1.3.2 Способи обробки зовнішніх поверхонь обертання

 

Ці поверхні формують зовнішній контур практично усіх деталей типу вал, втулка, гільза, кільце та ін.

Зовнішні поверхні обертання можуть бути циліндричними, конічними, фасонними за різними співвідношеннями діаметра D до довжини L.

При співвідношенні L/D > 12 виріб вважається недостатньо жорстким і потребує під час обробки використання додаткової підтримуючої опори у вигляді люнета.

Найбільш поширені способи обробки цих поверхонь різанням показані на рисунку 1.17.

 

    Основні способи обробки різанням

      зовнішніх поверхонь обертання

 

 

 

Лезова обробка                                 Абразивна обробка

 

 

    Точіння                                                   Шліфування

 

 

Фрезерування                                           Притирання

 

 

Протягування                                           Суперфінішування

 

                                                                          Полірування

 

Обробка зовнішніх поверхонь обертання здійснюється на верстатах токарної групи – токарно-гвинторізних, токарно-карусельних (у тому числі з ЧПК), токарно-револьверних, токарних напівавтоматах та автоматах з різною кількістю шпинделів, на багаторізцевих та гідрокопіювальних верстатах, а також на шліфувальних, полірувальних та ін. верстатах. Усі ці верстати мають свої межі економічної доцільності використання у різних типах виробництва.

Заготовки під час обробки встановлюють у центрах різної конструкції або консольно у патронах, на оправках, планшайбах тощо. Як різальні інструменти використовують різці цільні, напаяні, а також з механічним кріпленням багатогранних різальних пластинок.

 

Точіння

 

Точіння виконують на верстатах токарної групи. Різальним інструментом при точінні є однолезові інструменти – різці.

Деякі види різців та поверхні, що вони обробляють, показані на рисунку 1.18 (стрілка показує напрям руху різця).

 

1,4 - упорно-прохідний (лівий та правий); 2 –фасонний; 3 – широкий – бриючий; 5 – канавковий (відрізний); 6 – прохідний правий прямий; 7 – різець для нарізання різі; 8 – прохідний правий відігнутий; 9,10 - різці для обробки отворів

При точінні незалежно від типу верстата головний рух – швидкість різання V, м/хв, - забезпечується обертанням заготовки.

V= πDзагn/1000,

де Dзаг  - діаметр заготовки, мм; n - частота обертання заготовки, об/хв.

Швидкість різання при точінні залежить від етапу обробки, матеріалу заготовки та різальної частини інструмента і в середньому становить 50-250 м/хв.

Подача при точінні здійснюється переміщенням інструмента уздовж осі заготовки, перпендикулярно до неї, під кутом або по складній кривій при обробці фасонних поверхонь і вимірюється у міліметрах на один її оберт S, мм/об.

Типові схеми точіння поверхонь показані на рисунку 1.19.

 

      Точіння забезпечує досягнення точності від 12-14-го квалітетів з шорсткістю поверхні Ra (25-6,3) мкм при чорновій обробці до 8-9-го квалітетів при чистовому точінні із шорсткістю Ra 0,4 мкм [4].

 

Фрезерування

 

Фрезерування зовнішніх циліндричних поверхонь є продуктивним способом обробки. Його використовують для обробки шийок східчастих та колінчастих валів, гальмівних колодок тощо і виконують дисковими , торцевими або кінцевими фрезами на верстатах фрезерної групи. Заготовка за допомогою додаткових пристроїв обертається навколо своєї осі зі швидкістю 10-20 м/хв (обертальна подача), в той час як швидкість різання V, м/хв, забезпечує швидкість обертання фрези. Ширина дискової фрези дорівнює ширині поверхні, що обробляють (див. рисунок 1.20а).

 

Протягування

 

Цей спосіб обробки використовують у великосерійному та масовому виробництвах на спеціальних верстатах в основному при обробці шийок колінчастих валів.

    Заготовка при обробці повільно обертається зі швидкістю обертальної подачі Sкр, а протяжка прямолінійно переміщується зворотно-поступально (див. рисунок 1.21). Ширина протяжки дорівнює ширині поверхні.

Протягування забезпечує точність обробки 7-8-го квалітетів при шорсткості поверхні Ra (6,3-0,2) мкм [4].

 

 

Рисунок 1.21 – Схема протягування циліндричної поверхні

 

Шліфування

 

При шліфуванні зовнішніх циліндричних поверхонь використовують дві основні схеми – шліфування з поздовжньою подачею (див. рисунок 1.22а) та з поперечною подачею (врізне шліфування) (див. рисунок 1.22б).

 

 

Рисунок 1.22 – Схеми шліфування зовнішніх циліндричних поверхонь

Шліфування виконують на круглошліфувальних верстатах.

Швидкість різання V=35-60 м/с забезпечується за рахунок обертання шліфувального круга. Заготовку в більшості випадків встановлюють у жорстких центрах та забезпечують її обертання зі швидкістю 10-20 м/хв.

При шліфуванні з поздовжньою подачею стіл переміщується стосовно круга з подачею Dsпр, що визначається у частках ширини шліфувального круга на один оберт заготовки:

Dsпр = К х Вкр,

де К – кількість частинок ширини круга (К= 0,2-0,7);

Вкр – ширина круга, мм.

Після проходу круга по всій довжині поверхні Lд здійснюють поперечну подачу Dsпоп, яка і є глибиною різання. Після цього цикл рухів повторюється. Поперечна подача Dsпоп залежно від етапу обробки (чорновий, напівчистий тощо) становить від 0,005 до 0,06 мм [7]. Наприкінці обробки, коли видалений увесь припуск, виконують ще два-три ходи уздовж поверхні без здійснення Dsпоп до припинення іскріння, так зване виходжування. Цей прийом підвищує точність, оскільки видаляє похибки форми від пружних деформацій Т-системи.

Шліфування з поперечною подачею здійснюють абразивними кругами, ширина яких перевищує довжину поверхні, що обробляють. Обробку здійснюють тільки з поперечною подачею круга Dsпоп, яка вимірюється у мм/об заготовки. Її значення знаходиться у діапазоні 0,003-0,02 мм/об.

Врізне шліфування може виконуватися декількома кругами одночасно, а також дозволяє шліфувати фасонні поверхні (за наявності круга, що має відповідний фасонний профіль).

Цей вид шліфування має широке використання в умовах великосерійного та масового виробництв.

Точність чистового шліфування поверхонь досягає 6-7-го квалітетів при шорсткості поверхні Ra 0,2 мкм.

Крім розглянутих способів для деталей типу штифтів, гладких та східчастих валиків, використовують спосіб безцентрового шліфування, яке теж буває напрохід та врізним.

Притирання

 

Притирання зовнішніх циліндричних поверхонь у більшості випадків здійснюють на верстатах токарної групи з горизонтальною віссю шпинделя. В умовах масового виробництва, наприклад, при виготовленні поршневих пальців для притирання використовують спеціальні верстати.

Різальним інструментом є притир, який має вигляд розрізаної з одного боку по всій довжині втулки із внутрішнім діаметром, що дорівнює діаметру поверхні притирання. Конструктивно притир має елементи (хомут, болтове з’єднання тощо), що дозволяють стискати його відносно оброблюваної поверхні для створення певної сили тиску абразиву на поверхню (див. рисунок 1.23).

Виготовляють притири з матеріалів та підготовляють їх до роботи так само, як і притири для площин (див. стор.23).

 

 

Рисунок 1.23 – Конструкція притира:

1- болт для створення сили тиску на хомут; 2- хомут, що охвачує притир; 3- притир; 4- заготовка

Процес притирання полягає у такому: на поверхню, що підлягає притиранню, надягають підготовлений до роботи притир та встановлюють заготовку на верстат. За допомогою стискних елементів притира створюють необхідний для обробки тиск на поверхню. Вмикають верстат та повільно переміщають притир уздовж поверхні.

Швидкість обертання заготовки 19-20 м/хв, а зворотно-поступальна швидкість притира – 1-3 м/хв.

Після здійснення декількох ходів виконують вимірювання розміру поверхні та оцінюють її шорсткість. За необхідності процес продовжують.

Притирання забезпечує 3-5-й квалітети точності при шорсткості до Ra (0,02-0,04) мкм [4].

 

Суперфінішування

 

Суперфінішування (див. рисунок 1.24) - це процес оздоблювальної обробки поверхні за допомогою спеціальної головки з абразивними брусками, яким додається рух коливання з певною амплітудою 2-6 мм та швидкістю V=200-1000 коливань за хвилину.

Заготовка обертається зі швидкістю Sкр = (1-7) м/хв, а головка переміщається зворотно-поступально уздовж поверхні, що підлягає обробці Sпр. Бруски притискаються до поверхні з тиском Р = (0,05-0,25) мПа.

 

 

 

 

Рисунок 1.24 – Схема суперфінішування:

а) кінематика процесу; б) мікронерівності на початку обробки; в) мікронерівності після обробки

Важливе значення при суперфінішуванні має мастильно-охолоджувальна рідина. Вона створює мастильну плівку на поверхні. Найбільш великі мікронерівності проривають її і в першу чергу зрізаються абразивом (див. рисунок 1.24б). Зі зменшенням шорсткості площа контакту брусків з поверхнею збільшується, а тиск на неї зменшується. Коли настає такий момент, що тиск брусків не може зруйнувати плівку на поверхні (див. рисунок 1.24в), вона стає суцільною, і виникають умови для рідинного тертя. Процес обробки автоматично завершується [7].

Суперфінішування забезпечує 3-5-й квалітети точності при шорсткості до Ra (0,1-0,02) мкм [4].

 

Полірування

 

Полірування поверхонь обертання, як і площин, використовують з метою зменшення шорсткості поверхні як у декоративних, так і в експлуатаційних цілях - підвищення її зносостійкості.

Залежно від типу виробництва, розмірів та форми виробів процес полірування здійснюють як вручну, так і на спеціальних полірувальних верстатах різного ступеня автоматизації [7].

Полірування стрічками (див. рисунок 1.25) для поверхонь обертання є більш поширеним видом полірування.

 

 

Рисунок 1.25 – Полірування зовнішніх циліндричних поверхонь стрічками

Ширина стрічок може досягати 700 мм.

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

Швидкість різання при поліруванні стрічкою до 40–50 м/с забезпечується швидкістю руху стрічки. Заготовку притискають до стрічки із тиском 0,035-0,075 мПа. При збільшенні тиску продуктивність процесу збільшується, але збільшується також і 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.