2.2.4 Методы обработки внутренних цилиндрических поверхностей.
Обработка отверстий в деталях различных типов производится путем сверления, зенкерования, растачивания, развертывания, шлифования, протягивания, хонингования, раскатывания шариками и роликами, притирки, полирования.
2.2.4.1 Обработка отверстий лезвийным инструментом.
К лезвийным инструментам относятся сверла, зенкеры, развертки, расточные резцы и протяжки.
Обработку отверстий лезвийным инструментом производят на станках следующих групп: токарной, сверлильно-расточной, протяжной (для внутреннего протягивания).
Сверление.
Существуют два метода сверления: вращается сверло (станки сверлильно-расточной группы); вращается заготовка (станки токарной группы).
В зависимости от марки режущего материала сверла делятся на две группы – быстрорежущие и твердосплавные.
Быстрорежущие сверла выпускаются диаметром от 0,3 до 20 мм с цилиндрическим хвостовиком и диаметром от 5 до 80 мм с коническим хвостовиком.
Кроме сверл обычной конструкции выпускаются сверла с внутренними каналами для подвода СОЖ к зоне резания: диаметром от 3 до 20 мм с цилиндрическим хвостовиком и диаметром от 10 до 50 мм с коническим хвостовиком.
Твердосплавные сверла характеризуются большим разнообразием конструкции, основные из них следующие:
цельные твердосплавные без и с каналами для СОЖ, диаметры 3 – 20 мм;
напайные твердосплавные с каналами для СОЖ, диаметры 9,5 - 30 мм;
с механическим креплением твердосплавных пластин стандартной или специальной конструкции с каналами для СОЖ.
Диаметры выпускаемых сверл с механическим креплением пластин следующие: Ø12 – 58 мм с двумя стандартными пластинами (периферийной и центральной), Ø 60 –80 мм с числом пластин n = 4, Ø 60 – 110 мм для кольцевого сверления.
Как быстрорежущие, так и твердосплавные сверла выпускаются с несколькими диапазонами длин в зависимости от глубины обрабатываемого отверстия.
При обработке глубоких отверстий (L/D ≥ 10) трудно обеспечить требуемое положение оси отверстия относительно ее наружной цилиндрической поверхности. Чем больше длина отверстия, тем больше увод отверстия.
Для уменьшения увода сверла применяются следующие способы:
применение малых подач, тщательная заточка сверл (биение режущих кромок до 0,01 мм);
применение предварительной зацентровки;
сверление с направлением сверла с помощью кондукторной втулки;
сверление вращающейся заготовки при не вращающемся или вращающемся сверле, создающие условия для его самоцентрирования;
сверление специальными сверлами при вращающейся или неподвижной детали.
К специальным сверлам относятся:
одностороннего резания наружным отводом СОЖ (ружейные);
с внутренним отводом СОЖ (эжекторные, типа ВТА) с твердосплавными напайными или сменными многогранными пластинами;
сверла для кольцевого сверления (трепанирующие) для отверстий более 60 мм …..
Зенкерование отверстий – предварительная обработка литых, штампованных или просверленных отверстий под последующее развертывание, растачивание или протягивание. Для отверстий по 13 – 11 квалитету зенкерование может быть окончательной операцией, достигаемая шероховатость поверхности 12,5…6,3 мкм.
Зенкеры изготовляют цельными с числом цельными диаметром 3…40 мм, насадными диаметром 32…100 мм и сборными регулируемыми диаметром 40…120 мм, число зубьев зенкеров 3…8 и более. Припуски на диаметр под зенкерование обычно составляют 0,6…6 мм, для диаметров 80…120 могут достигать 12 мм.
Зенкерование является производительным методом, повышает точность предварительно обработанных отверстий, а также частично исправляет ось отверстия. Для повышения точности обработки используются приспособления с кондукторными втулками. Зенкерованием обрабатывают как сквозные, так и глухие отверстия.
Развертывание отверстий – чистовая обработка отверстий 6 – 10 квалитетов точности и с параметром шероховатости обработанной поверхности Rа = ≤ 2,5 мкм при обработке стальными и Rа = ≤ 0,63 мкм при обработке твердосплавными развертками.
Развертками обрабатывают отверстия тех же диаметров, что и при зенкеровании, но они расчитаны на снятие малых припусков – 0,1…0,4 мм. Число зубьев разверток z = 6…14.
Развертки изготовляют цельными диаметром 3…40 мм и насадными диаметром 25…100 мм из инструментальных сталей и твердого сплава.
Для получения отверстий 7-го квалитета применяют двухкратное развертывание, 6-го квалитета – трехкратное с припуском под окончательное развертывание 0,05 мм.
Конструктивная особенность разверток такова, что они в процессе работы испытывают большие радиальные нагрузки. Вследствие этого развертки самоустанавливаются по оси предварительно обработанного отверстия не меняя положение его оси. Для достижения требуемого качества детали необходимо перед развертыванием обеспечить точность направления оси отверстия.
Для образования конических отверстий под штифты, конусы и т.п. применяются конические развертки. При обработке конических отверстий рекомендуются следующие переходы: сверление, зенкерование, черновое развертывание, чистовое развертывание.
Фаски в отверстиях обрабатываются зенковками, цилиндрические углубления и торцевые поверхности под головки болтов и гайки выполняются цековками с направляющей цапфой. Цековки выполняются цельными или с насадной головкой.
Растачивание отверстий. Существуют два основных способа растачивания отверстий: растачивание, при котором вращается заготовка (станки токарной группы) и растачивание, при котором вращается инструмент (станки расточной группы).
При этом следует учитывать некоторые закономерности расточки отверстий:
при вращающееся детали значительно проще обеспечить прямолинейность оси и точность ее положения, труднее получить правильность формы;
при вращающемся инструменте труднее получить прямолинейную ось, но легче достигается правильность формы.
Типичными для токарных станков операциями являются растачивание одиночного отверстия и растачивание соосных отверстий. Типичными для расточных станков операциями растачивание одиночного отверстия, соосных отверстий и растачивание отверстий с параллельными осями.
Инструментами для обработки на расточных станках служат резцы, закрепленные в державках или борштангах, расточные пластины, расточные головки.
Этот метод аналогичен тонкому точению наружных поверхностей тел вращения. Обработка ведется на горизонтальных и вертикальных отделочно-расточных станках, отличающихся высокой жесткостью, точностью и виброустойчивостью. Тонкое точение применяется для получения отверстий высокой точности размеров, формы, положения и прямолинейности оси.
Протягивание отверстий широко применяют в массовом, крупносерийном и серийном производствах и производится на горизонтальных и вертикальных протяжных станках. Протягивание является одним из прогрессивных способов обработки металлов резанием как в отношении производительности, так и достигаемых точности и шероховатости.
Протягивание осуществляется многолезвийным инструментом протяжкой, которая протягивается через обрабатываемое отверстие. Внутренним протягиванием обрабатываются различные отверстия: круглые, шлицевые, многогранные и др.
При протягивании заготовку устанавливают на жесткой опоре, а если торец детали не перпендикулярен оси отверстия – на шаровой опоре (рисунок 2.59).
Для протягивания отверстий применяют три схемы резания: профильную, генераторную и прогрессивную. Для протягивания круглых отверстий применяют профильную и прогрессивную схемы резания.
Припуск на протягивание круглых отверстий составляет 0,5…1,5 мм.
Существует другой аналогичный протягиванию метод обработки коротким инструментом – прошивкой, который называется прошиванием. При протягивании инструмент испытывает напряжения растяжения, а при прошивании – напряжения сжатия, поэтому прошивки выполняют относительно небольшой длины (250…400 мм).
Обработка отверстий абразивным инструментом.
Для обработки отверстий применяют внутреннее шлифование, хонингование, полирование.
Внутреннее шлифование применяют для окончательной обработки отверстий закаленных деталей или в тех случаях, когда невозможно применить другие, более производительные методы обработки. Осуществляется на внутришлифовальных станках напроход или методом врезания (короткие отверстия).
Внутреннее шлифование имеет свои технологические особенности. Диаметр абразивного круга выбирают наибольший допустимый диаметром отверстия (dкр = (0,8…0,9)dотв). Высоту (ширину) круга принимают в зависимости от длины обрабатываемого отверстия (lкр = 0,8 lдет).
3
5
4
1
2
а) б)
Рисунок 2.59. Схемы протягивания: а) – с жесткой опорой; б) с шаровой опорой.
1 – стол станка, 2 – протяжка, 3 – обрабатываемая деталь, 3 – жесткая опора,
5 – детали шаровой опоры.
Чистовым обеспечивается точность размеров отверстий IT6…IT7; шероховатость поверхности Rа = 0,8…3,2 мкм, при длительном выхаживании достигается Rа = 0,4 мкм.
Припуски на шлифование отверстий зависят от диаметра отверстия и его длины и рекомендуются 0,07…0,25 мм для диаметра до 30 мм, 0,18…0,75 для диаметра до 250 мм.
Различают два основных вида шлифования: во вращающейся заготовке и в неподвижной заготовке – планетарное (рисунок 2.60).
Рисунок 2.60. Виды внутреннего шлифования: а) во вращающейся
заготовке; б) планетарное.
Шлифование отверстия во вращающейся заготовке осуществляется также, как шлифование наружных поверхностей тел вращения. Наиболее распространенные схемы шлифования отверстий во вращающейся заготовке приведены на рисунке 2.61.
Рисунок 2.61. Примеры внутреннего шлифования при вращающейся
заготовке: а) отверстия; отверстия и торца; торца выточки; наружного диаметра поднутрения; конического отверстия; канавки.
Планетарное шлифование применяют при обработке отверстий в крупных заготовках, которые трудно вращать. При этом методе заготовка остается неподвижной во время обработки. Шлифовальный круг имеет четыре движения: вращение вокруг своей оси, планетарное движение, возвратно-поступательное движение вдоль оси заготовки, поперечное перемещение (поперечное движение подачи).
Хонингование (рисунок 2.62) является одним из методов отделочной обработки отверстий и осуществляется с помощью хонинговальных головок (хонов) со вставными абразивными брусками. Процесс выполняется на специальных станках, которые подразделяются на две группы: вертикально-хонинговальные и горизонтально-хонинговальные.
Хонинговальная головка совершает одновременно вращательное и возвратно-поступательное движения при постоянном давлении абразивных брусков на обрабатываемую поверхность в среде смазочно-охлаждающей жидкости.
Рисунок 2.62. Схема хонингования отверстия: 1 – хонинговальная
головка; 2 – заготовка; 3 – стол хонинговального станка.
В процессе хонингования абразивные бруски удаляют слой металла 0,3…0,5 мкм за один двойной рабочий ход при общем припуске 0,01…0,07 мм для стали и 0,02…0,2 мм для чугуна. При этом снимаются как микронеровности, оставшиеся после предыдущей операции, так и некоторая часть основного металла, что позволяет уменьшить овальность, бочкообразность, конусообразность.
Предварительная обработка отверстий под хонингование может быть выполнена растачиванием, зенкерованием, развертыванием или шлифованием и должна обеспечивать точность обработки не ниже чем по 7…8 –му квалитету и Rа = 6,3…3,2 мкм.
Наибольшая эффективность достигается при использовании алмазных брусков, стойкость которых многократно превышает стойкость абразивных брусков (например, при хонинговании чугунных деталей более 100 раз).
Полирование. Осуществляется на шлифовально-полировальных станках лепестковыми кругами, обеспечиваемая шероховатость Rа = 0,1…0,8 мкм.
Раскатывание отверстий. Применяется для отделки ответственных отверстий большой длины в стальных деталях твердостью до HRC 42 : гидроцилиндрах, корпусах поршневых, плунжерных, винтовых насосов и пр. Достигается шероховатость Rа = 0,05…0,025 мкм, повышается твердость поверхностного слоя примерно на 20%. Раскатывание не исправляет положение оси и ее прямолинейность.
Технологические процессы изготовления гильз цилиндров
Гильзы цилиндров характеризуются относительно малой толщиной стенок, большими диаметрами и длиной, высокими степенью точности и классами шероховатости посадочных и рабочих поверхностей.
Для повышения точности соединения гильза – поршень применяют селективную сборку этой пары. Гильзы, также как и поршни, после окончательной обработки сортируют по размерным группам, количество которых для разных двигателей автомобиля различно. Разбивка на размерные группы позволяет правильно комплектовать пару для получения необходимого теплового зазора между поверхностями гильзы и поршня. При сборке комплектуют пару одной размерной группы. Встречаются гильзы без разбивки на размерные группы, но при этом диаметр отверстия выполняется с более жестким допуском по сравнению с гильзами при селективной сборке.
От качества и точности рабочих поверхностей гильзы в значительной степени зависит срок служба двигателя. Гильзы работают в тяжелых условиях, испытывая воздействие высоких температур и больших давлений при сгорании рабочей смеси. Рабочие поверхности гильзы подвергаются абразивному износу, причем наиболее интенсивный износ наблюдается в зоне движения верхнего компрессионного поршневого кольца.
Наиболее широкое распространение получили так называемые мокрые гильзы, которые омываются охлаждающей водой, так как наружная поверхность гильз является внутренней стенкой водяной рубашки блока цилиндров. В блоке мокрые гильзы устанавливаются с небольшим натягом и центрируются двумя поясками.
Гильза является тонкостенным цилиндром, имеющим малую жесткость в радиальном направлении и легко деформирующимся в процессе обработки резанием под действием сил зажима и резания, а также при термической обработке. Поэтому, для достижения высокой точности размеров, формы и взаимного расположения рабочих поверхностей их многократно обрабатывают.
Гильзы цилиндров отливают из легированных чугунов: хромистых, хромоникелевых, хромокремнистых, обладающих повышенными прочностью и сопротивлением истиранию.
Основные технические требования на изготовление гильз цилиндров приведены в таблице 2.3.
Ниже приведен технологический процесс обработки гильзы цилиндров двигателя КамАЗ-740
Таблица 2.3. Технические требования на изготовление гильз цилиндров
|
Наименование параметра |
Вид гильзы | |
|
С делением на группы по диаметру отверстия |
Без деления на группы по диаметру отверстия | |
|
Допуск на диаметр отверстия, мм |
0,04 – 0,06 |
0,021 |
|
Допуск на группу, мм |
0,01 или 0,012 |
- |
|
Отклонение от цилиндричности отверстия, мм |
0,02 |
0,012
|
|
Шероховатость поверхности отверстия Rа, мкм |
0,32 |
Параметры микрогеометрии по специальным требованиям |
|
Допуск на диаметр посадочных поясков, мм |
0,04
| |
|
Полное радиальное биение посадочных поясков относительно отверстия, мм |
0,08 | |