Черчение

Отделочные методы обработки деталей машин

Общие сведения. Каждая деталь машины должна иметь определенные эксплуатационные свойства — прочность, износостойкость, долговечность и т.д. Однако зависят они не только от материала, из которого деталь изготов­лена, но и в значительной степени от шероховатости поверхности детали.

Чистовая обработка выполняется не только для получения точной и гладкой поверхности, но и для наиболее высоких механических и физичес­ких свойств поверхностного слоя.

Бурный рост технического прогресса предъявляет все большие требова­ния к современным машинам, а это заставляет машиностроителей искать новые более совершенные методы обработки поверхности деталей.

Шлифование — способ обработки материала при помощи режуще­го образивного инструмента 2 (рис. 43). Обрабатываемая поверхность 1 мо­жет быть цилиндрической и конической, фасонной и др.

Шлифованием можно затачивать инструменты, а при острой необходи­мости произвести отрезку, разрезку заготовок и т. д. В зависимости от ха­рактера обрабатываемых поверхностей шлифование можно разделить на следующие виды: наружное (рис. 43. I) и внутреннее (рис. 43. II), плоское периферией (рис. 43. III) или торцом круга (рис. 43. IV).

Абразивные инструменты состоят из зерен абразивного ма­териала, сцементированных связкой. Это шлифовальные круги, головки, сегменты и бруски.

Обычно твердые материалы (закаленная сталь, твердые сплавы, чугун) шлифуются мягкими кругами, так как затупившиеся при этом зерна кру­га легко дробятся и выкрашиваются из связки, обнажая новые острые кромки, которые продолжают резание до нового затупления, и т. д. Таким образом, круг обладает способностью «самозатачиваться», т. е. вос­станавливать автоматически в про­цессе работы остроту режущих кро­мок зерен, расположенных на по­верхности круга. На рис. 44 показан процесс шлифования.

Мягкую сталь обрабатывают твер­дыми кругами, для шлифования ме­ди и латуни применяют мягкие крупнозернистые круги.

Твердые круги содержат наждач­ные корундовые, карборундовые по­рошки и порошки, твердость ко­торых превышает твердость за­каленной стали.

Мягкие круги содержат по­рошки из окисей хрома, алюми­ния, олова, железа, твердость которых ниже твердости зака­ленной стали.

Шлифовальные круги мар­кируют. Маркировка характе­ризует форму, размеры, род аб­разивного материала, зернис­тость, твердость, связку и дру­гие параметры инструмента. Формы и размеры абразивных инструментов всех видов (кру­ги, головки, бруски, сегменты) стандартизованы.

Из шлифовальных станков наибольшее распространение в мас­совом производстве получил плоскошлифовальный с прямоугольным сто­лом, работающий периферией круга (рис. 45).

Шлифуемая деталь устанавливается на магнитной плите 7, которая со столом 5 совершает движение подачи. Вращающийся шлифовальный круг 4, закрепленный в бабке 2 и прикрытый защитным кожухом 3, удаляет не­ровности, оставшиеся после предварительной обработки металлорежущи­ми инструментами. Круг устанавливают в необходимое положение с помо­щью маховичков 1 и 6.

Притирка. Притирка, или доводка, — отделочная операция механи­ческой обработки деталей машин, приборов и других изделий. Этой опера­цией достигаются высокая точность (до 1-го класса) и высокий класс шеро­ховатости обработки (до 14-го класса). Инструментом служит притир, изго­товленный из более мягкого материала, чем обрабатываемый. Это может быть чугун марок СЧ 15 или СЧ 20, красная медь, твердые породы древеси­ны и т. д. На поверхность этих материалов наносят абразивный порошок в масле или пасту.

Процесс насыщения поверхности притира абразивным материалом на­зывается шаржированием.

Притиркой производят точную доводку резьбовых, круглых и гладких калибров, измерительных плиток, разверток и др.

В машиностроении этот процесс широко распространен при изготовле­нии шариков и роликов для Подшипников, а также коленчатых валов (до­водка шеек), клапанов, цилиндров, плунжеров, поршневых колец и других деталей, требующих высокой точности или герметичности при соединении.

В настоящее время создано много различных конструкций притироч­ных станков и приспособлений от простых вращающихся дисков-притиров до самых сложных.

Хонингование. Это способ шлифовально-притирочной обработки наружных и внутренних цилиндрических поверхностей. Он производится специальным инструментом — хоном, состоящим из головки со вставлен­ными по окружности абразивными брусками (рис. 46.I). На рис. 46.II дана схема хонингования.

Хонинговальная головка (хон) имеет два движения: сравнительно медленное вращательное вокруг оси обрабатываемого отверстия и возвратно-поступательного вдоль этой оси.

Хонинговальные головки име­ют конструкцию, которая позволя­ет сдвигать или раздвигать бруски как во время ввода, так и вывода из отверстия, а также и в процессе ра­боты для получения нужного раз­мера по диаметру. Устройство головок дает возможность брускам самоустанавливаться, плотно при­жимаясь к поверхности обрабаты­ваемого отверстия. Бруски прикле­иваются к подвижным колодкам-башмакам, которые стягиваются к центру головки пружинами.

Хонингованием может быть получена шероховатость обработанной поверхности R_а0,32. 0,080. Хонингование выполняется на хонинговальных станках. По своему устройству они напоминают сверлильные станки.

Суперфиниширование — один из наиболее производительных процессов обработки. Этим способом обрабатываются главным образом на­ружные поверхности тел вращения и плоскостей. Сущность процесса состо­ит в том, что головке с абразивными брусками 1 с очень мелкой зернистос­тью сообщается возвратно-поступательное, колебательное движение, а об­рабатываемой детали 2 — вращательное (рис. 47).

Процесс суперфиниширования широко применяется для обработки от­ветственных деталей автомобильных и авиационных двигателей (поршней, шеек коленчатых валов, подшипников и т. д.).

Суперфиниширование позволяет получить шероховатость поверхности R_z0,160. 0,040, в отдельных случаях R_z0,100. 0,050.

Полирование — отделочная операция, которая применяется для придания поверхности детали металлического блеска, повышения долговечности и внешней красоты, или как подготовительная операция перед хромированием, никелированием и другими покрытиями.

Полировальники обычно имеют форму круга и вращаются с большой скоростью. Для предварительного полирования применяются абразивные порошки, стеклянная и наждачная шкурка, а для окончательного полиро­вания — полирующие составы, пасты, для наведения блеска — фетр и стекло. Широкое применение для полирования находит паста ГОИ — смесь абразивного порошка с поверхностно-активными веществами. В этом случае шероховатость поверхности может быть доведена до зеркаль­ного блеска.

Полирование выполняется как на простых полировальных станках, так и на полуавтоматических и автоматических.

Прогрессивные методы механической обработки. В современном маши­ностроении для заточки инструментов и резки металлов применяют про­грессивный метод анодно-механической обработки. Этот метод применяется также для обработки деталей машин, требующих высокого качества шероховатости поверхности и точности размеров.

Сущность процесса анодно-механической обработки состоит в электро­химическом и механическом воздействии на обрабатываемую поверхность.

Производительность этого процесса не уступает производительности при хонинговании и суперфинише и, что самое главное, не зависит от механиче­ских качеств обрабатываемого металла.

Известен также процесс чистовой обработки поверхностей деталей ма­шин жидкой абразивной струей. Суть этого процесса заключает­ся в том что зерна абразива, хорошо перемешанные с жидкостью под давлением в не­сколько атмосфер, направляются на поверхность и сглаживают на ней гребешки (рис. 48).

Большим достоинством этого процесса является то, что для него доступ­ны поверхности любой формы и любых размеров.

Весьма эффективен метод отделки и поверхностного упрочнения дета­лей алмазным выглаживанием. Выглаживанию легко поддаются поверхности стальных деталей, цементированные и азотиро­ванные, имеющие твердые покры­тия, а также детали из бронзы и других сплавов. Осуществляется зтот процесс на токарных или рас­точных станках и не требует осо­бой оснастки. Кристалл алмаза 3, закрепленный в оправке приспо­собления 1 и 2 (рис. 49), перемеща­ется вместе с суппортом станка. Наконечник для выглаживания обычно изготовляют из искусст­венных алмазов.

Разновидностью алмазного вы­глаживания является процесс вибрационного выглажи­вания или виброобкатывания. Конструкции виброоб­катных головок бывают разные.

Все они крепятся на суппорте токарного станка и перемещаются вместе с ним.

Существуют и другие прогрессивные методы обработки деталей. Рассмо­трим некоторые из них.

Ультразвуковая обработка. Этот метод обработки осно­ван на применении упругих колебаний сверхзвуковой частоты (16 . 20 тыс. колебаний в секунду). Ультразвуковые колебания получают чаще всего с помощью специальных устройств-излучателей. Для обработки металлов и твердых материалов обычно используют магнитострикционные * излучатели.

С помощью ультразвука можно сверлить, шлифовать, сваривать, паять, разрезать и выполнять многие другие работы. Так, например, еще недавно нельзя было обнаружить скрытые дефекты в материале, теперь на помощь человеку приходит ультразвук, магнитное поле, рентген, гамма-лучи, ин­троскопия (внутривидение) ** .

Электроискровая обработка. Электроискровой метод об­работки металлов основан на явлении электрической эрозии. Электроэро­зия разрушает поверхность металла под воздействием искр, получаемых от электрических разрядов. В результате можно получить в металле лю­бой твердости отверстия размерами 0,15 мм и менее, профильные канав­ки, пазы (в штампах, волочильных досках, режущем инструменте и др.).

Светолучевая обработка металлов. Эта обработка ос­нована на использовании мощного светового луча, который посредством оптической системы фокусируется на обрабатываемую поверхность, со­здавая температуру в несколько тысяч градусов. Источником энергии яв­ляется лазер — прибор, излучающий свет в виде направленного луча. Этот луч используется для обработки небольших отверстий, пазов, раз­резки заготовок из материалов, имеющих любые физико-механические свойства.

* Магнитострикция — способность некоторых материалов (кобальта, никеля, их сплавов и др.) из­менять геометрические размеры под действием магнитного поля, а при его снятии — восстанав­ливаться в первоначальных размерах.

** Метод контроля, позволяющий видеть дефекты внутри непрозрачных тел.

Общий обзор применяемых видов обработки деталей машин

Технологичность конструкции машин и деталей

1 Изготовление заготовок деталей машин производится:

а) литьем металлов различными способами: в земляные формы, в металлические формы (кокили), центробежным способом, под давлением, по выплавляемым моделям (прецизионное литье), в оболочковые (корковые) формы, методом вакуумного всасывания (литье цветных сплавов);

б) обработкой металлов давлением (пластическим деформированием), ковкой, штамповкой (горячей и холодной), прессованием (выдавливанием), прокаткой, волочением,

в) литьем из пластмасс;

г) штамповкой пластмасс.

2 Обработка заготовок деталей машин механическими способами:

а) снятием стружки — резание металла лезвийными инструментами и абразивами на металлорежущих станках;

б) пластическим деформированием (без снятия стружки) — уплотнение металла; обкатывание и раскатывание роликами, продавливание — калибрование отверстий шариком или оправкой; накатывание (для получения рифленой поверхности);

в) холодной правкой металлических деталей;

г) дробеструйной обработкой металлических деталей, которая состоит в том, что термически обработанные детали подвергают в специальных установках ударному воздействию потока стальной или чугунной дроби, выбрасываемой механическим (или пневматическим) дробеметом. Сущность процесса заключается в том, что поверхностный слой обрабатываемой детали пластически деформируется — наклепывается, благодаря чему его твердость и прочность повышаются;

д) пластическим деформированием пластмасс.

3 Химико-механическая обработка:

а) доводка (притирка) притирами, изготовленными преимущественно из чугуна, меди или латуни и мелкозернистыми абразивными порошками, микропорошками и пастами. Материал притира должен быть мягче, чем материал обрабатываемой детали;

б) полирование мягкими кругами (из сукна, бязи, войлока, бумаги, кожи) с помощью полировальных паст, содержащих (как и притирочные пасты) поверхностно-активные вещества, химически воздействующие на обрабатываемый материал;

в) обработка (затачивание и доводка) твердосплавного инструмента в растворе сернокислой меди и помощью абразивного порошка и металлического диска.

4 Электрохимическая обработка. Сущность электрохимических методов заключается в применении электрической энергии в форме электролиза. Одним из таких методов является электрополирование, которое осуществляется в обычных электролитических ваннах с применением специальных электролитов и соответствующих режимов тока.

5 Термическая обработка. Термическая обработка применяется с целью видоизменить структуру металла для получения механических и физических свойств его, соответствующих техническим требованиям.

Термическая обработка деталей машин может быть применена на начальной, промежуточной и конечной стадиях технологического процесса. Характер операций термической обработки обусловливается конструктивными и эксплуатационными требованиями, а также требованиями технологии механической обработки.

Химико-термическая обработка металлических деталей применяется с целью улучшить физико-химические и механические свойства деталей — повысить их жаропрочность, износоустойчивость и т. д. путем изменения химического состава поверхностного слоя металла, который искусственно насыщается азотом (процесс носит название азотирования), алюминием (алитирование), углеродом и азотом одновременно с последующей закалкой (цианирование) и некоторыми другими элементами. Сюда же иногда относят широко распространенный процесс термической обработки — насыщение низкоуглеродистой стали углеродом с последующей закалкой (цементация).

6 Старение заготовок деталей. Старение имеет целью привести структуру отливки в состояние равновесия, т. е. освободить заготовку от внутренних напряжений, возникающих как при застывании металла, так и при предварительной механической обработке (обдирке).

Старение бывает естественное и искусственное. Метод естественного старения заключается в том, что заготовка после литья или после обдирки выдерживается на открытом воздухе под воздействием атмосферы в течение 0,5…6 месяцев и более.

Ввиду длительности этого процесса чаще применяется метод искусственного старения. Искусственное старение преимущественно осуществляется термической обработкой заготовки путем нагревания ее в печи (электрической, газовой, нефтяной) при температуре 450…500° С, выдержки в течение 12…15 ч и охлаждения в течение 2,5…3 ч вместе с печью, после чего заготовка окончательно охлаждается на воздухе.

Иногда искусственное старение производят другими способами, например обстукиванием детали, подвешенной на блоке, встряхиванием, пропусканием электрического тока, пропусканием детали через моечную машину с холодной и горячей водой, шлифованием необрабатываемых поверхностей детали ручными шлифовальными кругами.

Старение применяется преимущественно для крупных литых деталей, от которых требуется возможно большая стабильность формы и размеров, например для станин металлорежущих станков.

7 Электроискровой метод обработки металлов состоит в том, что между двумя сближенными металлическими электродами, находящимися под током (одним из которых — анодом — служит обрабатываемая деталь), возникает электроискровой разряд, вследствие чего происходит местное направленное разрушение (электроэрозия) металла — анода.

Этот метод электрообработки применяется для получения сквозных и глухих отверстий разного профиля в металлических заготовках (например, в штампах) при обработке закаленных металлов, твердых сплавов и других труднообра­батываемых токопроводящих материалов.

8 Анодно-механический метод заключается в том, что при прохождении постоянного тока через электролит и электроды происходит процесс растворения поверхности анода с образованием пленки, которая принудительно снимается вращающимся диском.

Анодно-механический метод обработки применяется при разрезании труднообрабатываемых металлов, заточке и доводке режущего инструмента из твердых сплавов, отделочном шлифовании твердых магнитных сплавов.

Анодно-механическое разрезание металла осуществляется диском-электро­дом, вращающимся с большой скоростью. Диск-электрод присоединен к отрицательному полюсу (зажиму), заготовка — к положительному. В зону обработки подается водный раствор жидкого стекла — электролит; между диском и заготовкой непрерывно проходит электрический ток. Питание установки происходит от источника постоянного тока. Врезание диска достигается поперечной подачей его. Диск изготовляется из материала с твердостью ниже твердости разрезаемой заготовки — из мягкой стали, меди, чугуна.

9 Ультразвуковой метод заключается в том, что энергия вибрирующего инструмента в виде ультразвуковых колебаний воздуха передается частицам абразивного микропорошка, которые поступают взвешенными в воде или масле под торцовую поверхность инструмента и разрушают обрабатываемый материал.

Этот метод позволяет обрабатывать отверстия любого профиля в деталях, изготовляемых из труднообрабатываемых материалов, таких, как, например, алмаз, стекло, керамика, твердые сплавы, кварц и др.

10 Покрытие металлами и сплавами поверхностей деталей. Для покрытия поверхностей деталей слоем других металлов наиболее широко применяется гальванический метод, основанный на электролизе. Этим методом пользуются для покрытия деталей слоем хрома, никеля, цинка, меди и др.

Хромирование поверхностей деталей производится с целью предохранения их от коррозии, увеличения сопротивляемости механическому изнашиванию, продления срока службы, восстановления размеров изношенных поверхностей, для придания деталям красивого вида и блеска.

Никелирование применяется для придания изделиям красивой блестящей поверхности и в меньшей степени для предохранения деталей от коррозии.

Омеднению подвергают части цементируемой детали (не подлежащие последующей закалке) для предохранения их от науглероживания в целях облегчения последующей механической обработки.

Металлизация — покрытие посредством распыления (пульверизации) расплавленного металла — применяется для ремонта и восстановления изношенных деталей, исправления брака, повышения жароупорности деталей (например, покрытие алюминием), придания антикоррозионных свойств (оцинковка). Покрытие твердыми сплавами с целью повышения износо­устойчивости деталей производится путем наварки или наплавки твердых спла­вов на поверхности деталей.

11 Сварка металлов — один из способов соединения металлических деталей; подразделяется на химическую (газовая, термитная и др.) и электрическую (электродуговая, контактная и др.). Сварка может заменить пайку, клепку, ковку, литье; во многих случаях с помощью сварки достигается значительная экономия металла (уменьшается трудоемкость изготовления продукции, удешевляется производство).

12 Балансировка деталей. Во избежание возникновения вибраций детали, вращающиеся с большой скоростью, должны быть отбалансированы. Вращающаяся деталь будет отбалансированной или уравновешенной в том случае, когда ее центр тяжести и главная ось инерции совпадают с осью вращения. Причинами неуравновешенности деталей и узлов могут быть неоднородность материала, неточность размеров и формы поверхностей, несимметричное расположение массы металла относительно оси вращения, несовпадение осей сопрягаемых деталей, вращающихся совместно.

Детали, совершающие возвратно-поступательное движение (например, поршень с шатуном в двигателе внутреннего сгорания), подвергаются подгонке по весу (массе).

13 Очистка, промывка и покрытие деталей смазкой. В процессе обработки и после обработки деталей производится их очистка, промывка, просушка и покрытие смазкой. Очистка производится механическими или химическими способами, промывка — в моечных баках или моечных машинах, просушка — обдувкой сжатым воздухом. Детали покрывают смазкой в целях предохранения их от коррозии.