Основные особенности лезвийной обработки заготовок деталей: обработка на сверлильных и фрезерных станках. Резанье струей воды
Обработка заготовок на сверлильных станках. Движения резания (как главное, так и движение подачи) совершаются инструментом. При этом главное движение представляет собой вращательное движение инструмента, а движение подачи - его поступательное перемещение вдоль оси вращения.
Сверлильная обработка в основном предназначена для получения отверстий цилиндрической и, реже, конической формы, а также для плоских и конических торцевых поверхностей. Сверление отверстий в сплошном материале спиральными сверлами в среднем обеспечивают 12 - 14 квалитет и шероховатость поверхностей от единиц до десятков мкм по параметру Rz. Для повышения геометрической точности отверстий и снижения шероховатостей их поверхностей после сверления обычно применяют обработку зенкерами и развертками. Зенкерование можно рассматривать как промежуточную обработку между сверлением и развертыванием, а также как наиболее целесообразную обработку литых отверстий. Развертывание обеспечивает в качестве предельно достижимой точности 7 квалитет с одновременным достижением шероховатости поверхности в пределах десятых долей мкм по параметру Ra. Результаты, сопоставимые с развертыванием можно обеспечить с помощью специальных сверл, которые в основном демонстрируются на международных выставках и не стали пока достоянием массового потребителя. Производительность и себестоимость процесса обработки на сверлильных станках относятся, в основном, к так называемым среднеэкономическим процессам, т.е. обеспечивается оборудованием нормальной точности с участием рабочих средней квалификации.
Обработка заготовок на фрезерных станках. Главное движение при фрезеровании представляет собой вращательное движение инструмента - фрезы. Движение подачи от независимого привода совершает заготовка, закрепленная на столе станка. Основными перемещениями стола фрезерного станка являются его горизонтальные перемещения в двух взаимноперпендикулярных плоскостях (продольная и поперечная подача). В качестве дополнительного движения стола используется его дискретное вертикальное перемещение. Многообразие форм фрезерования можно свести к двум основным схемам - встречное фрезерование и попутное фрезерование.
Благодаря независимым приводам инструмента и стола можно совмещать вращательные движения фрезы под различными углами с одновременным перемещением стола с заготовкой по сложной траектории. Это обеспечивает многообразие форм обработанных поверхностей.
Как известно, при классическом фрезеровании поверхностей, по сравнению с точением, возникают дополнительные вибрации. Кроме того большую часть рабочей траектории зуба он не срезает, а отрывает стружку. Все это вместе взятое приводит к получению достаточно грубой, шероховатой поверхности и поэтому классическое фрезерование, в основном, используется для черновой или предварительной обработки. Геометрическая точность, обеспечиваемая при классическом фрезеровании, также невысока и соответствует примерно 10 - 12 квалитетам. Главным же достоинством фрезерования, помимо многообразия форм обработанных поверхностей, является очень высокая производительность процесса резания.
Резание струей воды – резаниесвоеобразным режущим инструментом - определённым образом сформированная высоконапорная тонкая струя жидкости.
Жидкой средой, в основном, является вода. Эффект резания достигается за счёт высокой плотности потока энергии в струе жидкости, исходящей из сопла малого диаметра (доли миллиметра) под большим давлением (до 400 и более МПа) и с высокой скоростью, превышающей скорость звука. При этом расстояние от среза сопла до поверхности материала составляет несколько миллиметров, и плотность давления струи превышает предел прочности материала. После резки остаточная энергия струи гасится специальной водяной ловушкой.
Если в жидкую среду добавляются абразивы – метод гидроабразивной резки. В качестве абразива обычно используют порошки твердых сплавов, карбидов, окислов. Выбор абразива зависит от вида и твердости разрезаемого материала.
Используется даже в пищевой промышленности для резки пищевых продуктов в свежем и замороженном виде.
Основные особенности абразивной обработки заготовок деталей: наружное и внутреннее шлифование, бесцентровое шлифование, плоское шлифование, резьбошлифование, хонингование, ленточное шлифование, суперфиниширование.
Шлифование - один из видов обработки резанием, при котором припуск на обработку снимается абразивными инструментами. Шлифованием можно получить высокую точность размеров и формы, а также необходимую шероховатость поверхности. Абразивные зерна расположены в круге беспорядочно и удерживаются связующим материалом. При вращательном движении круга в зоне его контакта с заготовкой часть зерен срезает материал в виде очень большого числа тонких стружек (до 100 000 в минуту). Шлифовальные круги срезают стружку на очень больших скоростях от 30м/c и выше. Процесс резания каждым зерном осуществляется почти мгновенно.
Обработанная поверхность представляет собой совокупность микроследов абразивных зерен и имеет малую шероховатость. Часть зерен ориентирована так, что резать не может. Такие зерна производят работу трения по поверхности резания. Абразивные зёрна могут также оказывать на заготовку существенное силовое воздействие. Происходит поверхностное пластическое деформирование материала, искажение его кристаллической решетки. Деформирующая сила вызывает сдвиг одного слоя атомов относительно другого. Вследствие упруго-пластического деформирования материала обработанная поверхность упрочняется. Но этот эффект оказывается менее ощутимым, чем при обработке лезвийным инструментом. Тепловое и силовое воздействие на обработанную поверхность приводит к структурным превращениям и изменению физико-механических свойств поверхностных слоев обрабатываемого материала. Для уменьшения теплового воздействия процесс шлифования производят при обильной подаче смазочно-охлаждающей жидкости.
Круглое наружное шлифование - процесс шлифования заготовки во время ее вращения в центрах или в патроне кругами.
Внутреннее шлифование - шлифование отверстий цилиндрической и конической формы. В зависимости от конструкции заготовки и станка шлифование осуществляется при вращении заготовки или при неподвижном ее состоянии. В этом случае шлифовальный круг при обработке вращается не только вокруг своей оси со скоростью 20-35 м/с, но и вокруг оси обрабатываемого отверстия с круговой подачей 20-30 м/мин.
Бесцентровое шлифование - отличается от центрового тем, что обрабатываемые заготовки получают вращение и шлифуются без крепления в центрах, причем базой является обрабатываемая поверхность. При круглом бесцентровом шлифовании оба круга вращаются в одну сторону с разными скоростями, рабочий круг - со скоростью 30-35 м/с, ведущий - со скоростью, в 60-100 раз меньшей. Опорой для шлифуемой заготовки является "нож" со скошенным краем, находящийся между рабочим и ведущими кругами. Нож устанавливается так, чтобы центр заготовки находился выше или ниже центров кругов.
Плоское шлифование - шлифование плоскостей осуществляется периферией или торцом круга.
Резьбошлифование - шлифование резьбы различных профилей (треугольные, трапециевидные и др.), метчиков, резьбовых калибров, накатных роликов, ходовых винтов металлорежущих станков и измерительных приборов.
Хонингование - процесс доводки отверстий хоном. Хонингование применяют для получения поверхностей высокой точности и малой шероховатости, а также для создания специфического микро-профиля обработанной поверхности в виде сетки (для удержания смазочного материала на поверхности деталей). Поверхность неподвижной заготовки обрабатывается мелко-зернистыми абразивными брусками, закрепленными в хонинговальной головке (хоне). Бруски вращаются и одновременно перемещаются возвратно- поступательно вдоль оси обрабатываемого отверстия. Соотношение скоростей движений составляет 1,5…10, и определяет условия резания. При сочетании движений на обрабатываемой поверхности появляется сетка микроскопических винтовых царапин – следов перемещения абразивных зерен. Угол пересечения этих следов зависит от соотношения скоростей. Абразивные бруски всегда контактируют с обрабатываемой поверхностью, так как могут раздвигаться в радиальном направлении. Давление бруска контролируется. Хонингованием исправляют погрешности формы от предыдущей обработки, а чистовое – для повышения качества поверхности.
Суперфиниширование - шлифование при малом съеме металла (10-12 мкм на диаметр), для достижения шероховатости 0,16-0,02 мкм по параметру Ra. Процесс осуществляется при малых окружных скоростях изделия (8-40 м/мин.), малых давлениях мелкозернистых брусков (1,5-3 кгс/см2) при их колебательном движении с частотой от 500-600 до 2000-3000 двойных ходов в минуту с амплитудой 2-5 мм. При суперфинишировании полностью удаляется волнистость, уменьшается огранка, удаляется дефектный поверхностный слой металла. После суперфиниширования формируется упрочненный поверхностный слой без структурных изменений, что улучшает эксплуатационные свойства деталей, работающих в условиях трения - скольжения или качения. Рабочим инструментом является абразивная головка с одним - четырьмя абразивными брусками.
Ленточное шлифование и полирование - обработка изделия бесконечной шлифовальной лентой, изготовленной из шлифовальной шкурки на тканевой или бумажной основах. Базирование инструмента осуществляется по обрабатываемой поверхности. Этот процесс особенно эффективен при шлифовании сложнопрофильных поверхностей.
Конструкторская часть
1. Стадии разработки конструкторской документации: техническое задание и техническое предложение.
Техническое задание (ТЗ) – исходный документ для проведения исследований и проектирования новых изделий. ТЗ – основной документ, определяющий технические эксплуатационные требования к проектируемому изделиню.
ТЗ – начальный этап конструирования. ТЗ устанавливает:
· прогнозируемые показатели технического уровня и качества
· основное назначение
· характеристика рынка сбыта
· технические и тактико-технические характеристики
· уровень стандартизации и унификации
· технико – экономические показатели
· и т.д.
ТЗ может являться результатом НИР (как отчетный документ).
Для составления ТЗ необходимо больше эрудиции и знаний чем при разработке изделия, ошибка на этой стадии может привести к неверному направлению всей разработки и существенным денежным тратам.
При изменении ТЗ оформляется протокол, который является частью самого ТЗ.
Техническое предложение – совокупность конструкторских документов, которые должны содержать технические и технико-экономические обоснования целесообразности разработки изделия на основании анализа ТЗ и различных вариантов возможных решений, сравнительной оценки решений с учетом конструкционных и эксплуатационных особенностей разрабатываемого и существующих изделий и патентные исследования.
Цель технического предложения – выявление дополнительных или уточнение существующих требований к изделию изложенных в ТЗ. Техническое предложение является ответом конструктора на ТЗ. Варианты, изложенные в техническом предложении, тщательно обосновываются с использованием расчетов и анализом практического опыта.