Технология машиностроения 2006 Махаринский

91

заданных физико-механических свойств. Спекание представляет сложный ком- плекс большого количества физико-химических явлений, протекающих одно- временно или последовательно при нагревании заготовок. Возможны две раз- новидности процесса спекания: твердофазное, т.е. без образования жидкой фа- зы, и жидкофазное, при котором легкоплавкие компоненты смеси порошков расплавляются. Спекание изделий, спрессованных из порошков, проводят в среде защитного газа или вакууме. Применение защитных атмосфер обуслов-

лено необходимостью предохранения спекаемых материалов от окисления в процессе термической обработки, а также восстановления оксидных пленок на поверхности частиц.

Окисление при спекании крайне нежелательно, так как процесс уплотнения и упрочнения спекаемых брикетов тормозится и даже останавливается при об- разовании на поверхности частиц оксидных пленок. Спекаемые частицы могут окисляться кислородом, содержащимся в защитной атмосфере (например, в ви- де паров воды) в спекаемом материале в виде оксидов (покрывающих частицы порошков), в порах спекаемого брикета, а также кислородом воздуха, подсасы- ваемого через неплотности печи.

Защиту от окисления особенно трудно осуществить при спекании метал- лов, образующих трудновосстановимые оксиды (хром, титан, алюминий). При спекании таких металлов требуется тщательная очистка защитного газа от ки- слорода. Выбор защитной среды сильно зависит от состава спекаемых изделий, типа печей, экономических факторов и т п. Взаимодействие с атмосферой не должно приводить к образованию соединений, ухудшающих свойства спечен- ных тел. В целом атмосфера спекания влияет на десорбцию газов, рафинирова- ние, восстановление и диссоциацию оксидов, перенос металла через газовую фазу; образование химических соединений при взаимодействии с материалом спекаемого тела, поверхностную диффузию атомов и др.

В качестве защитной атмосферы применяют водород, генераторный газ, диссоциированный аммиак, конвертированный природный газ. инертные газы (аргон, гелий), азот, эндо- и экзотермические газы, а также вакуум.

Точность изготовления порошковых деталей определяется точностью обо- рудования, пресс-форм, стабильностью упругих последействий, объемных из- менений при спекании, износом пресс-форм, ростом линейных размеров при хранении и т. д.

Точность размеров холоднопрессованных брикетов при уплотнении «по давлению» соответствует для размеров по высоте 12—14-му квалитетам, для диаметральных — 6-8му квалитетам: при уплотнении с ограничителем для вы- сотных размеров соответствует 12-му квалитету, для диаметральных–8–11-му квалитету. При изготовлении изделий с точностью по 6–7-му квалитетам для обеспечения допуска соосности детали пресс-формы изготовляют по 3 –6-му квалитетам.

Спекание приводит к снижению точности размеров на 1–2 квалитета. Точ- ность размеров поперечного сечения прессовок (круглость, соосность) практи-

чески не зависит от схемы прессования и определяется в основном точностью пресс-форм.

92

3.ОБРАБОТКА ТИПОВЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ МАШИН

3.1.Обработка наружных поверхностей вращения

3.1.1. Точение заготовок

Точение применяется для обработки преимущественно поверхностей вра- щения с помощью резцов. Обработка наружных поверхностей вращения назы- вается обтачиванием, обработка канавок — прорезанием, обработка торцов — подрезанием. В зависимости от типа обрабатываемой поверхности используют различные типы универсальных или специальных резцов. Чаще всего главное вра- щательное движение сообщается заготовке, которая устанавливается в цен-

трах, в самоцентрирующем патроне, в патроне и центре, в специальном или специализированном приспособлении, которое крепится к шпинделю станка, а движения подачи — резцу.

Точение заготовок для валов и других деталей, имеющих форму тел вра- щения, бывает следующих видов:

черновое (или обдирочное) — с точностью обработки до 12-го квалитета и с шероховатостью поверхности 160...40 мкм по критерию Rz;

чистовое — с точностью обработки до 8, 9-го квалитетов с шероховато- стью поверхности до 2,5 по Rа;

чистовое, точное и тонкое — с точностью обработки до 7-го квалитета и с шероховатостью поверхности до 0,16 мкм по Ra.

Обработку указанных деталей производят на различных станках: токарно- винторезных (рис. 3.1), токарно-револьверных, многорезцовых, токарно- карусельных, одношпиндельных и многошпиндельных токарных полуавтома- тах и автоматах.

Рис. 3.1. Схема токарно-винторезного станка:

1- передняя бабка; 2- суппорт; 3- задняя бабка; 4- станина; 5, 9- тумбы; 6-фартук; 7-ходовой винт; 8-ходовой валик; 10-коробка подач; 11-гитара сменных шестерен

Рис. 3.4. Варианты удаления напуска

93

Рис. 3.2. Схема обработки прямыми и	Рис. 3.3. Схема обработки
отогнутыми проходными резцами	проходным упорным резцом

К наружным поверхностям вращения, обрабатываемым точением, относят цилиндрические, конические и фасонные элементарные поверхности, а также прямые и угловые канавки. Частным случаем конической поверхности является торец.

Формообразование на- ружных поверхностей осуще- ствляется резцами, тип кото- рых зависит от формы по- верхности и от типа ее грани- цы. Так открытые цилиндри- ческие поверхности обраба- тываются прямыми или ото- гнутыми проходными резца- ми с углом в плане ϕ = 30…60°. Чем меньше ϕ, тем

выше стойкость резца. Но чаще всего применяют резцы с ϕ = 45°(рис. 3.2).

Полуоткрытые цилиндрические поверхности обрабатываются проходными упорными резцами с углом в плане ϕ = 90…93°. Предпочтительнее ϕ = 93°, чтобы торец формировался не за счет положения режущей кромки, а за счет поперечной подачи S (рис. 3.3).

Порядок удаления напуска со ступенчатой поверхности необходимо выби- рать таким, чтобы суммарная длина рабочих и холостых проходов была мини- мальной. На рис. 3.4 показаны два варианта удаления напуска. В первом случае

общая длина проходов будет

LI = 2(L1 + L2 + L3 )+ 2(L1 + L2 )+ 2L1 = 6L1 + 4L2 + 2L3 ,

а во втором

LII = 2(L1 + L2 + L3 ) = 2L1 + 2L2 + 2L3 .

Разница L составляет

L = 4L1 + 2L2 .

94

Следовательно, второй метод организации удаления напуска эффективнее первого, особенно если а1 ≤ ау , где ау – допус-

тимая по жесткости и виброустойчивости глу- бина резания.

Коническую по-

верхность значительной длины и относительно небольшим углом на- клона α , образующей к оси (от 1:16 до 1:30),

обрабатывают таким же

				инструментом,		что	и
				цилиндрическую,			но
				при этом поворачивают
	Рис. 3.5. Схема обработки конических поверхно-			ось вращения заготовки
				так,	чтобы образующая
		стей
				конуса стала параллель-
		на направлению продольной подачи. Это осуществ-
		ляется обычно за счет смещения центра задней баб-
		ки в горизонтальной плоскости на величину h, зави-
		сящую от требуемого угла			α (рис.	3.5,	а).
		h = L × sinα , где L – длина заготовки.
			Короткую (не более 30-40 мм) коническую по-
		верхность можно обработать поперечной подачей
		специальным широким резцом, режущая кромка ко-
		торого повернута на заданный угол (рис. 3.5, б).
		Кроме того, любую коническую поверхность можно
		обработать (ручной подачей), повернув поворотную
		плиту 4 верхних салазок 11 на заданный угол (рис.
		3.5, в).
			Подрезание торца осуществляют либо подрез-
		ным резцом, либо проходными (отогнутым или
		упорным). Второе предпочтительнее, так как при
		этом нет необходимости в смене инструмента, ко-
		гда после подрезания торца переходят к обтачива-
		нию (рис. 3.6). Фасонное обтачивание, т. е. обра-
		ботку поверхностей сложной конфигурации (сфе-
		рических, ступенчатых, конических и др.), осуще-
	Рис. 3.6. Подрезка	ствляют при обработке фасонными резцами (рис. 3.7),
		а также при одновременном перемещении режущего
	торца
		инструмента в продольном и поперечном направле-

ниях (рис. 3.8, а). Фасонное обтачивание по копиру, контур которого соответст-

95

вует контуру обрабатываемой заготовки (рис. 3.8, б), значительно упрощает об- работку заготовок. Фа- сонное обтачивание кон- тура может также осуще-

ствляться по программе на станках оснащенных системой числового про- граммного управления.

Галтельный переход от цилиндрической по- верхности к торцу обра-

батывают проходным упорным резцом, верши- на которого имеет скруг-

ление соответствующего

радиуса (рис. 3.7, б).

Рис. 3.7. Схема обработки короткой фасонной поверхности (а) и галтельного перехода (б)

Рис. 3.8. Схемы обработки фасонных поверхностей: а– совмещением подач, б– по копиру

	Обработка длиной фа-
	сонной поверхности, к точ-
	ности профиля которой не
	предъявляются		высокие
	требования (14-16 квали-
	тет), на токарно- винторез-
	ном станке может быть вы-
	полнена	при	одновремен-
	ном ручном		управлении
	продольной и		поперечной
Рис. 3.9. Схема обработки неточной дли-	подачей	остроконечного
	фасонного резца (рис.			3.9).
ной фасонной поверхности	Производительность и			ка-

чество обработки зависят от навыков рабочего. Для повышения производительности опытные рабочие ис-

96

пользуют автоматическую продольную подачу, управляя вручную только попе- речной. Обработка такой фасонной поверхности осуществляется за несколько проходов и по частям. Контроль профиля осуществляется шаблоном, для кото- рого на необрабатываемой и обрабатываемой поверхностях формирует измери- тельные базы.

Рис. 3.10. Схемы обработки прямых и угловых технологических канавок

Канавки на периферии и на торце заготовки выполняются прорезными (канавочными) резцами. Канавки могут быть технологическими (для выхода инструмента при последующей отделочной обработке) или функциональными.

Схемы обработки прямых и угловых технологических канавок приведены на рис. 3.10. Прямые технологические канавки обрабатываются либо канавочными резцами соответствующего профиля и ширины, которая обычно равна ширине канавки (см. рис. 3.10, а и б), или проходным упорным резцом со вспомога- тельным углом в плане ϕ1 = 45°. Для последнего сначала осуществляют вреза- ние поперечной подачей на глубину канавки, а затем продольной подачей обес- печивают ее ширину (см. рис. 3.10, в).

Угловая технологическая канавка выполняется канавочным отогнутым резцом с подачей под углом 45° к оси заготовки. Профиль рабочей части резца соответствует профилю канавки. Вместо подачи под углом можно использовать двухэтапную обработку: сначала радиальное врезание на глубину канавки, а за- тем осевое на такую же глубину в торец. Но при этом ширина резца должна быть меньше на D = 0,71× h , где h – радиальная (и торцовая) глубина канавки

(рис. 3.10-г).

Функциональные канавки могут быть прямоугольного, трапецеидального профиля и типа «ласточкин хвост». Кроме того, на торце могут быть Т- образные канавки. Прямоугольные и трапецеидальные канавки обрабатываются прорезными резцами соответствующего профиля. Широкие прямоугольные ка- навки обрабатываются за несколько проходов (рис. 3.11, а). Крупные трапецеи- дальные канавки часто обрабатываются в три перехода (резцами трех видов, см. рис. 3.11, б). В несколько переходов обрабатываются также канавки типа «ласточкин хвост» и Т-образные канавки (см. рис. 3.11, в и 3.11, г).

Рис. 3.12. Отрезание детали

97

Рис. 3.11. Схемы обработки функциональных канавок

Деталь отрезается от групповой заготовки отрезными резцами

(рис.3.12).

Обтачивание валов и других деталей (тел вращения) обычно разделяется на две опера- ции: черновое (предварительное) и чистовое (окончательное) обтачивание. При черновом обтачивании снимают большую часть припус- ка, обработка производится с большой глуби- ной резания и большой подачей. При обра- ботке большого количества деталей (в серий- ном и массовом производстве) черновое обта-

чивание производится на самостоятельном станке, более мощном, чем станок для чисто- вого обтачивания.

При чистовом обтачивании порядок обработ-

ки ступеней вала зависит также от заданных баз, допускаемой величины погрешностей в размерах отдельных ступеней и методов из-

мерения длин. При обтачивании вала со значительной разницей в диаметрах первой (более толстой) стороны и концевой (более тонкой) следует стремиться как можно меньше ослаблять вал при обработке, т.е. начинать обтачивание со ступени наибольшего диаметра, а ступень наименьшего диаметра часто бывает целесообразно обрабатывать последней.

3.1.2. Установка и закрепление заготовок на токарных станках

Для установки заготовки с использованием в качестве реальной технологи-

ческой базы наружной цилиндрической или шестигранной поверхности обычно используется трехкулачковый самоцентрирующийся патрон. Такой патрон можно использовать также, если в качестве реальной технологической базы принята внутренняя цилиндрическая поверхность и прилегающий к ней торец,

98

но диаметр этой поверхности должен быть достаточно большим, чтобы внутри могли разместиться кулачки.

Четырехкулачковый патрон с независимым перемещением кулачков при-

меняют преимущественно для закрепления заготовок с технологической базой некруглой формы (квадрат, прямоугольник и т.д.). Кулачки могут быть повер- нуты на 180° для закрепления за внутреннюю поверхность.

При токарной обработке валов в качестве реальных технологических баз используются центровые отверстия. В шпинделе передней бабки устанавлива- ют неподвижный или плавающий центр (рис. 3.13, а, б). При обтачивании на-

ружной конической поверхности в шпинделе передней бабки и пиноли задней бабки устанавливаются центры со сферической рабочей частью (см. рис. 3.13, в). Если необходимо подрезать торец заготовки, в пиноль задней бабки уста- навливают полуцентр (см. рис. 3.13, г). При обычном обтачивании в пиноль задней бабки устанавливают вращающийся центр (рис. 3.14).

Рис. 3.13. Схемы центров

Передача крутящего момента от

Рис. 3.14 Токарные хомутики:

а- обычный, б- самозатягивающийся

шпинделя заготовке осуществляется пальцем поводкового патрона, закрепленного на шпинделе, че- рез хомутик, который закрепля- ется на заготовке (рис. 3.14). Пе- редача крутящего момента заго- товке может осуществляться по- водковым патроном, зубцы ко- торого внедряются в торец заго- товки действием осевой силы, создаваемой задней бабкой.

Для повышения жесткости заготовку вала устанавливают в трехкулачковом патроне и цен- тре задней бабки или при обта- чивании длинной цилиндриче-

99

ской поверхности используют подвижный люнет, который закрепляется на продольных салазках суппорта (рис. 3.15). Опорные кулачки люнета сдвинуты по отношению к резцу в сторону задней бабки на 20…30мм.

Если в длинном валу или втулке, наружный диаметр которых не позволяет их разместить внутри шпинделя, необходимо обработать отверстие, то заготов- ку устанавливают в трехкулачковый патрон и неподвижный люнет (рис. 3.16), закрепляемый на направляющих станины.

Рис. 3.15. Подвижный люнет

На рис. 3.17 показана схема обра- ботки вала при его установке в центрах, поводковый патрон и хомутик, а также с применением люнета.

При обработке втулок и дисков, чтобы обеспечить соосность обрабаты- Рис. 3.16. Неподвижный люнет

ваемых поверхностей с отверсти- ем, которое служит реальной тех- нологической базой, заготовку

устанавливают и закрепляют на оправках различной конструкции. Оправки могут быть консольны- ми, когда они своим хвостовиком (конус Морзе) устанавливаются в шпинделе, или центровыми, когда они с закрепленной них заготов- кой устанавливаются в центрах.

Цилиндрические оправки для

установки заготовок с гарантиро-	Рис. 3.17. Схема обработки вала на токар-
ванным зазором (рис. 3.18) конст-	ном станке
руктивно простые, позволяют

вести многоместную обработку, но не обеспечивают точного центрирования. Цилиндрические прессовые оправки (рис. 3.19) применяются при необходимо- сти обеспечить высокую точность взаимного расположения отверстия и обра- батываемых поверхностей. Используя при запрессовке упорные кольца (на ри-

100

Рис. 3.18. Консольная оп-	Рис. 3.19. Схема цилиндрической прессо-
равка с зазором	вой оправки

сунке не показаны), точно ориентируют заготовку по длине оправки. При нали- чии кольцевой выточки 1 можно подрезать оба торца заготовки. Шейка 2 – на-

		правляющая при напрессовке.
		Наряду с жесткими применяют раз-
		жимные оправки: 1) цанговые; 2) кулачко-
		вые; 3) с тарельчатыми пружинами; 4) с
		гофрированными центрирующими		втул-
		ками; 5) с упругой гильзой, которая раз-
		жимается изнутри гидропластом; 6) само-
		зажимные роликовые. Консольная цанго-
		вая и кулачковая центровая оправка пока-
		заны на рис. 3.20. Силу закрепления на
		этих оправках обеспечивает давление цен-
		тра задней бабки.
		Консольная оправка с тарельчатыми
	Рис. 3.20. Консольная цанговая и	пружинами показана на рис. 3.21. При
		вращении винта 5 втулка 2 сплющивает
	кулачковая центровая оправки
		пружину 4. Ее наружный диаметр увели-
	чивается, за счет чего происходит центрирование и зажим заготовки.
		Схема		оп-
		равки с гофриро-
		ванной	центри-
		рующей	втулкой
		показана на рис.
		3.22. При		сжа-
		тии такой втул-
		ки также проис-
		ходит	увеличе-

Рис. 3.21. Консольная оправка с тарельчатыми пружинами

ние наружного и уменьшение

внутреннего диаметров.