ПОВЕРХНЕВИМ ПЛАСТИЧНИМ ДЕФОРМУВАННЯМ

50. Загальні відомості

Обробку пластичним деформуванням застосовують для надання заго­товці потрібної форми і розмірів або для зміцнення поверхневого шару оброблених деталей без істотної зміни розмірів.

У деяких методах зміцнювальної обробки можна досягти підвищення точності та зменшення шорсткості і замінити ними інші методи чистової обробки (шліфування, хонінгування та ін.). Обробка поверхневим плас­тичним деформуванням забезпечує збільшення міцності від утомленості, стійкості до спрацювання.

Методи обробки поверхневим пластичним деформуванням поділяють на дві групи: формоутворювальні (накатування різьби і зубців) і зміцню­вально-калібрувальні (обкатування, калібрування, дробоструминна об­робка та ін.).

51. Формоутворювальні методи

1. Накатування різьби. При цьому методі обробки профіль різьби утво­рюється не вирізуванням, а витисканням витків унаслідок заглиблення в заготовку, що обертається, профілю інструмента. Принцип утворення різьби накатуванням полягає в тому, що заготовка 2 прокатується між двома плоскими різьбовими плашками 1 і 3 (рис. VI.62, а) або між круг­лими плашками (роликами), що обертаються (рис. VI.62, б). У разі нака­тування різьби роликами заготовка 2 розміщується на спеціальній під­тримці 5 між роликами 4, один з яких здійснює рух подачі, перпендикуляр­ний до осі заготовки.

Накатування різьби відзначається висо­кою продуктивністю (в 15...20 разів вища, ніж при нарізанні різальними інструмен­тами), забезпечує високу міцність і якість поверхні накатаної різьби, а також економію металу і високу стійкість інструмента і широко викорис­товується в масовому виробництві болтів, гвинтів, шурупів, шпильок.

2. Накатування зубців зубчастих колісздійснюють холодним, гарячим і комбінованим способами. У холодному стані накатують зубці дрібно-модульних (до 1 мм) шестерень.

Гаряче накатування після нагрівання заготовок струмами високої час­тоти до 1000...1200 °С виконують так (рис. VI.62, в). Валки (накатники) б, які розміщені на шпинделях 7, переміщаються у напрямі до заготовки 2, встановленої на валу 8. Щоб сформувався заданий евольвентний профіль з обох боків зубців, валкам надається змінний обертальний рух спочатку в одному, а потім у протилежному напрямі. Для обмеження осьової течії металу на обох торцях валків роблять обмежувальні реборди 9. Коли валки дійдуть до встановленої міжосьової відстані, подача автоматично виклю­читься.

Підвищити точність зубців після гарячого накатування можна наступ­ним холодним калібруванням трьома валками на іншому стані. При та­кому комбінованому методі під холодне накатування залишають припуск 0,05...0,07 мм на сторону.

Накатування зубців при високій продуктивності, що перевищує зубо-фрезерування, забезпечує значну економію металу, зміцнення і сприятли­ве розміщення волокон матеріалу зубців. Холодним калібруванням мож­на замінити чистове зубофрезерування і навіть шевінгування.

52. Зміцнювально-калібрувальні методи

1. Обкатування зовнішніх і внутрішніх поверхонь роликами.Процес об­робки полягає в тому, що поверхню деталі, яка обертається, обкатують притиснутими до неї одним, двома або трьома гладенькими роликами, ви­готовленими з загартованої сталі. Обкатування можна проводити на по­ширених металорізальних верстатах (токарних, револьверних та ін.) з ви­користанням простого оснащення. На рис. VI.63, а показано схему обкату­вання роликами циліндричної заготовки на токарному верстаті. В процесі накатування поверхня вигладжується і наклепується. Обкатуванням іноді замінюють менш продуктивну операцію шліфування. Залежно від оброб­люваного матеріалу і режимів процесу глибина наклепаного шару може становити близько 0,2...20 мм, а твердість поверхневого шару збільшува­тись на 40...50 %. Границя втомлюваності обкатаних деталей зростає на 80 % і більше. Дуже часто як чистову обробку отворів використовують роз-катування їх спеціальними пристроями - розкатками (рис. VI.63, б), яка замінює інші методи чистової обробки, наприклад хонінгування.

2. Калібрування отворів.Найбільш поширеними методами калібрування отворів є дернування і калібрування їх кулькою, що здійснюються на про­тяжних верстатах і пресах.

Дернування полягає в тому, що калібрувальний інструмент (дорн), який є прошивкою або протяжкою певної форми без різальних зубців, проштов­хується або протягується крізь оброблюваний отвір (рис. VI.63, в). Отвір повинен мати дещо менший розмір, ніж калібрувальний дорн. За рахунок пластичних деформацій діаметр отвору при дернуванні збільшується, по­верхневий шар металу в отворі зміцнюється і мікронерівності згладжу­ються. Дернування забезпечує точність ІТ7.

Калібрування кулькою полягає в проштовхуванні крізь попередньо до­сить точно оброблений отвір сталевої загартованої кульки. Діаметр її має бути дещо більшим за діаметр отвору після проходження кульки для ком­пенсації пружного відновлення матеріалу. Цей спосіб дає змогу калібру­вати отвори з криволінійною віссю.

Рис. VI.63. Схеми зміцнювально-калібрувальних методів обробки

Запитання і завдання для самоконтролю

1. Які основні методи обробки поверхневим пластичним деформуванням?

2. Наведіть основні схеми накатування різьби.

3. Дайте характеристику обробки циліндричних поверхонь обкатуванням і

розкатуванням.

4. Наведіть схеми калібрування отворів.

Глава 11. ЕЛЕКТРОФІЗИЧНІ ТА ЕЛЕКТРОХІМІЧНІ МЕТОДИ ОБРОБКИ

53. Загальні відомості

Методи електрофізичної та електрохімічної обробкиґрунтуються на різних фізико-механічних процесах енергетичної дії на тверде тіло, при яких від нього відокремлюються частинки і утворюється деталь з потріб­ними розмірами і формою.

Залежно від використовуваних фізико-хімічних процесів ці методи об­робки можна поділити на чотири групи:

1. Електроерозійні методи обробки струмопровідних матеріалів ґрун­туються на використанні енергії електричних розрядів, які збуджуються між інструментом і деталлю. Розрізняють чотири основних різновиди електроерозійної обробки: електроіскрову, електроімпульсну, електрокон­тактну та анодно-механічну.

2. Електрохімічна обробка металів і сплавів, що ґрунтується на явищі анодного розчинення в електролітах.

3. Ультразвукова обробка.

4. Променеві способи обробки із застосуванням світлових, електронних або іонних променів.

Ці методи порівняно з іншими мають такі переваги: ними можна оброб­ляти матеріали, які іншими методами обробляються важко або навіть зо­всім не можуть оброблятися; завдяки простоті кінематики формоутворен­ня цими методами можна обробляти деталі, які неможливо обробити ін­шими способами (наприклад, глухі фасонні отвори, порожнини складної форми, отвори з криволінійною віссю, отвори діаметром порядку сотих часток міліметра); можливість відтворення (копіювання) форми інстру­мента відразу по всій оброблюваній поверхні заготовки при звичайному поступальному русі інструмента; відсутність силової дії на заготовку; об­робку цими методами легко автоматизувати.

При обробці звичайних конструкційних матеріалів механічна обробка різанням забезпечує більш високу продуктивність і точність, ніж електро­фізичні і електрохімічні методи обробки, тому вона переважно викорис­товується для виготовлення деталей з важкооброблюваних матеріалів і складних за формою.

54. Електроерозійні методи обробки

1. Електроіскрова обробкаґрунтується на явищі руйнування металу в колі постійного струму під дією іскрового розряду. При наближенні ме­талевих електродів у рідкому діелектричному середовищі (гасі, маслі) до відстані пробійного зазора виникає потужний короткочасний іскровий розряд, температура якого становить 6000... 11 000 °С. Це призводить до миттєвого розплавлення, випаровування, вибухів і викидання частинок, які, направляючись до катода, охолоджуються і осідають. Обробка йде без стикання заготовки з інструментом, що дає змогу обробляти струмо-провідний матеріал будь-якої твердості інструментом з м'якого металу (латуні, графіту).

На рис. VI.64, а наведено схему верстата для прошивання отворів. На станині 8 розміщена ванна 5 з діелектричною рідиною, в якій перебуває установчий пристрій 7 із заготовкою 6. Як тільки зазор між електрода­ми - інструментом (катодом) 4 і заготовкою (анодом) 6, які підключені до генератора імпульсів 1, дорівнюватиме пробійному зазору, виникає елек­тричний розряд, на який витрачається вся енергія, накопичена в батареї конденсаторів К. Після розряду конденсаторів, щоб знову їх зарядити, електричний ланцюг переривається. Для цього за допомогою спеціального соленоїдного регулятора 2 і механізму подачі затискний пристрій 3 з ін­струментом 4 здійснюють під час вертикальної подачі коливальний рух.

Електроіскрова обробка використовується для виготовлення штампів, прес-форм, кокілів, фільєрів з інструментальних сталей і твердих сплавів і забезпечує шорсткість поверхні R_z = 20 - при чорновому режимі і R_a = 1,6...0,63 - при чистовому.

Рис. VI.64. Електроерозійні методи обробки

2. Електроімпульсний метод обробкизначно продуктивніший за елект­роіскровий. На відміну від електроіскрового методу при цій обробці за­готовка є катодом, а інструмент - анодом, між якими досягається послі­довне збудження розрядів під дією імпульсів напруги, які виробляються спеціальним генератором. Температура в робочій зоні значно нижча (4000...5000 °С), ніж при електроіскровій обробці, отже, і спрацювання інструмента менше.

Низькочастотна електроімпульсна обробка з живленням від машинно­го генератора забезпечує шорсткість поверхні Rz = 40, а високочастот­на - від транзисторного генератора (з частотою 7... 25 кГц) до R_a = 1,25. Ця обробка застосовується переважно для трикоординатної обробки штампів, прес-форм, турбінних лопаток тощо.

3. Електроконтактна обробкаґрунтується на електромеханічному руй­нуванні металу під впливом електродугових розрядів інструментом, що переміщується. Зняття металу з заготовки 1 (рис. VI.64, б) здійснюють у повітряному середовищі обертовим диском-електродом 2. Диск і заготовку сполучено із джерелом живлення - знижувальним трансформатором. При обертанні зі швидкістю до 30 м/с диска, до якого заготовка притискуєть­ся тиском 20...50 кПа, відбувається періодичний розрив контактів, вини­кають дугові розряди, під дією яких і руйнується метал заготовки. Інтен­сивність процесу досить висока і в ряді випадків може перевищувати про­дуктивність обробки різанням. Проте він не дає високої точності, а шорст­кість поверхні не перевищує Rz = 80...20. Тому цю обробку використову­ють в основному для грубих операцій, наприклад зачищення виливків і штамповок з важкооброблюваних сплавів.

4. Анодно-механічна обробкаґрунтується на одночасній дії електроме­ханічного і електроіскрового процесів, що відбуваються в середовищі елек­троліту, яким є водний розчин рідкого скла.

Під час пропускання крізь ванну постійного струму на поверхні заго­товки (анода) утворюються плівки продуктів розчинення металу, які ме­ханічно видаляються інструментом (катодом). Оскільки вершини шорст­кості на оброблюваній поверхні анода відділені від катода невеликою відстанню, через неї проходить короткочасний дуговий розряд. При цьо­му мікроскопічна ділянка поверхні деталі оплавляється і розплавлені часточки також видаляються катодом, що рухається, тобто відбуваються електроерозійні процеси. Заготовка та інструмент набувають руху по­дачі. При м'якому режимі, коли густина струму не перевищує 15 А/см², здійснюють анодно-механічне шліфування і досягають шорсткості R_a = 0,32...0,04.

Цей метод ефективно використовується при відрізанні заготовок з важ­кооброблюваних високоміцних сплавів. На рис. VI.64, в показано схему анодно-механічного відрізання. Інструмент-катод 2, яким є тонкий диск з м'якої сталі, обертається з великою швидкістю і стикається з деталлю-анодом 1. У зону контакту по трубі 3 подається розчин рідкого скла. Диск і деталь підключають до генератора постійного струму.

55. Електрохімічна обробка

Електрохімічна обробкаґрунтується на явищі анодного розчинення металів, яке полягає в тому, що при проходженні електричного струму крізь електроліт метал анода (заготовки) розчиняється і виноситься елек­тролітом із робочої зони.

Великого поширення набуло електролітичне полірування для ретель­ної обробки деталей складної форми з високолегованих сталей (лопатки турбін, клапани двигунів, інструменти та ін.). На поверхні деталі-анода

при проходженні струму в електроліті утворюється плівка, що захищає запади­ни мікрошорсткостей від впливу струму. Однак вона не перешкоджає розчиненню мікровиступів, на які діє струм більшої густини, і поверхня деталі згладжується. Звичайно у виробничих умовах досяга­ють R_a = 0,63...0,08, а після попередньо­го шліфування - R_a = 0,04...0,01.

У практиці використовують також інші методи електрохімічної обробки ме­талів. На рис. VI.65 показано електрохі­мічне прошивання отворів. До заготовки 7, що є анодом, подається електроліт крізь трубку-катод 2. Сталий зазор між торцем трубки й оброблюваної поверхні утворюється протидією пружини 3 і тис­ку електроліту. Продукти розчинення виносяться електролітом крізь отвір у ванночці 4.

Різновидом електрохімічної обробки є електроабразивне шліфування, яке виконують електроабразивним кругом. Крім абразивних зерен до його складу входить електропровідний наповнювач. Круг сполучають з нега­тивним полюсом джерела струму, заготовку - з позитивним, а в робочу зону струменем подається електроліт. Плівка, що утворюється внаслідок анодного розчинення, знімається абразивними зернами круга. Порівня­но зі звичайним шліфуванням цей процес більш продуктивний при мен­шому спрацюванні круга, не приводить до появи мікротріщин і забезпе­чує шорсткість поверхні R_a = 0,2...0,05.

56. Ультразвуковий і променеві методи обробки

1. Ультразвукова обробкадеталей відбувається під дією пружних ме­ханічних коливань із частотою близько 20 кГц. При цьому заготовка за­знає ударів завислих у рідині (воді, маслі) зерен абразиву, що набувають великих швидкостей від вібратора, а також внаслідок кавітації. Основни-

Рис. VI.66. Схема ультразвукової обробки

ми елементами ультразвукового верстата є магніто­стрикційний вібратор 4 (рис. VI.66), на обмотку яко­го подається струм високої частоти від ультразвуко­вого генератора, і концентратор 3, що підсилює ам­плітуду коливань до 0,1. ..0,12 мм і передає їх інстру­менту 2. Інструмент при вертикальному переміщен­ні з подачею s_b прошиває в заготовці 7 отвір відпо­відної форми.

Ультразвуковою обробкою досягається шорст­кість R_a = 0,63...0,16; за її допомогою можна оброб­ляти не тільки метали, а й діелектрики (скло, кварц, силіцій, германій, ферити, рубіни та ін.).

2. Променеві методи обробкиґрунтуються на без­посередній дії пучка електронів або потужного світ­лового променя на поверхню оброблюваної деталі.

При електронно-променевій обробці електрони, які випромінюються катодною гарматою, прискорюються в потужному електричному полі і фокусуються у вузький пучок, спрямований на оброблювану заготовку. При цьому кінетична енергія електронів перетворюється на теплову. Ефе­ктивність дії електронного пучка підвищується фокусуванням його на дуже малих площах (до 10^-7 см²). Такий промінь миттєво нагріває поверхню деталі до 6000 °С, внаслідок чого навіть найбільш важкоплавкий метал випаровується. Система керування переміщенням електронного променя забезпечує обробку заготовки потрібного профілю за наперед заданою програмою. Електронно-променевим методом роблять отвори, пази тощо малих розмірів (до 0,005 мм) у важкооброблюваних сплавах.

При лазерній обробці потужний світловий промінь, який випроміню­ється лазером, фокусується на оброблюваній поверхні заготовки на площі діаметром до 0,01 мм. При цьому концентрація енергії досягає 10⁵ кВт/см², температура - кількох тисяч градусів, тому відбувається миттєве розплав-лення і випаровування матеріалу. За допомогою лазерів можна вести об­робку малих отворів, пазів тощо в різноманітних матеріалах незалежно від їхніх фізико-механічних властивостей (кераміка, алмази, тверді спла­ви та ін.).

Запитання і завдання для самоконтролю

1. Які ви знаєте основні електрофізичні методи обробки?

2. Дайте характеристику основних методів електроерозійної обробки.

3. Які особливості електрохімічної обробки?

4. Наведіть схему ультразвукової обробки.

Глава 12. ОСНОВНІ НАПРЯМИ АВТОМАТИЗАЦІЇ ВИРОБНИЦТВА В МЕХАНІЧНИХ ЦЕХАХ

57. Загальні відомості

Механізацією називають застосування у виробництві машин, механіз­мів, пристроїв, які замінюють тяжку фізичну працю і керування якими здійснюють вручну.

Під автоматизацієюрозуміють заміну ручного керування виробничи­ми процесами керуванням за допомогою автоматичних пристроїв, що працюють без участі людини і забезпечують підвищення продуктивності праці. Комплексна автоматизація - це комплекс заходів автоматизації всіх стадій виготовлення виробу.

Автоматизацію металорізальних верстатів залежно від характеру ви­робництва здійснюють за кількома напрямами.

Масове та великосерійне виробництва зумовили появу універсальних напівавтоматів і автоматів високої продуктивності. Наприклад, багатошпин­дельний токарний автомат може замінити до 20 універсальних токарних верстатів. Прагнення максимально підвищити продуктивність при масово­му виробництві однотипових деталей привели до появи спеціальних авто­матів значно простішої конструкції і більш продуктивних, ніж універсальні.

Технічний прогрес зумовив швидку змінюваність машин і їхніх дета­лей. Прагнення мати верстати, що мають продуктивність автоматів і тех­нологічні можливості універсальних верстатів, привело до створення агре­гатних верстатів.

Поєднання в одній системі верстатів і допоміжних (транспортуваль­них, завантажувальних) пристроїв, які автоматично здійснюють техно­логічні операції у певній послідовності, дало можливість створити авто­матичні верстатні лінії.

Наступним етапом розвитку автоматизації стало створення автоматич­них цехів і заводів. Проте цим шляхом не вирішити проблему автомати­зації у дрібносерійному та одиничному виробництві, де найбільш широ­ко застосовують універсальні верстати. Ця проблема може бути виріше­на із застосуванням верстатів з програмним керуванням.

Останнім часом все більше поширюються гнучкі виробничі системи (ГВС), які компонуються з верстатів з ЧПК, транспортувальних пристроїв, роботизованих завантажувальних, розвантажувальних, складальних засо­бів та іншого обладнання, узгоджена робота яких в автоматичному режимі здійснюється від керуючої системи на основі ЕОМ. Це дає можливість швидко переналагодити ГВС на виготовлення різноманітних деталей.