34 Предварительная обработка заготовок

Подготовка заготовок для обработки на металлорежущих станках заключается в том, что заготовкам придается такое состояние или вид, при котором можно производить механическую обработку. Подготовка имеет различный характер в зависимости от рода заготовок и производится в тех же цехах, где изготовляются заготовки.

Отливки после извлечения из форм подвергаются обрубке и очистке. Эти операции выполняются в литейном цехе. Литники, прибыли, заливы и все неровности отливки или срубаются вручную зубилом и зачищаются напильником, или удаляются с помощью пневматических зубил, циркулярных пил и абразивных кругов. Очистка литья от пригоревшего к его поверхности формовочного материала производится различными способами: на дробеметных установках с механической подачей дроби, вращающимися проволочными щетками, вручную проволочными щетками, на абразивных станках, абразивными кругами с гибким валом и т. д.

При быстром охлаждении серого расплавленного чугуна наружный слой отливки быстро остывает и изделие получает твердую белую корку (отбеливание). Для уменьшения твердости этой корки отливки подвергают отжигу, благодаря чему улучшаются условия механической обработки заготовки.

Для предохранения заготовок (отливок, поковок, заготовок из проката) от окисления и покрытия ржавчиной, что ведет к порче и разрушению металла, простым средством является окраска. Краска должна хорошо приставать к поверхности металла и не давать трещин, она должна быть непроницаемой для сырости и не должна разъедать металл. При продолжительном хранении заготовок окраску следует возобновлять. Наиболее часто для этой цели применяются охра (из окислов железа) или сурик (из окислов свинца). Краски из окислов железа нельзя считать пригодными для предохранения металла, наоборот, они способствуют его порче. Лучшей краской является сурик, хорошо пристающий к металлической поверхности и не окисляющий металл. Сурик, химически соединяясь с льняным маслом, образует на поверхности металла прочный слой, не пропускающий сырости и газов. Металл перед покрытием его суриком (как и любой другой краской) необходимо хорошо очистить от грязи и окалины.

Для удобства хранения и сортировки заготовок и наиболее быстрой подачи их к рабочим местам, а также во избежание смешивания в цехах и на складах заготовки маркируют по установленному на данном заводе порядку, если маркировка не стандартизована. Маркировка производится красками разных цветов, условными обозначениями, буквенными или цифровыми, наносимыми краской или в виде отпечатков — клейм.

Своевременная подготовка заготовок обеспечивает наиболее быстрое и экономичное выполнение обработки в механическом цехе. Подготовленные надлежащим образом заготовки поступают непосредственно в цеховой склад или на станок; в цехе они не требуют никаких дополнительных операций перед обработкой.

35 Механическая обработка шпинделей

Шпиндель является одной из наиболее ответственных деталей металлорежущего станка. Качество обрабатываемых на станке деталей в значительной степени зависит от качества самого шпинделя. Основное назначение шпинделя станка — сообщать обрабатываемой детали или режущему инструменту вращательное движение с определенной частотой.

Шпиндели станков относятся к деталям типа валов с уступами. По конструктивной форме различают шпиндели: а) без осевого отверстия , применяемые в шлифовальных станках, б) с несквозным отверстием, применяемые в сверлильных станках и многошпиндельных сверлильных головках; в) со сквозным осевым отверстием, имеющие наибольшее применение в токарных и револьверных станках различных типов, фрезерных, резьбофрезерных, шлифовальных, резьбошлифовальных фланцев (шпиндели токарных автоматов и полуавтоматов) целесообразно использовать трубы соответствующих размеров.

Точность изготовления шпинделя зависит от станка, на которой он будет использован. Таким образом, шпиндели различают в зависимости от класса точности станков: 1) нормальной точности; 2) повышенной точности; 3) высокой точности; 4) особо высокой точности; 5) особой точности. Овальность и конусообразность опорных шеек шпинделя для станков нормальной точности не должна превышать 50% допуска на диаметр шеек. Для станков повышенной точности эти величины не превышают 25%, а для станков высокой и особой точности — 5—10% допуска на диаметр шеек. Шпиндели шлифовальных станков имеют овальность не выше 0,3—0,5 мкм, конусообразность не выше 1,25—1,5 мкм, на длине 300 мм при допуске на диаметр шейки 1,5—3 мкм. Радиальное биение конусного отверстия относительно подшипниковых шеек не должно превышать для станков нормальной точности 5—10 мкм, для станков повышенной точности 3—5 мкм и для более точных станков — 1—3 мкм.

Наиболее сложно изготовлять шпиндели со сквозным отверстием. Базами при черновом обтачивании шпинделя являются центровые отверстия. Для растачивания конусных отверстий в обоих концах шпинделя базами служат его опорные шейки, обточенные в предыдущих операциях. Затем базами являются центровые отверстия пробок, вставляемых в конусные отверстия шпинделя. Обработка таких шпинделей начинается с фрезерования торцов и сверления в них центровых отверстий. Эти отверстия служат технологической базой для чернового и получистого обтачивания наружных поверхностей. В серийном производстве обтачивание осуществляют на гидрокопировальных станках за Один-два хода. Число ходов определяется размерами шпинделя, а главное припусками на обработку. Для обтачивания наружных поверхностей используют многорезцовые станки.

Термическая обработка не должна вызывать заметных деформаций шпинделя. Эта задача решается применением поверхностной закалки с нагревом с помощью ТВЧ. Сущность этого процесса заключается в кратковременном нагреве и быстром охлаждении поверхностного слоя на глубину 1—3 мм, который подвергается закалке. Остальная часть металла не нагревается, что исключает деформацию шпинделя. Нагрев и охлаждение закаливаемых поверхностей происходит с помощью специальных индукторов. Закалке подвергают поверхности наружного конуса под патрон и конического отверстия в переднем конце шпинделя. При изготовлении шпинделей из стали 20Х их подвергают цементации с последующей закалкой и отпуском.

Шпиндель современного металлорежущего станка занимает особое место в кинематической цепи станка, так как от него зависит не только передача вращательного движения обрабатываемой заготовке или инструменту, но и качество обработки. Он вращается на опорных шейках, являющихся его основными базами, следовательно, от стабильности положения вращающегося в опорах шпинделя зависит качество обработки. Шпиндели работают на опорах качения и опорах скольжения. В первом случае к шпинделям предъявляют требования жесткости и прочности, а во втором, кроме этого, и износостойкости.

Шпиндели изготовляют из хромистых сталей марок 20Х, 40Х, хромоникелевых и других легированных сталей. Для шпинделей некоторых тяжелых станков применяют стальное литье или чугун.

В качестве заготовок для шпинделей используют поковки, штамповки, а для шпинделей небольших размеров — прутковый материал.

В современных конструкциях станков применяют шпиндели различных видов: со сквозными и несквозными отверстиями, а также сплошного сечения. В шпинделях со сквозными отверстиями при удалении металла с наружной и внутренней поверхностей возникает перераспределение внутренних напряжений, вызывающих в дальнейшем деформации, которые при работе шпинделя на станке могут значительно увеличиться. Уменьшения внутренних напряжений достигают технологичностью конструкции шпинделя, правильным выбором материала, соответствующей термообработкой заготовки и разделением операций на черновые, чистовые и отделочные. Наиболее распространены полые шпиндели, которые отличаются наибольшей сложностью обработки.

Основными базами шпинделя являются его опорные шейки, но так как использовать их в качестве установочной базы в последующем не представляется возможным, то, пользуясь ими, вначале осуществляют подрезку (фрезерование) торцов и центрование; поверхности центров служат в дальнейшем технологическими базами.

Черновую обработку осевого отверстия шпинделя обычно выполняют на специальных станках для глубокого сверления.

Технологическими базами являются поверхности двух шеек шпинделя, одну из которых зажимают в патроне станка, а другую устанавливают в люнет.

Осевые отверстия в зависимости от диаметра обрабатывают специальными сверлами (пушечными, перовыми, кольцевыми) и резцовыми головками. Отверстия больших диаметров обрабатывают многорезцовыми расточными головками.

После выполнения черновых операций заготовку шпинделя направляют на термическую обработку, улучшающую механические свойства и обрабатываемость заготовки. Термообработка завершается операцией правки на правильных машинах. После правки производят чистовую обработку осевого отверстия на станках для глубокого сверления, так же как и при черновой обработке. Эта операция является очень ответственной, так как она должна обеспечить концентричность и соосность наружных поверхностей с поверхностями осевого отверстия, являющегося технологической базой при последующей обработке наружных поверхностей.

Чистовую обработку наружных поверхностей выполняют так же, как и черновую, на токарно-копировальных станках. Припуск, оставляемый для чистовой обработки, составляет 0,25...0,4 мм на сторону. После чистовой обработки наружных и внутренних поверхностей обрабатывают шпоночные канавки. Точность углового расположения шпоночных канавок обеспечивают делительной головкой, если шпиндель устанавливают в центрах, или делительным диском, надеваемым на шейку шпинделя и закрепляемым стопорным болтом. Шпоночные канавки обрабатывают торцевыми, дисковыми или концевыми фрезами на универсальных фрезерных или на специальных фрезерно-шпоночных станках.

Далее обрабатывают отверстия во фланце, а также нарезают резьбу. В качестве технологических баз при сверлении и нарезании резьбы используют основные базы шпинделя. Соосность отверстий достигается накладными приспособлениями, центрируемыми по конусу фланца.

В зависимости от марки стали полностью обработанную заготовку шпинделя подвергают термической обработке. Наиболее распространенным способом такой обработки является поверхностная закалка с применением ТВЧ. Глубину закаливаемого слоя можно автоматически регулировать в пределах 1...5 мм. Твердость закаленного слоя HRC 48...52 постепенно снижается от наружной поверхности заготовки к ее оси.

К числу ответственных операций относится отделка наружных поверхностей шпинделя; эту операцию выполняют на шлифовальных станках и обычно подразделяют на предварительную и окончательную.

Шпиндели шлифуют на кругло шлифовальных станках с применением мелкозернистых кругов. Для обеспечения соосности и концентричности наружных и внутренних поверхностей используют поверхности осевого отверстия шпинделя. Поверхности шеек шпинделя, которые работают в опорах скольжения, кроме шлифования подвергают су­перфинишированию.

После отделки шеек шпинделя приступают к отделочной обработке осевого отверстия на внутришлифовальном станке, используя в качестве технологической базы поверхности передней опорной шейки, устанавливаемой в люнете, и шейки противоположного конца шпинделя, зажимаемой в само центрирующем трех кулачковом патроне.

Завершающей операцией обработки шпинделя является балансировка, при которой устраняют неуравновешенность, обеспечивают устойчивость относительного положения шпинделя на станке и плавность его вращения.