Алмазное выглаживание

Категория:
Токарное дело


Алмазное выглаживание

Новым перспективным методом в области механической чистовой обработки является алмазное выглаживание металлических поверхностей. Сущность алмазного выглаживания состоит в том, что оставшиеся после точения или шлифования неровности поверхности выглаживаются перемещающимся по ней алмазным инструментом, в результате чего достигаются шероховатость поверхностей 0,16… 0,04 мкм и упрочняющая пластическая деформация поверхностного слоя. По сравнению с другими методами наклепа (шариком или роликом) алмазное выглаживание обеспечивает наименьшую толщину наклепанного слоя с наибольшей его твердостью.

Алмазный инструмент представляет собой запаянный в стальном стержне алмаз с рабочей частью в виде сферы радиусом 0,5… 4 мм. Алмазным инструментом совершаются те же движения, что и обычным резцом. Обработка протекает без снятия стружки при усилии вдоль оси инструмента 100 Н.

Алмазным выглаживанием можно обрабатывать различные металлы и сплавы. Для выглаживания более твердых (закаленных) материалов применяют меньшие значения радиусов сферы алмазного инструмента и большие давления инструмента на заготовку. Принято считать, что выглаживанию подвергаются все материалы, кроме титана, ниобия и циркония. На практике часто приходится обрабатывать титановые сплавы, для выглаживания которых автор рекомендует применять в качестве смазочного материала смесь масла «Индустриальное-20» с порошком дисульфида молибдена. В качестве выглаживателя следует использовать стальной шарик.

Наилучшим материалом для выглаживателя является природный алмаз. Достоинством алмаза по сравнению с другими инструментальными материалами являются высокая твердость и сопротивляемость истиранию, низкий коэффициент трения по металлу, высокая теплопроводность, малый температурный коэффициент расширения и хорошая полируемость.

Стойкость алмазного инструмента при выглаживании легированных сталей, трудно поддающихся обработке резанием, составляет 30… 50 ч машинного времени. Алмаз является анизотропным материалом (твердость в разных направлениях неодинакова). При неправильной ориентации кристалла алмаза к направлению истирания стойкость его снижается.

Переточку инструмента обычно производят тогда, когда на рабочей поверхности алмаза уже образовалась площадка износа диаметром 0,3 … 0,5 мм. Это нежелательно, так как при появлении даже небольшой площадки износа затрудняется восстановление сферической формы рабочей поверхности алмаза и снижается его долговечность. Автором установлено, что алмаз в отличие от других твердых материалов продолжительное время работает без следов износа. Износ после долгой работы алмаза начинается с появления едва заметных единичных рисок на рабочей поверхности. Расстояние между рисками равно точно величине подачи при выглаживании.

Таким образом, чтобы увеличить долговечность алмазных выглаживателей, их восстановление следует производить при появлении рисок на рабочей поверхности, не доводя износ до стадии образования площадки. Для удаления рисок нет необходимости в специальных станках и сложных формообразующих приспособлениях. Работу выполняют на вращающемся чугунном диске, шаржированном (насыщенном) мелкозернистой алмазной пастой. Шаржирование надо выполнять не твердосплавной пластиной, а вдавливанием верхним кольцом шарикоподшипника. От твердосплавной пластины карбиды попадают на чугунную поверхность и могут царапать алмаз, что не происходит при действии стального кольца шарикоподшипника.

Стойкость выглаживателя снижается при загрязненности обрабатываемой поверхности абразивом или содовым налетом от шлифования. Перед выглаживанием рекомендуется стирать шлифовальной шкуркой с поверхности налет содового раствора после шлифования и протирать ее затем салфеткой.

Для переточки выглаживателей из алмазов и других материалов автором рекомендуется приспособление, устанавливаемое на токарном станке. На этом приспособлении можно перетачивать выглаживатели с цилиндрической, сферической, конической и плоской рабочими поверхностями. Переточка производится чугунным притиром, закрепленным с помощью гайки и шайбы на скалке, установленной в центрах. Неподвижный центр зажат в кулачках патрона. Для избежания радиального биения конус центра протачивается на месте после закрепления. Крутящий момент на скалку передается двумя штифтами, входящими в пазы фланца неподвижного центра. Притир после установки подрезается с торца (со стороны задней бабки) и вновь шаржируется алмазной пастой или порошком.

Рабочий механизм приспособления устанавливается в резцедержателе. Колодки закрепляют винтами крепления резцов. К колодке сбоку с помощью двух винтов жестко крепится корпус, в котором на двух втулках перемещается возвратно-поступательно плунжер с помощью рычага, штанги и водила. Водило жестко закреплено на левой цапфе приводного валика, расположенного во втулках и получающего вращение от шкива. Монтаж приспособления осуществлен с помощью крепежных деталей.

Частота вращения приводного валика уменьшена с помощью клиноременных передач через шкив, паразитные блоки со шкивами. На головке плунжера смонтирован угольник, в отверстие которого вставляется полуцилиндр, служащий для настройки приспособления на требуемый радиус доводки сферы или цилиндра выглаживателя. После настройки приспособления полуцилиндр удаляется.

Рис. 1. Приспособление для переточки выглаживателей

В передней части угольника профрезерована призма, в которой закрепляется корпус шпинделя цанги зажима выглаживателя. При переточке выглаживателя с конической или сферической рабочей поверхностью шпиндель приводится во вращение гибким валиком со шкивом, получающим вращение от скалки через ремень. При переточке полуцилиндра (поверхность боковой стороны цилиндра) или грани гибкий валик снимается и шпиндель фиксируется стопором.

Алмазному выглаживанию чаще всего подвергают алюминиевые детали, так как они не поддаются шлифованию и отделываются алмазным выглаживанием сразу после точения. Чистовое точение алюминиемых сплавов производят резцами с пластинками твердого сплава ВК8 следующей геометрии: углы в плане 45°, радиус закругления вершины 0,2 мм, передний угол 12°, задний угол 10°, угол наклона режущей кромки 0. Точение выполняют при и=275 м/мин и 5=0,08 мм/об. Шероховатость поверхности после точения 1,4 мкм, а после выглаживания 0,04 мкм. Наилучшие результаты при выглаживании алюминиевых сплавов получаются алмазом с радиусом сферы 3,5 мм.

Для повышения производительности алмазного выглаживания, как, впрочем, и при обработке лезвийным инструментом, необходимо добиваться высоких скоростей главного движения (вращение шпинделя и заготовки) и движения подачи (движение суппорта). Препятствием для увеличения скорости является появление вибрации. Рост подачи вызывает увеличение шероховатости поверхности.

Для увеличения скорости выглаживания при обработке цилиндрических деталей автор создавал оправку, допускающую производить выглаживание при высоких скоростях, а для увеличения подачи — алмазный выглаживатель с новой формой рабочей поверхности.

Высокие скорости и большие подачи не снизили качество выглаженной поверхности.

Существующие способы выглаживания основаны на жестком и упругом одностороннем прижатии выглаживателя к заготовке, осуществляемом с помощью сжатия пружины или резины. При больших частотах вращения заготовки выглаживатель не успевает перемещаться под действием упругого элемента за заготовкой. В результате наряду с образованием необработанной лыски возникают вибрация инструмента и недопустимые волны на обрабатываемой поверхности.

Для устранения этих недостатков разработан способ выглаживания, с помощью которого достигается постоянство прижатия выглаживателя к заготовке даже при наличии биения обрабатываемой поверхности. Приспособление имеет упор и тягу, которые обеспечивают принудительное перемещение выглаживателя заготовкой.

Кольцо, охватывающее заготовку, составляет единое целое с пинолью или закрепляется на ней. Усилие выглаживания устанавливают с помощью градуированной пружины при вращении барабанчика нониуса, микрометрический винт которого упирается в кольцо. Корпус закрепляется в резцедержателе вместо резца. Упором подводится выглаживатель к обрабатываемой поверхности с небольшим натягом пружины. Конструкция приспособления обеспечивает постоянство усилия выглаживания даже при наличии биения, некруглости или небольшого изменения диаметра по длине заготовки. Заготовка может обрабатываться выглаживанием с переустановкой на разных станках. Для свободного перемещения пиноли с выглажива-телем пружина должна быть достаточно жесткой. При биении заготовки выглаживатель принудительно перемещается в горизонтальной плоскости влево и вправо под действием упора, непрерывно прижимаясь к выглаживаемой поверхности. В результате она получает одинаковую пластическую деформацию по всей окружности.

Рис. 2. Оправка для скоростного алмазного выглаживания цилиндрических поверхностей

Упором могут служить ролик, шарик, а также твердый (алмаз) или мягкий материал. Он касается обрабатываемой поверхности, опережая при движении выглаживатель. Давление на заготовку, создаваемое упором, меньше, чем давление, создаваемое выглаживателей. Кольцо меняют в зависимости от диаметра заготовки. Если деталь круглая и при выглаживании имеет большое биение, то держатель можно стопорить с пинолью и кольцом винтом, создавая жесткую связь между выглаживателей и упором.

Большой интерес представляют оправки, в которых вместо упругих силовых элементов (пружин д резины) используют магнитное силовое поле. Главное достоинство таких оправок — устранение возможности увеличения усилия выглаживания при большом радиальном перемещении суппорта. При этом исключается брак деталей из-за перенаклепа поверхности или образования сетки трещин на твердых металлопокрытиях (хромированных, никелированных поверхностях), подвергаемых выглаживанию.

На рис. 3 показана оправка с постоянными магнитами. На держатель с выглаживателей набирается комплект, состоящий из постоянных магнитов, разделенных втулками, дисков, разделенных втулками, и гайки. Комплект вставляется в отверстие корпуса 8, имеющего полочку для крепления в резцедержателе. Смещение магнитов в корпусе устраняется крышкой 9. Усилие прижима алмаза к обрабатываемой поверхности только от одного магнита диаметром 52 мм и высотой 25 мм составляет 39,5 Н. Общее усилие зависит от числа магнитов и кратно усилию, приходящемуся на один магнит. Тонкая регулировка усилия может производиться рукояткой 10, имеющей внутреннюю резьбу и накатанную наружную поверхность. Детали оправки, кроме дисков 5, изготовлены из немагнитного материала — алюминиевого сплава.

В отличие от электромагнитных приспособлений и оправок регулирование усилия выглаживания в зависимости от твердости обрабатываемого материала достигается изменением числа магнитов. Достоинство приспособления в том, что усилие выглаживания не может превысить усилия, зависящего от числа установленных магнитов, и брак из-за перенаклепа исключается.

Рис. 3. Оправка с постоянными магнитами дли алмазного выглаживания

Рис. 4. Алмазный выглаживатель с плоской рабочей поверхностью

Наиболее распространенной формой рабочей поверхности алмазного выглаживателя является сфера радиусом 0,5 … 4 мм. Сферическими инструментами обрабатывают плоские, фасонные и цилиндрические (наружные и внутренние) поверхности.

Цилиндрические наружные поверхности нередко выглаживают инструментом с цилиндрической рабочей поверхностью. Изготовление и переточка алмазных инструментов с указанными формами рабочей поверхности затруднительна, так как необходимо применять специальное формообразующее оборудование.

Для снижения трудоемкости переточки инструмента и повышения качества и производительности выглаживания автором разработан новый алмазный инструмент с плоской рабочей поверхностью, плавно переходящей на конус или сферу. Диаметр плоской поверхности 0,6 … 0,8 мм. Переточка плоского рабочего участка с плавно переходящей поверхностью осуществляется на обычном дисковом притире, шаржированном алмазным порошком.

Вычисленные по этой формуле значения Ra совпадают с практически полученными при выглаживании. Плоскость и плавный переход на сферу или конус алмаза являются рабочей поверхностью инструмента, окончательно формирующей поверхность заготовки при выглаживании. Наличие плавного перехода плоской рабочей поверхности на конус или сферу позволяет облегчить пластическое течение металла при обработке, что является основой алмазного выглаживания. В этом случае взаимодействие инструмента с обрабатываемой поверхностью происходит в условиях трения скольжения. Участок плавного перехода выполняет основную роль в процессе смятия неровностей выглаживаемой поверхности, а плоская часть окончательно выглаживает формируемую поверхность детали. Исключается образование инструментом надрезов, царапин или рисок на поверхности заготовки. Качество выглаженной поверхности повышается.

Практика использования инструмента показывает, что при обработке алюминиевых сплавов и стали 12Х18Н9Т можно получить за один рабочий ход 7?а=0,025 … 0,05 мкм при исходной (обточенной) поверхности, имеющей 7?а=0,63 … 2,5 мкм. Известными инструментами со сферической, конической, цилиндрической или торовой поверхностью такого уменьшения шероховатости достичь невозможно.

Уменьшение шероховатости с помощью нового инструмента при большой подаче объясняется увеличением времени нахождения в контакте с обрабатываемой поверхностью плоского участка инструмента. Усилие прижима инструмента к заготовке необходимо увеличить на 25% по сравнению с усилием, применяемым при выглаживании сферическим инструментом. Устанавливается инструмент с оправкой на станке по блестящей полоске, образуемой на поверхности заготовки при поперечной подаче. Новый инструмент рекомендуется применять для выглаживания заготовки из легко поддающихся пластической деформации материалов (алюминиевые сплавы АК4, АК6, АК8, Д16Т, В95, коррозионно-стойкие стали 12Х18Н9Т, Х18Н10Т и др.). Детали из закаленной стали, а также тонкостенные детали выглаживать этим инструментом не рекомендуется.

При работе этим инструментом установлено, что большие подачи (0,1 мм/об) обеспечивают меньшую шероховатость, чем малые подачи (0,02 мм/об). Известные алмазные инструменты выглаживают поверхность при подаче 0,02…0.05 мм/об. Предложенная конструкция инструмента позволяет, таким образом, увеличить подачу в 2 раза.


Реклама:



Читать далее:



Статьи по теме:


Главная → Справочник → Статьи → Блог → Форум