Обработка резанием. Особенности структуры и свойства изношенных поверхностей после наплавки, гальванического осаждения. Особенности выбора режимов резания: назначение и расчет

Обработка восстановленных деталей. В процессе обработки воз­никают значительные трудности вследствие особых свойств нара­щенного слоя (высокой твердости, неравномерной твердости по Длине и глубине слоя, структурной неоднородности, наличия неме­таллических включений и т.д.).

Если деталь восстановлена различными методами автоматичес­кой наплавки и осталиванием, то применяют материал режущей ча­сти инструмента из твердых сплавов Т5К10 и Т15К6, твердость на­давленного слоя НКС менее 40 и ВК8, ВК6 и ВК6М, НКС более 40. При обработке осталенных поверхностей используют пластинки из твердого сплава Т30К4 Детали обрабатывают с применением охлаждающей жидкости (эмульсола 5...8 %, кальцинированной технической соды 0,2 %, ос­тальное — вода). Детали, хромированные гладким хромом, шлифу­ют кругами из электрокорунда на керамической связке зернистос­тью 40... 50 и твердостью С1...С2. Окружная скорость вращения кру­га и детали соответственно 30...40 м/с и 15...20 м/мин.

Детали после осталивания обрабатывают на токарных или шли­фовальных станках в зависимости от припуска, твердости покры­тия, требуемой точности и шероховатости поверхности. Покрытия с твердостью НВ < 200 обрабатывают обычным режущим инстру­ментом, а с НВ 400...450 — твердосплавными резцами и шлифова­нием. Покрытия твердостью НВ > 400...460 шлифуют кругами из электрокорунда на бакелитовой связке зернистостью 40...25 и твер­достью СМ2...СМ1.

В условиях ремонтного производства в ряде случав приходится точить детали из закаленной стали с помощью твердосплавных резцов групп ВК и ТК (ВК8 и Т15К6). Для закаленных сталей при­меняют резцы с отрицательным передним углом (у = —10...—15°) и углом наклона главной режущей кромки Л = 5...10°. Иногда угол Л до­стигает 45°. Режимы резания закаленных сталей: V = 80... 120 м/мин; 5"= 0,1...0,2 мм/об., 1= 0,5...1 мм.

При точении деталей из закаленной стали они могут принимать бочкообразную форму из-за отжима суппорта вследствие значительных радиальных сил. Учитывая необходимость получения большей точности, детали обрабатывают в несколько проходов. При этом шероховатость поверхности находится в пределах 7...8-го класса, следовательно, данную операцию в ряде случав можно заме­нить шлифованием.

В результате применения твердосплавных покрытий возрастает износостойкость деталей, но существенно ухудшается и обрабаты­ваемость. Иногда покрытие нельзя использовать из-за трудностей, возникающих при механической обработке.

Черновое растачивание твердосплавного покрытия ПГ-СР2 ве­дут резцами с пластинками твердых сплавов ВК6 и ВКЗ. Их геомет­рия: у = -8...-12°, главный угол в плане ф = 40...60°, вспомогатель­ный угол в плане ф[ = 15...25", задние углы а =а[= 13...15" и А. = 0...10°. Режим чернового растачивания: глубина резания 0,3...0,6 мм, подача 0,18...0,25 мм/об., скорость 25...35 м/мин.

Чистовое растачивание твердосплавного покрытия ПГ-СР2 вы­полняют резцами, оснащенными гексанитом-Р, со следующими уг­лами заточки: у = -8...-10°, ф = 30...40°, ф, = 10... 15°, ос = а, = 13° и X = 0...5°. Режим резания: глубинадо 0,25 мм, подачаО,02...0,05 мм/об., скорость 120... 150 м/мин.

Для улучшения обрабатываемости покрытия ПГ-СР2 в него до­бавляют 15...25 % порошка на никелевой основе НПЧ1, НПЧ2 или НПЧЗ и ПГ-ЮН-04. Однако его износостойкость уменьшается.

Покрытия из сормайта рекомендуется обрабатывать шлифо­вальным кругом 34А40СМ16К из хромистого электрокорунда, а по­крытия УС-25 и ФБХ-6-2—шлифовальным кругом 64С25СМ16К из карбида кремния. Черновое шлифование ведут с окружной скорос­тью круга и детали соответственно 35 м/с и 11 м/мин. Данные о по­перечной подаче при врезном шлифовании приведены в табли­це 3.21.

При шлифовании используют круги из эльбора (кубический нитрид бора, состоящий из бора и азота). По твердости он близок к алмазу, а по теплостойкости превосходит его примерно в 2 раза. По сравнению с абразивными инструментами из электрокорунда, кар­бида кремния и даже синтетических алмазов у эльборных кругов более высокие режущая способность и стойкость и меньший (в 3...5 раз) удельный расход эльбора. За счет этого повышаются точность обработки и качество поверхностного слоя деталей. Возможно при­менение эльборных абразивных инструментов при обработке дета­лей после наплавки, хромирования и осталивания.

При использовании алмазного инструмента увеличивается про­изводительность процесса и ресурса деталей (в 1,2...2,0 раза) и сни­жается себестоимость их восстановления. В ремонтном производ­стве наиболее широко применяют алмазную обработку хонингова-нием, притирку, полирование и суперфиниширование.

Алмазное хонингование служит для ремонта гильз ци­линдров, обработки отверстий нижних головок шатунов, тормоз­ных цилиндров и др. Такая обработка способствует повышению стойкости инструмента (брусков) в 150...300 раз, точности деталей на 70 %, производительности обработки, снижению шероховатости поверхности на 1...2 класса и расходов на инструмент на 30...40 %.

Применяют бруски, содержащие синтетические алмазы марок АСР, АСВ и АСК при их концентрации 50... 100 %. Зернистость ал­мазов выбирают в зависимости от вида обработки (предваритель­ная, чистовая и окончательная) в пределах 500/400 до 20/14. Ис­пользуют также металлические (М1 и др.) и пористые (МП2, МП4и МП5) связки. Окружная скорость вращения хонинговальной го­ловки 70...80 м/мин, скорость ее возратно-поступального движения 12... 15 м/мин, давление брусков 0,3... 1,5 МПа (в зависимости от ха­рактера обработки). За счет крупнозернистых алмазных хонинговальных брусков (500/400...400/315) снимаются большие припуски.

Гильзы двигателей ремонтируют одним хонингованием в три операции, заменив операцию расточки гильз на операцию хонингования крупнозернистыми брусками. При этом повышаются про­изводительность процесса (примерно в 2,5 раза) и точность обра­ботки деталей.

Разновидности хонингования — отделочное хонингование элас­тичными брусками и плосковершинное хонингование.

Отделочное хонингование эластичными брусками применяют для чистовой обработки точных отверстий деталей (гильз цилиндров и Др.). Режущими элементами служат алмазные зерна, закрепленные в каучуксодержащих связках. Эластичность связок в зависимости от марки изменяется в широких пределах, что позволяет обрабатывать ими различные материалы. Достоинство эластичных брусков зак­лючается в ослаблении влияния разновысотности алмазных зерен на шероховатость поверхности. Выступающие зерна больше вне­дряются в упругую связку, в результате чего глубина царапания от­дельными зернами обработанной поверхности становится более стабильной и снижается шероховатость поверхности.

При обработке чугунных и стальных деталей применяют бруски на каучуксодержащих связках Р11 и Р11Т, подвергнутых дополнительной термообработке в целях повышения твердости, с зернисто­стью алмазов АСО 65/50. Алмазные эластичные бруски превосходят по стойкости обычные абразивные в 100 раз, а алмазные на метал­лической связке М1 — в 3...12 раз. Кроме того, при их использова­нии увеличивается долговечность опорных (несущих) поверхнос­тей. Шероховатость обработанной поверхности после хонингования брусками соответствует 106.. ЛОв классам. Стойкость их комп­лекта при восстановлении чугунных гильз автомобилей ЗИЛ-130 составляет 15.... 20 тыс. деталей.

Алмазные эластичные бруски можно применять также при су­перфинишировании поверхностей валов.

Плосковершинное хонингование — процесс обработки, сущность которого заключается в формировании на гильзах и цилиндрах микропрофиля с большой опорной поверхностью и углублениями (масляными карманами) для размещения смазки. В результате со­кращается длительность приработки, повышается износостойкость гильз и цилиндров, уменьшается или остается без изменений расход масла на угар.

Процесс включает в себя две операции: предварительное и окон­чательное хонингование. При первой на поверхности гильз образу­ется исходный профиль. В процессе второй срезаются вершины ис­ходного профиля и образуются площадки. Таким образом, плоско­вершинный профиль представляет собой чередование глубоких впадин (рисок или масляных карманов) и плоских вершин (плато).

Микрогеометрия внутренней рабочей поверхности зеркала гильзы после плосковершинного хонингования — редкая сетка впадин глубиной до 7 мкм с площадками между ними и с высотой неровностей 0,5...1,0 мкм (10в...9б классы), суммарной площадью от 1/2 до 2/3 общей площади поверхности гильзы. Относительная опорная длина профиля на уровне ниже нулевой линии на 1 мкм составляет/_р = 50...75 %.

При предварительном хонинговании автомобильных гильз ис­пользуют бруски АРВ1 (АСБ) 125/100 МК2 100% или АРК4 (АСПК) 125/100 МКЗ 100 %, при окончательном — безалмазные антифрикционные бруски М5-15 или бруски на эластичной рези­новой связке.

При плосковершинном хонинговании уменьшается трудоем­кость процесса окончательного хонингования в 2,0...2,5 раза и по­вышается износостойкость гильз на 30 %.

Полирование алмазными (абразивными) лен­та м и применяют для получения высокого класса шероховатости поверхностей цилиндрических, эксцентричных и фасонных дета­лей на токарных или круглошлифовальных станках. В частности, полируют шейки и галтели коленчатых валов.

Устройство для полирования деталей типа тел вращения беско­нечной алмазной (абразивной) лентой установлено на продольном суппорте токарного станка через плиту 11 (рис. 3.65). Бесконечная лента 1 надета на ролик 2 и шкив 7. Последний получает вращение от электродвигателя 10 мощностью 1 кВт через клиноременную пе­редачу 9 и дифференциальный механический вибратор 8.

Вибратор Услужит для придания ленте / (совместно с роликом 2 и шкивом 7) колебательного движения параллельно оси детали. Ленту опускают на деталь с помощью рукоятки 3 через упругую пла­стинку 4, стержень 5 и кронштейн 6.

Для обработки восстановленных деталей используют ленту дли­ной 1500...2200 мм и шириной до 60 мм. Применяют абразивную ленту типа ЛСВТ зернистостью 8-М28, или алмазную типа АЛШБ, или АСО-100%-Р9 зернистостью 80/63...40/28. Скорость переме­щения ленты 35 м/с, поперечное колебательное движение с ампли­тудой 2...6 мм и частотой 300...900 колебаний в 1 мин при наличии вращательного движения детали и движения продольной подачи ленты (устройства) от станка.

В процессе обработки получаются 9... 11-й классы шероховатос­ти поверхности при исходных 9...8-м классах.

Алмазная (эльборная) притирка служит в качестве финишной операции для получения герметичности клапанов и плунжерных пар топливных насосов. В процессе притирки эльборной пастой (зернистостью ЛМ40, консистенцией МО и концентра­цией эльбора 20 %) клапанов на притирочном станке ОПР-1841А взамен абразивной снижается время обработки в 5...7 раз. При сня­тии огранки плунжера и торцов втулки топливных насосов умень­шаются машинное время (в 1,5...2,0 раза) и шероховатость поверх­ности (на 1...2 класса).

Плунжерные пары топливного насоса УТН-5 восстанавливают парофазным диффузионным хромированием в вакууме по следую­щей технологии. Черновую обработку деталей ведут шлифованием на станке ЗВ182 алмазными кругами типа 1А1 350х50х127АС6 100/80 МВ-1 при 100%-й концентрации, частоте вращения шлифоваль­ного и ведущего кругов соответственно 1890 и 46 мин~'. Подача •0,42 мм/мин, время шлифования 6...8 с. Плунжеры и втулки дово­дят карбидотитановыми пастами. Для предварительной обработки служит паста КТ 10/7 30%-й концентрации, а для окончательной — КТЗ/2 20%-й концентрации.

Разработаны электрохимические методы обработки деталей. К ним относят электроконтактную (анодно-механическую) черновую обработку, электрохимическое шлифование и доводку (полирова­ние).

Электроконтактная черновая обработка основана на комбинированном воздействии электрических, тепловых и механических факторов на данную обрабатываемую заготовку. Ин­струментом служит вращающийся дисковый электрод из стали, ко­торый соединен с отрицательным полюсом источника постоянного тока, а деталь — с положительным. В зону контакта инструмента и детали подается электролит (эмульсия).

Место контакта дискового электрода и детали характеризуется повышенным сопротивлением для электрического тока. Поэтому проходящий через него электрический ток разогревает, размягчает и даже плавит металл. Чтобы предотвратить плавление, следует со­общать инструменту высокую окружную скорость (15...25 м/с). При электроконтактной обработке можно резать металл, а также прово­дить поверхностную черновую обработку наплавленных слоев. В процессе обработки наплавленных цилиндрических деталей уста­новка должна быть размещена на суппорте токарного станка и иметь продольную подачу.

Режим процесса: напряжение на электродах 2..3 В; сила тока ко­роткого замыкания 300...600 А; сила рабочего тока 100...200 А; рас­четная плотность тока 5...30 А/мм², давление 60...80 кПа, интенсив­ность съема металла 1000... 10000 мм³/мин. Его применяют для чер­новой обработки наплавленных поверхностей со значительными припусками на обработку.

Электрохимическое шлифование и доводка (полирование) служат для обработки деталей, восстановлен­ных твердосплавными покрытиями.

Токопроводящий абразивный круг соединен с отрицательным полюсом источника 1 (рис. 3.66) постоянного тока через скользя­щий контакт 2. Обрабатываемую заготовку -/присоединяют к положительному полюсу. Резистор 5 предназначен для регулирова­ния силы тока в цепи. В зону об­работки подают электролит (ра­створ жидкого стекла, раствор хлорида натрия и карбонада на­трия с антикоррозионной добав­кой нитрата натрия). Абразив­ный круг 3 и деталь вращаются, а последняя еще и продольно по­дается. Процесс характеризуется анодным растворением металла поверхности детали и абразив­ным резанием. Причем основной съем металла происходит за счет анодного растворения. В качестве абразивных токопроводящих кругов применяют круги М5-5 и М5-4 на алюминиевой связке.

Детали обрабатывают в два прохода (шлифованием и доводкой), отличающиеся электрическими режимами. При большой плотнос­ти тока повышается съем металла, но при этом возрастает и шерохо­ватость поверхности. Режим шлифования: рабочее напряжение 20...30 В, плотность тока 20...30 А/см²; давление круга 15...20 МПа. Режим доводки: рабочее напряжение 5...15 В; плотность тока 3... 5 А/см²; давление круга 20...25 МПа. Окружная скорость круга при шлифовании и доводке 15... 18 м/с. В процессе доводки достигают 10-го класса шероховатости.

Дальнейшее развитие находит электрохимическое шлифование с применением алмазных токопроводящих кругов. Его особенности заключаются в достижении высокой плотности тока (до 200 А/см²) и низкого напряжения (6... 10 В). Применяют круги на связке МВ1, МО13Э и алмазах АСР и АСВ зернистостью 125/100 или 160/125 100%-й концентрации. Окружная скорость круга 20...25 м/с.

При использовании электрохимического шлифования твердо­сплавных покрытий по сравнению с механическим шлифованием увеличивается производительность металлосъема в 1,5...4,0 раза и более. Для повышения производительности их обработки исполь­зуют вместо обычного хонингования и суперфиниша электрохими­ческое хонингование и суперфиниширование.

Для улучшения качества восстанавливаемых поверхностей при­меняют пластическое деформирование; методы отделочной обра­ботки (хонингование, суперфиниширование, притирку); специ­альные режимы обработки.

Чтобы повысить износостойкость деталей, можно использовать финишную антифрикционную безабразивную обработку (ФАБО). Ее сущность заключается в том, что поверхности трения деталей покрывают тонким слоем (1...3 мкм) бронзы или меди, вследствие чего они приобретают высокие антифрикционные свойства и кон­тактную жесткость. Разновидности ФАБО: нанесение покрытий прутком из бронзы или меди; обработка деталей в жидких средах, содержащих химические соединения металлов (медь, олово, висмут и др.), способных восстанавливаться (выделять чистый металл) на поверхностях деталей под воздействием роликов, брусков и щеток; нанесение твердосмазочных покрытий в виде графита, дисульфида молибдена натиранием брусками из этих материалов.

Наибольший интерес для деталей типа гильз цилиндров пред­ставляет ФАБО в виде хонингования антифрикционными бруска­ми из дисульфида молибдена МА (М5-15) или латуни и меди. В ка­честве технологической жидкости используют следующий состав: глицерин — 35 %; хлорид меди — 3; эмульсол НГЛ-205 — 3 %; ос­тальное — вода. В случае использования брусков из дисульфида мо­либдена и приведенного технологического состава жидкости рабо­чие поверхности гильз покрывают медью и дисульфидом молибде­на. Износостойкость гильз цилиндров с медь-дисульфидмолибде-новым покрытием возрастает в 2 раза, а поршневых колец — в 1,9 раза.

ФАБО применяют также для обработки шеек коленчатых валов двигателей. Обработку ведут на токарных станках с использованием «жимков», покрытых войлоком, или специальных обжимок с мед­ными вставками и технологической жидкости. ФАБО возможна также и на станках для суперфиниша шеек коленчатых валов.

Пути повышения производительности механической обработки. Основными составляющими штучного времени (времени на обра­ботку одной детали на определенном станке) служат основное (ма­шинное) и вспомогательное (время на установку и снятие детали, управление станком, подвод и отвод инструмента, измерение дета­ли) время. Сумму основного и вспомогательного времени называют оперативным временем.

Время обслуживания рабочего места и время на отдых берут в процентах от оперативного. Первое составляет 3...8 %, а второе — 4...9 % оперативного времени, т.е они занимают сравнительно не­большую долю в штучном времени.

Основное время составляет 30...75 % штучного времени. Вот по­чему для снижения последнего, а следовательно, и повышения про­изводительности при работе на станках необходимо уменьшать ос­новное и вспомогательное время.

Основное время можно сократить за счет снижения числа при­ходов /. Для этого следует уменьшить припуски и увеличить глубину резания. Кроме этого существует еще два пути уменьшения машин­ного времени — увеличение скорости резания (скоростное резание) и подачи (силовое резание). Первый характеризуется применением инструментов, оснащенных твердыми сплавами. Второй требует соблюдения ряда условий (правильного выбора марки твердого сплава и геометрических параметров режущей части инструмен­тов).

Следует иметь в виду, что шероховатость поверхности ограничивает подачу. При обдирочных работах последняя может быть огра­ничена прочностью резца и механизма подачи станка, допустимым вращающим моментом на шпинделе станка. Во всех случаях надо работать с максимально технологически возможной подачей.

Вспомогательное время можно уменьшить с помощью быстро­действующих зажимных приспособлений автоматизации измере­ния детали и т.п.

К другим способам повышения производительности механичес­кой обработки относят замену способа обработки на другой, более производительный, применение многорезцовых и многошпин­дельных станков, автоматов и полуавтоматов, станков непрерывно­го действия, с программным управлением, многооперационных типа «обрабатывающий центр» для обработки корпусных деталей, а также автоматических линий. Например, в большинстве случаев при обработке плоских деталей замена строгания фрезерованием повышает производительность процесса. При использовании об­дирочного хонингования крупнозернистыми брусками вместо опе­рации расточки гильз цилиндров автотракторных двигателей про­изводительность обработки увеличивается примерно в 2,5 раза.

В процессе эксплуатации многорезцовых и многошпиндельных станков повышается производительность процесса за счет одновре­менной обработки деталей несколькими инструментами. В фрезер­ных станках непрерывного действия совмещаются основное и вспомогательное время, что приводит к росту производительности.

Станки с программным управлением производительнее в 2...3 раза по сравнению с обычными, причем они могут быть применены даже в условиях серийного и мелкосерийного производств. Благо­даря обрабатывающим центрам повышается производительность за счет совмещения операций и уменьшения затрат вспомогательного времени.