1.3.1 Способи обробки площин

 

Площини, як було розглянуто вище, мають місце у конструкції практично усіх типів деталей. Для їх обробки за певною необхідністю можуть бути використані усі наведені на рисунку 1.5 способи обробки поверхонь.

Найбільш поширені способи обробки різанням наведені на рисунку 1.6.

 

Обробка площин різанням

 

         

Лезова обробка                                  Абразивна обробка   

 

              Фрезерування                                             Шліфування

 

             Стругання та довбання                               Притирання

 

              Точіння                                                       Полірування

 

              Шабрування

Фрезерування

 

Фрезерування виконується за допомогою багатолезових інструментів – фрез, конструкція яких (див. рисунок 1.7) забезпечує обробку площин як у горизонтальному, так і у вертикальному положеннях під кутом до площини стола верстата, а також обробку фасонних елементів.

Фрезерування виконують на вертикально - та горизонтально -фрезерних, горизонтально-розточувальних, фрезерно-свердлильно-розточувальних, а також карусельно - та барабанно-фрезерних верстатах.

При фрезеруванні необхідно забезпечити обертальний рух фрези (головний рух – швидкість різання V), що вимірюють у м/хв і визначають за формулою

V= πDфрn/1000,

де Dфр - діаметр фрези, мм; n - частота обертання фрези, об/хв, а також відносний поступальний рух заготовки і фрези – подачу S, яка при фрезеруванні може мати такі різновидності:

- подача на зуб Sz, мм/зуб;

- подача на оберт Sоб = Sz z , мм/об (z – кількість зубців фрези);

- хвилинну подачу Sхв  = Sоб n, мм/хв.

 

 

Залежно від конструкції різальної частини фрези, її матеріалу, а також режимів обробки фрезерування забезпечує точність у межах 8–14-го квалітетів при шорсткості поверхні у межах Ra (12,5–0,8) мкм.

Фрезерування є високопродуктивним способом обробки і використовується практично в усіх типах виробництва.

Стругання та довбання

 

Стругання - це спосіб обробки поверхонь одним або декількома різцями шляхом взаємного прямолінійного зворотно-поступального переміщення заготовки та інструмента у горизонтальній площині.

Стругання виконують на поздовжньо - та поперечно - стругальних верстатах. На поздовжньо-стругальних верстатах швидкість різання V забезпечує рух стола із встановленою на ньому заготовкою, а на поперечно-стругальних - рух різця.

Довбання – це також спосіб обробки поверхонь шляхом взаємного прямолінійного зворотно-поступального переміщення заготовки та інструмента, але у вертикальній площині. При довбанні швидкість різання V забезпечує рух інструмента – різця.

Деякі технологічні можливості стругання та довбання показані на рисунку 1.8.

 

На стругальних верстатах обробляють площини, як паралельні столу верстата, так і перпендикулярні, а також під кутом до нього (рис. 1.8 а-в).

Цей спосіб обробки використовують при обробці рифлень (рис.1.8 г), пазів (рис.1.8 е), фасонних поверхонь (рис. 1.8 ж). Стругання може проводитися з використанням одночасно декількох різців (рис.1.8 д).

Довбання дозволяє обробляти як плоскі площини (рис.1.8 з) так і фасонні (рис.1.8 и), а також пази в отворах (рис.1.8 к).

Довбання є єдиним способом виготовлення таких поверхонь, як шпонковий паз у закритих (не наскрізних) отворах.

При струганні та довбанні обробка виконується під час руху різця в одному напрямку (робочий хід V). Зворотний хід Vзв для підвищення продуктивності обробки виконується зі швидкістю в 2-3 рази більшою, ніж робочий хід. Крім цього, необхідно забезпечити поперечну подачу Sп, яка виконується після повернення інструменту у вихідне положення, тобто 1 раз за подвійний хід (Sп мм/подв.хід).

Швидкість різання V вимірюється у м/хв і становить у межах 6-20 м/хв залежно від матеріалу різальної частини інструменту та етапу обробки (чорновий, чистовий та ін.). На обмеження швидкості різання також впливають значні динамічні навантаження, що виникають при реверсуванні значних мас заготовки та стола.

Стругання та довбання можуть забезпечувати точність обробки до 8-9-го квалітетів при шорсткості поверхні за параметром Ra (2,5–0,63) мкм [ 2 ].

За своєю продуктивністю стругання та довбання поступаються фрезеруванню. Ці методи використовуються у верстатобудуванні, у важкому машинобудуванні, при виготовленні великих, важких станин, корпусів, рам та ін. деталей. Також ці способи використовуються у ремонтних, інструментальних цехах, а також в одиничному та дослідному виробництвах.

Точіння

 

Точіння площин виконують на верстатах токарної групи. На них обробляють торцеві поверхні деталей типу вал, диск, шків та ін. тіла обертання, а також розніми корпусів редукторів, насосів та інших деталей.

На рисунку 1.9 показані дві типові схеми обробки площин точінням.

Процес точіння виконується при обертанні заготовки (головний рух – швидкість різання V, яка вимірюється у м/хв) та подачі S інструмента у мм/об заготовки.

Залежно від конструкції верстата заготовка може обертатися навколо горизонтальної (рис 1.9а) або вертикальної (наприклад, на токарно-карусельних верстатах) осі шпинделя (рис.1.9б).

Особливістю точіння поверхонь є зміна швидкості різання під час переміщення різця стосовно осі шпинделя.

При точінні з напрямком подачі S від периферії до центра вона зменшується, а навпаки – збільшується.

Оскільки швидкість різання впливає на шорсткість поверхні, це треба враховувати на чистових етапах обробки. При використанні обладнання з ЧПК цей недолік можна компенсувати шляхом програмування підтримування постійної швидкості різання за рахунок зміни частоти обертання заготовки.

Процес точіння площин (підрізання торців) забезпечує точність 9-10–го квалітетів при шорсткості Ra (6,3-1,25) мкм [5].

Шабрування

 

Шабрування - це процес чистової обробки, який може бути використаний як до площин, так і для поверхонь іншої форми.

Шабрування виконують однолезовим інструментом – шабером. На рисунку 1.10 показані деякі види шаберів. На рисунку 1.11 подана схема робочого руху при шабруванні [9]. За кожним рухом з поверхні зіскрібають невеликі стружки. У більшості випадків використання шабрування є досить трудомісткою ручною працею.

 

Метою шабрування є підвищення точності форми, розміру, взаємного розташування попередньо обробленої іншими способами поверхні. Для підвищення продуктивності праці іноді

шабрування виконують за допомогою механізованих пристроїв, які забезпечують створення зворотно-поступального руху шабера.

Найчастіше шабрування використовують як спосіб чистової обробки напрямних станин верстатів (або при їх ремонті), а також контактуючих з ними поверхонь кареток, столів та ін. Наприклад, відхилення від площинності поверхні напрямних після шабрування не перевищує 20-50 мкм на 1000 мм її довжини [9].

Контроль якості шабрування виконують шляхом підрахування кількості плям (точок), що знаходяться у квадраті поверхні з розмірами 25х25 мм. Для цього використовують перевірочні плити або лінійки, на які нанесена спеціальна фарба. Після контакту з поверхнею, що підлягає обробці, на останній залишаються сліди від фарби. Ці плями і видаляють шабером, після чого проводять подальший контроль площинності.

Деякі параметри процесу шабрування наведені у таблиці 1.1.

 

Таблиця 1.1 – Параметри процесу шабрування [9]

 

Шліфування

 

Шліфування площин здійснюють на плоскошліфувальних верстатах із прямокутним або круглим столом. Шліфування здійснюють як периферією, так і торцем круга.

Типові схеми шліфування площин показані на рисунку 1.12.

При шліфуванні швидкість різання забезпечується шліфувальним кругом і на відміну від лезової обробки вимірюється у м/с.

         

Рисунок 1.12 – Схеми шліфування площин:

а) шліфування на прямокутному столі периферією круга;

б) шліфування на прямокутному столі торцем круга;

в) шліфування на круглому столі периферією круга;

г) шліфування на круглому столі торцем круга

На верстатах із круглим столом стіл обертається безперервно, а заготовки встановлюють і знімають після обробки під час проходження у певному секторі площини обертання.

Такі верстати дуже продуктивні і використовуються при значних обсягах випуску виробів.

При шліфуванні периферією круга на верстатах із прямокутним столом (див. рис.1.12а) стіл рухається зворотно-поступально з поздовжньою подачею Sпр=(20-60 м/хв). Якщо ширина обробки більша за ширину круга, то треба забезпечити поперечну подачу Sп. Поперечна подача здійснюється на один подвійний хід стола. Вона вимірюється у частках ширини круга В.

Sп = (0,2-0,7) В мм.

Після завершення шліфування всієї ширини поверхні здійснюють вертикальну подачу Sв, яка забезпечує глибину різання.

При шліфуванні торцем круга (див. рисунок 1.12б) використовують круги діаметром, більшим, ніж ширина заготовки. У цьому випадку потреба у поперечній подачі відпадає, а продуктивність роботи зростає.

Вертикальна подача залежить від виду шліфування (чорнове, напівчистове або інше) і знаходиться у межах 0,015-0,04 мм.

Зворотно-поступальне переміщення стола забезпечує гідравлічна система верстата, яка здійснює автоматичне реверсування стола за допомогою встановлених на ньому кулачків, що переключають золотник керування напрямком руху.

На верстатах із круглим столом кругова подача забезпечується частотою обертання самого стола. Залежно від умов обробки її зазначають у діапазоні Sкр = 20/60м/хв [6].

Поперечна подача на таких верстатах знаходиться у межах

Sп = (0,2-0,6) В мм.

Шліфування площин забезпечує 6-7-й квалітети точності розмірів при шорсткості поверхні Ra (0,63-0,16) мкм [7].

Плоскошліфувальні верстати обладнані магнітними плитами (на постійних магнітах або електромагнітах), що дозволяє досить просто закріплювати заготовки. Якщо матеріал заготовки не магнітний, то для їх закріплення використовують різноманітні пристрої.

При шліфуванні виділяється велика кількість тепла, тому обов’язково треба використовувати мастильно-охолоджувальні технологічні рідини (МОТР).

 

Притирання

 

Притирання – процес оздоблювальної обробки, який забезпечує дуже високу точність (4-5-й квалітети) та мінімальну шорсткість поверхні Ra (0,01-0,04) мкм [7].

Процес притирання може бути ручним і механізованим. Він полягає у тому, що заготовка переміщується по поверхні різального інструмента із невеликим тиском на нього, що забезпечує процес різання (див. рисунок 1.13).

 

 

Рисунок 1.13 – Схема притирання плоскої поверхні:

1- притиральна плита; 2 – заготовка; 3- траєкторія руху заготовки

Різальним інструментом для притирання є притир. Притири для площин – притиральні плити - можуть бути як прямокутної, так і круглої форми.

Прямокутні притири використовують здебільшого при ручному притиранні, а круглі - при притиранні механізованим способом на спеціальних верстатах.

Притири виготовляють із сірого чавуну, бронзи, міді, скла тощо. Перед використанням притир шаржують, тобто наносять на його поверхню притиральну пасту, що перетворює його у різальний інструмент.

До складу притиральної пасти, окрім абразивного порошку, входять олеїнова кислота, стеарин, вазелін тощо. Розмір зерна абразивного порошку безпосередньо впливає на якість обробленої поверхні.

Ручне притирання використовують в інструментальних цехах, в умовах одиничного та дрібносерійного виробництв, а механізоване - при великій кількості виробів.

 

Полірування

 

Полірування – оздоблювальна обробка, метою якої є зменшення шорсткості поверхні як у декоративних, так і в експлуатаційних цілях для підвищення її зносостійкості.

Полірування здійснюють за допомогою абразивних матеріалів дуже дрібних фракцій. Це можуть бути як природні матеріали – крокус, крейда, тальк та ін., так і штучні абразиви. Їх наносять на полірувальні круги (див. рисунок 1.14) та стрічки, включають до складу полірувальних паст, суспензій, а також використовують у вигляді вільних абразивів.

Полірувальні круги виготовляють із фетру, повсти, гуми тощо. На їх периферію наносять абразивну пасту або порошок, який закріплюють за допомогою клею.

Залежно від типу виробництва, розмірів та форми виробів процес полірування здійснюють як вручну, так і на спеціальних

полірувальних верстатах різного ступеня автоматизації, а також у барабанах, вібраційних та відцентрових установках тощо [7].

Полірування кругами (див. рисунок 1.15 а) найпоширеніший вид полірування.

Він полягає у тому, що заготовка під час обробки притискається з певним тиском до полірувального круга, що швидко обертається. Як правило, полірування площин кругами забезпечує лише зниження шорсткості поверхні, а параметри її точності можуть навіть погіршитися.

Круги встановлюють як на універсальних верстатах для загострювання інструмента, так і на спеціальних полірувальних верстатах.

 

Полірування абразивними стрічками (див. рисунок 1.15 б) є більш продуктивним способом. Він дозволяє проводити полірування фасонних поверхонь (див. рисунок 1.15 в). Ширина стрічок може досягати 700 мм.

Полірування стрічками виконують на полірувальних верстатах. Цей спосіб полірування на відміну від попереднього може забезпечувати також і точність обробки.

Швидкість різання при поліруванні кругом або стрічкою до 40–50 м/с забезпечується обертанням круга або швидкістю стрічки. Заготовку притискають до круга або стрічки із тиском 0,035-0,075 мПа. При збільшенні тиску продуктивність процесу збільшується, але збільшується також температура в зоні полірування, що приводить до появи “припікання” поверхні – зміни її кольору та механічних властивостей.

Полірування дозволяє зменшити шорсткість поверхні до рівня Ra (0,01-0,04) мкм.

Полірування у барабанах (див. рисунок 1.16) полягає у тому, що заготовки разом з абразивним матеріалом завантажують у барабан, якому надають обертального руху, або вібрації, що викликає відносне переміщення заготовок і абразиву. Таким способом можна полірувати площини заготовок порівняно невеликих розмірів досить складних форм.

         

Полірування у барабанах не передбачає досягнення розмірної точності або точності форми поверхні.

У той самий час цей спосіб дозволяє здійснювати полірування заготовок різних конфігурацій одночасно, що робить його доцільним навіть для умов дрібносерійного виробництва.