блестящий, зеркальный вид. Полирование ведется при высокой скорости полировального круга или абразивной ленты (до 40 м/сек). В массовом и крупносерийном производстве для полирования применяют многошпиндельные полировальные автоматы.
Накатывание
Цилиндрические рукоятки различных измерительных инструментов, рукоятки калибровой головки микрометрических винтов и круглые гайки для удобства пользования делают не гладкими, а рифлеными. Такая рифленая поверхность называется накаткой, а процесс ее получения - накатыванием. Накатка бывает прямой и перекрестной.
Для накатывания в резцедержателе суппорта токарного станка закрепляют державку 1 (рис. 8), в которой устанавливают для простой накатки один, а для перекрестной - два ролика 2 и 3 из инструментальной закаленной стали с насеченными на них зубчиками; эти зубчики имеют различные размеры и различное направление (рис. 9), что позволяет получать накатку различных узоров.
При накатывании державку прижимают к вращающейся детали. Вследствие трения ролики начинают вращаться и, вдавливаясь в материал детали, образуют на ее поверхности накатку. Она может быть крупной, средней или мелкой в зависимости от размеров зубчиков на роликах.
Рис.8. Схема накатывания рифлений
Рис.9. Ролики для накатывания: а-прямого; б-перекрестного
При накатывании подачу производят в двух направлениях - перпендикулярно к оси детали и вдоль ее оси. Для получения достаточной глубины накатки нужно вести накатывание в 2-3 прохода. Правила накатывания следующие:
1. в начале накатывания следует сразу сильно нажать на державку и проверить, попадают ли зубчики роликов при следующих оборотах в сделанные ими насечки;
2. ролики должны соответствовать требуемому узору детали;
3. двойные ролики должны быть расположены точно один под. другим;
4. перед работой нужно тщательно очистить ролики проволочной щеткой от оставшегося материала;
5. во время накатывания рабочие поверхности роликов следует хорошо смазывать веретенным или машинным маслом.
В табл. 1 приведены элементы режимов накатывания - окружные скорости и продольные подачи при накатывании8.
Таблица 1 Режимы накатывания
Обрабатываемый материал
Сталь
Бронза
Латунь
Алюминий
в≤50кГ/мм2
(≤490Мн/м2)
в>50кГ/мм2
(>490 Мн/м2)
Окружная ско­рость в м/мин.
Диаметр детали в мм
Продольная по­дача в мм/об
20-25
До 10
1
10-15
Св. 10
до 25
1,5
25-40
Св. 25
до 40
2
40-50
80-100
Св.40 до 60
2,5
Обкатывание роликами
Процесс обкатывания роликами заключается в том, что поверхность вращающейся детали обкатывают прижимающимися к ней роликами, изготовленными из закаленной стали или твердого сплава.
Приспособление для обкатывания роликами сходно с приспособлением для накатывания рифлений (рис. 8). Оно отличается от последнего тем, что в державке, показанной на рис. 9, взамен роликов с насеченными зубчиками устанавливают гладкие закаленные ролики с полированной поверхностью.
Ролики (один, два или три), имеющие движение подачи, давят на обрабатываемую поверхность, уплотняя поверхностный слой металла, благодаря чему поверхность выглаживается и наклёпывается, получается чистой и твердой.
Поверхность, подлежащая обкатыванию, предварительно обрабатывается чисто; она должна быть гладкой, в противном случае гребешки микронеровностей при обкатывании вминаются в металл, вследствие чего в дальнейшем, при эксплуатации машины не исключена возможность отрыва частиц гребешков от поверхности детали.
При обкатывании поверхности роликов и обрабатываемой детали обильно смазывают веретенным или машинным маслом, смешанным в равных количествах с керосином.
При обкатывании деталей, изготовленных из стали, скорость вращения 140—200 м/мин, подача — 35—40 м/мин; для деталей, изготовленных из чугуна, скорость вращения 75—125 м/мин, подача — до 20 м/мин9.
Обдувка дробью
Сущность процесса обдувки дробью заключается в том, что обрабатываемая поверхность подвергается многочисленным ударам стальной или чугунной дроби, выбрасываемой на обрабатываемую поверхность пневматическим или механическим способом. В результате такой обработки поверхность приобретает наклеп. Пневматические устройства для обдувки дробью работают аналогично пескоструйным аппаратам. В механических устройствах имеется вращающийся с большой скоростью ротор, который выбрасывает дробь на обрабатываемую поверхность.
Все действия процесса обдувки дробью (подача детали, сбор дроби, ее загрузка в бункер и т. д.) в современных дробеструйных аппаратах совершаются автоматически.
Обкатывание роликами и обдувка дробью являются методами обработки давлением в холодном состоянии и относятся к области «упрочняющей» технологии. Эти методы обработки уплотняют поверхностный слой, благодаря чему увеличивается сопротивление детали переменным нагрузкам, а также увеличивается сопротивление износу трущихся поверхностей сопряженных пар.
Обработка внутренних цилиндрических и других поверхностей деталей (отверстий)
Виды обработки отверстий
Отверстия в деталях машин бывают цилиндрические, ступенчатые, конические, фасонные.
Под ступенчатыми подразумевают отверстия разных диаметров, расположенные на одной оси последовательно одно за другим.
Отверстия могут быть открытыми с двух сторон или с одной стороны; последние называются глухими.
В деталях машин чаще всего встречаются отверстия цилиндрические.
Достигнуть необходимой точности обработки отверстий труднее, чем наружных поверхностей тел вращения. По этой причине допуски на точность отверстий 1-го и 2-го классов больше, чем допуски на наружные цилиндрические поверхности тех же размеров.
Обрабатывать отверстия можно снятием и без снятия стружки. Снимать стружку можно лезвийным и абразивным инструментом или абразивным порошком.
Лезвийным инструментом можно вести сверление, зенкерование, развертывание, растачивание, в частности тонкое (алмазное) рас­тачивание, протягивание.
Абразивным инструментом осуществляют шлифование, хонин- гование, суперфиниширование (суперфиниш); абразивным порошком - притирку (доводку).
Обработка отверстий без снятия стружки производится калиброванием при помощи выглаживающих прошивок и шариков, а также раскатыванием.
Эффективным методом изготовления отверстий является пробование их в штампах.
Обработка отверстий лезвийным инструментом
Существуют следующие методы обработки внутренних цилиндрических поверхностей: сверление; зенкерованием, развертыванием, растачиванием, протягиванием.
С помощью сверления получаются отверстий в сплошном металле с точностью 4-го и 5-го классов и по 2-3-му классам. Более точная обработка получается при зенкерованием, развертыванием, растачиванием, протягиванием.
При сверлении отверстий на сверлильных станках вращается инструмент (сверло); при сверлении на токарных станках (а также на станках для глубокого сверления) обычно вращается обрабатываемая деталь.
Рис.10. Увод вращающегося сверла
При сверлении отверстий с вращением инструмента увод сверла от нужного направления оси отверстия больше (рис. 10), чем при сверлении с вращением детали. Для уменьшения увода сверла при обработке на сверлильных станках применяют кондукторы с направляющими (кондукторными) втулками (рис. 11, а).
Отверстия диаметром больше 30 мм в обычно сверлят двумя сверлами (первое меньшего и второе большего диаметра) с целью уменьшения осевой силы и предотвращения значительного увода сверла от намеченного направления.
При изготовлении отверстий диаметром больше 30 мм по 3-му классу точности и 5-7-му классам чистоты поверхности после сверления применяют зенкер и развертку, а для диаметров менее 30 мм после сверла - только развертку. При изготовлении отверстий диаметром от 15 до 20 мм по 2-му классу точности и по 5-7-классам чистоты после сверла применяют зенкер и развертку; для диаметров больше 20 мм после сверла и зенкера применяют одну или две развертки (черновую и чистовую) (рис. 11, б).
Рис.11. Обработка отверстий в сплошном материале
а-сверление отверстия 4-го класса точности; б-обработка отверстия 2-го класса точности; 1-сверление; 2-зенкерование; 3-черновое развертывания; 4-чистовое развертывания
На рис. 11, б показаны схемы обработки отверстий с указанием размеров, которые определяют припуск под каждый инструмент. Каждый инструмент должен быть направлен втулкой кондуктора, иначе направление и точность могут быть искажены.
При сверлении отверстий под резьбу диаметр D сверла принимается больше внутреннего диаметра резьбы на величину а = 0,3 - 0,4 глубины резьбы (рис. 12).
Рис.12. Сверление отверстия под резьбу
Рис.13. Сверла для глубокого сверления
Сверла разделяются на нормальные, для глубокого сверления, специальные.
К нормальным относятся сверла спиральные, перовые, центровочные.
Для глубокого сверления применяются сверла особой конструкции. Конструкция одного из таких сверл показана на рис. 13, а. Сверло состоит из штанги 2 длиной до 1,5-2,0 м (в зависимости от длины отверстия), имеющей две канавки <3 для отвода стружки и две канавки 4 для трубок, подводящих охлаждение с большим давлением для удаления стружки. На конце штанги закрепляется клином 6с винтами 5 специальная режущая пластина 1 из быстрорежущей стали или оснащенная твердым сплавом; на режущих кромках пластины делаются канавки для разламывания и размельчения стружки; кроме того, эти канавки облегчают удаление стружки охлаждающей жидкостью. Такие сверла применяются для отверстий диаметром от 30 мм и более10.
Для изготовления глубоких отверстий диаметров - до 30 мм - применяют пушечные сверла (рис. 13, б). Данные сверла не имеют поперечной режущей кромки, что облегчает резание металла. Сверлению пушечным сверлом предшествует предварительное засверливание металла на некоторую глубину спиральным или перовым сверлом во избежание увода пушечного сверла в сторону. Получаемая мелкая стружка легко удаляется охлаждающей жидкостью. Недостатком пушечных сверл является их малая производительность.
При сверлении глубоких отверстий диаметром от 80 до 200 мм, длиной до 500 мм применяют кольцевые сверла.
Кольцевые сверла применяют на токарных, расточных, револьверных и радиально-сверлильных станках, имеющих обычную систему подачи охлаждающей жидкости.
При сверлении такими сверлами производительность труда повышается до 4 раз по сравнению со сверлением обычными сверлами для глубокого сверления. Обработанная поверхность отверстия соответствует 3-4-му классам чистоты.
Отлитые или отштампованные отверстия обрабатываются вначале черновым зенкером (рис. 14, а), а затем в зависимости от требуемой точности и класса чистоты - чистовым зенкером, разверткой, протяжкой и др.
Рис.14. Инструмент для обработки отверстий
Для отверстий диаметром больше 25 мм хорошо применять зенкеры не только с верхним (рис. 14, а), но и с нижним направлением (рис. 14, б).
Зенкеры диаметром более 30 мм изготовляют со вставными ножами, имеющими рифленую поверхность для закрепления.
После переточек ножи можно переставлять, что увеличивает срок их работы.
Иногда взамен зенкеров применяют двухсторонние расточные пластины в оправках (рис. 14, в). Они дешевле в изготовлении, но применяется для обработки отверстий больших диаметров, обычно в мелко- и среднесерийном производстве на вертикальных, но чаще на горизонтально-расточных станках.
При одновременной обработке нескольких отверстий диаметром более 30 мм, находящихся на одной оси, в серийном и крупносерийном производствах применяются оправки с насадными зенкерами (рис. 14, д).
Рис.15. Зенковка и цековка
Фаски в отверстиях снимаются зенковками (рис. 15, а). Цилиндрические углубления и торцовые поверхности под головки болтов и гаек выполняются на сверлильных станках цековками в виде насадных головок с четырьмя зубьями (рис. 15, б) или в виде специальных пластин (рис. 15, в) с направляющей цапфой, служащей для получения соосности с обработанными отверстиями.