Обработка корпусных деталей

Материал и способы получения заготовок

Большинство корпусных деталей (металлорежущих станков, стационарных редук­торов, центробежных насосов) изготавливают из серого чугуна СЧ15, СЧ18, СЧ21, С424.

Для сварных корпусных деталей применяют, в большинстве случаев, малоуглеро­дистые стали: СтЗ и Ст4.

Корпусные детали, работающие в условиях вибрации (землеройные и дорожные машины) изготавливают из ковкого чугуна или литейной стали 15Л.

В последнее время все большее применение для изготовления корпусных деталей машин получают алюминиевые сплавы.

Заготовки корпусных деталей изготовляют литьем или сваркой.

Для правильного выбора способа получения заготовки нужно рассматривать ком­плексно процесс получения заготовки и процесс дальнейшей ее механической обработ­ки, совокупная стоимость которых должна быть минимальной.

Так как основными рабочими поверхностями корпусных деталей являются их плоскости, основные и крепежные отверстия, то ниже рассмотрены технологические методы их обработки.

Обработку плоских поверхностей можно производить; строганием, фрезеровани­ем, точением, протягиванием, шлифованием, шабрением, полированием, накатыванием.

Строгание применяется в единичном и мелкосерийном производстве, а также при обработке крупных, тяжелых деталей большой длины и малой ширины. Строгание про­изводится на продольно-строгальных и поперечно-строгальных станках.

При строгании на продольно-строгальных стайках стол, с закрепленной на нем за­готовкой, совершает возвратно-поступательное движение. Поперечное перемещение осуществляется прерывисто резцовым суппортом.

Продольно-строгальные станки изготавливаются одностоечными и двухстоечными, с одним, двумя и четырьмя суппортами.

На поперечно-строгальных станках возвратно-поступательное движение имеет резец.

Заготовка, закрепляемая на столе станка, получает поперечную прерыви­стую подачу.

Строгание может быть черновое, чистовое и тонкое. При черновом строгании обес­печивается точность 11-12 квалитет, шероховатость Rz = 20 - 80 мкм; при чистовом - 9 - 10 квалитет точности и R a = 1,0... 5,0 мкм; тонком - 7 - 9 квалитет точности и Ra = 0,3... 1,0 мкм.

Для чистового и особенно тонкого строгания в последнее время все более широкое применение находят широкие резцы.

Недостатком процесса строгания является низкая производительность, достоинст­вом - простота оборудования, технологической оснастки.

Фрезерование может производиться на консольно-фрезерных станках с ЧПУ, обра­батывающих центрах, продольно-фрезерных (1-8 шпинделей), карусельно-фрезерных (1-3 шпинделя) и барабанно-фрезерных (4 шпинделя) станках.

Для обработки плоскостей небольших деталей в единичном и серийном производ­стве используют консольно-фрезерные станки.

При этом для повышения производительности труда в серийном производстве при­меняют станки с поворотными столами и двухпозиционные поворотные приспособле­ния.

В мелкосерийном - крупносерийном производствах обработку плоскостей поверх­ностей корпусных деталей производят на станках с ЧПУ. Для обработки плоскостей средних и крупных деталей в мелкосерийном и крупносерийном производствах приме­няют продольно-фрезерные станки с групповой обработкой деталей одновременно не­сколькими фрезами. При этом используются различные схемы установки деталей (рис. 7.20).

При этом одновременно можно обрабатывать разные детали.

В крупносерийном и массовом производстве получил применение высокопроизво­дительный способ обработки - непрерывное фрезерование. Оно выполняется на кару­сельно-фрезерных и барабанно-фрезерных станках.

Карусельно-фрезерные станки применяют для обработки сравнительно небольших плоскостей корпусных деталей (до 600 мм) (рис, 7.21).

Барабанно-фрезерные станки служат для обработки параллельных плоскостей дета­ли одновременно с двух сторон (рис. 7.22).

Фрезерование позволяет обеспечить 9-11 квалитет точности и Ra = 1,0... 5,0 мкм.

Для повышения плоскостности обрабатываемой поверхности используют высоко­скоростное бреющее фрезерование торцовыми головками и одним резцом.

Рис. 7.20. Групповая обработка корпусных заготовок на продольно-фрезерном станке:

а - установка заготовок в один ряд; 6 - установка заготовок в два ряда; в - установка с перекладыванием заготовок

Рис. 7.21. Обработка плоских поверхностей корпусных заготовок на карусельно-фрезерном станке:

1 - заготовки; 2 - фрезы;

3 - карусельный стол станка;

4 - станочник

Рис. 7.22. Фрезерование на барабанно-фрезерном станке:

J - заготовки; 2 - черновые фрезы; 3 - чистовые фрезы; 4 - барабан;

5 - станочник

На заводах тяжелого машиностроения экономически целесообразно применять то­чение плоскостей корпусных деталей на токарно-карусельных и карусельно-расточных станках вследствие удобства их установки на планшайбу.

Особенно экономически выгодны эти станки при обработке корпусных деталей, имеющих внутренние и наружные цилиндрические поверхности и перпендикулярные им торцы (секции корпусов паровых турбин, корпусы электродвигателей и генераторов, планшайбы станков, корпусы центробежных насосов и цилиндрических редукторов). Торцовое точение плоскостей позволяет получить 8-9 квалитету точности и Ra = 0,5 мкм.

Протягивание плоскостей. В массовом производстве для повышения качества плоских наружных поверхностей может применяться протягивание плоскими протяж­ками. Оно позволяет обеспечить 7-8 квалитеты точности и Ra = 0,5 мкм.

Окончательную обработку плоскостей чугунных корпусных деталей в серийном, крупносерийном и массовом производстве часто производят на плоскошлифовальных станках с прямоугольным или круглым столом шлифованием периферией круга, торцом чашечного круга и торцом сборного сегментного круга.

Шлифование торцом круга более производительно, чем шлифование периферией, так как в процессе работы торцом круга большая площадь круга находится в соприкос­новении с обрабатываемой поверхностью.

Для повышения эффективности процесса шлифования и предотвращения прижогов используют различные более современные системы подачи СОЖ, такие как обильное охлаждение и охлаждение через поры круга, а также прерывистые и тарельчатые под­пружиненные шлифовальные круги.

Шлифование позволяет получить:

а) черновое - 8 - 9 квалитеты точности, Ra = 1,5 мкм;

б) чистовое - 7 - 8 квалитеты точности, Ra = 0,4 мкм;

в) тонкое - 5 - 6 квалитеты точности, Ra = 0,1 мкм.

Шабрение плоских поверхностей выполняется с помощью шабера вручную или механическим способом от себя или на себя. Обычно механическое шабрение позволяет получить 12 - 20 пятен на площади 25 х 25 мм, ручное - 25 - 30 плтен. Шабрение, как правило, применяется для повышения плоскостности прилегающих поверхностей и для окончательной обработки плоскостей корпусов в единичном и мелкосерийном произ­водствах.

Для чернового предварительного шабрения используются пневматические ша­беры.

Шабрение от себя позволяет получить Ra = 0,6 мкм, на себя - 0,08 мкм.

Полирование плоских поверхностей может производиться кругами и лентами, как на специальных полировальных станках, так и обычных фрезерных, строгальных и шлифовальных станках с использованием специальных устройств, аналогичных, как и для цилиндрических поверхностей.

Полирование позволяет получить 5-6 квалитеты точности и шероховатость Ra = 0,05 мкм. При необходимости можно получить (t₁₀ - 50 % при Ra = 0,3... 1 мкм).

Отделочно-упрочняющая обработка ППД плоских поверхностей может осущест­вляться роликами, шариковыми головками, виброупрочнением центробежного типа, вибронакатыванием.

Процесс осуществляется на строгальных, фрезерных, плоскошлифовальных и спе­циальных накатных станках.

ОУО ППД плоских поверхностей точность не повышает, исходные высотные пара­метры шероховатости уменьшаются в 3 - 5 раз, повышается относительная длина опор­ной линии профиля шероховатости до t_w- 60 %, упрочняется поверхностный слой.

Обработка основных отверстий представляет собой наиболее ответственную и трудоемкую часть технологического процесса изготовления корпусных деталей. Обра­ботка отверстий делится на черновую, чистовую и отделочную.

При черновой обработке необходимо удалить основную часть припуска, обеспечив точность относительного положения осей отверстий при наименьшей стоимости опера­ции.

Чистовая обработка должна обеспечить точность размеров, геометрических разме­ров и окончательную точность относительного положения обрабатываемых отверстий.

Отделочную обработку применяют в случае надобности для повышения точности и уменьшения шероховатости обрабатываемых отверстий.

Методы, обеспечивающие эти требования, рассмотрены в предыдущем параграфе. Естественно, что обработка этими методами отверстий корпусных деталей будет произ­водиться на других станках, в отличие от обработки зубчатых колес.

Основные отверстия в корпусных деталях в условиях единичного и мелкосерийного производства обрабатывают на вертикально- и радиально-сверлильных станках, токар­но-карусельных станках, координатно-расточных станках. В условиях мелкосерийного и серийного производства обработка основных отверстий производится на вертикально- и радиально-сверлильных станках с ЧПУ и горизонтально-расточных станках с ЧПУ, или сверлильно-фрезерно-расточных и координатно-расточных станках.

В крупносерийном и массовом производстве растачивание корпусных деталей про­изводят обычно на агрегатных станках или автоматических линиях. Причем в единич­ном производстве обработку отверстий ведут по разметке, в мелкосерийном - с помо­щью накладных шаблонов, в серийном, массовом - с помощью специальных приспособ­лений и станков.

Отделочная обработка основных отверстий производится тонким растачиванием, планетарным шлифованием, хонингованием или раскатыванием.

Обработка крепежных отверстий в единичном и мелкосерийном производстве осуществляется на радиально-сверлильных станках по разметке или при помощи на­кладных кондукторов.

В мелкосерийном и крупносерийном производствах - на станке с ЧПУ или с ис­пользованием специальных поворотных приспособлений.

В крупносерийном и массовом производстве - на агрегатных станках. В массовом производстве - на автоматических линиях.

Дня повышения производительности труда применяют быстросменные патроны и многошпиндельные головки.

Резьбу в крепежных отверстиях нарезают метчиками, накатывают раскатниками и комбинированным метчиком-раскатником.

При нарезании резьбы в термически обработанных корпусах из сталей применяют­ся твердосплавные метчики.

Для нарезания внутренней резьбы на револьверных станках и автоматах применяют резьбонарезные самораскрывающиеся метчики. По окончании процесса нарезания резь­бы режущие перья метчика автоматически сдвигаются.

9.5. Комбинированные методы улучшения качества поверхности с помощью лазерной обработки

Метод	Материал заготовки	Ожидаемый результат
Лазерное легирование легкими элементами и карбонитридами	Стали 40Х, 45, 65Г	Под слоем карбонитридов (15... 20 мкм) создается слой азотистого мартенсита тол­щиной 150... 200 мкм, далее зона углероди­стого мартенсита до 2... 3 мм
Легирование при лазер­ном нагреве с после­дующим азотированием	Стали 20 и 35	Микротвердость при легировании алюминия составляет 18 000 20 000 МПа. Износо­стойкость увеличивается в 15 раз по сравне­нию с износостойкостью при азотировании
Последовательное ионное и лазерное воз­действие	Стали 95X18 и 45	Уменьшение размеров зерен и дробление блоков. Микротвердость возраствет на 15 - 20 % по сравнению с микротвердостью при отдельной имплантации азотом или лазерной закалке
Термопластическая об­работка при лазерном оплавлении	Углеродистые стад и	Рост дисперсности структуры и сжимающих напряжений, что ведет к увеличению микро­твердости
Цементация + лазерная обработка	Стали 20 и 20X43 Л	Повышение временного сопротивления и износостойкости
Нанесение интерметал- лидных иокрытий+ла- зерное оплавление	Порошок систе­мы Ni - А1	70 %-е насыщение материала подложки при толщине слоя 0,3... 0,4 мм, Высота неров­ностей не превышает 160 мкм. Микротвер-. дость 4500... 5000 МПа. Гидроабразивнал стойкость увеличивается в 1,6-2 раза
Лазерное облучение и последующая электро- дуговая отделочно-уп- рочияющая обработка	Стали 45 и40Х	Уменьшаются параметры шероховатости и волнистости
Борохромирован не +■ лазерная обработка	Сталь 40Х	Микротвердость возрастает до 2340 МПа
Предварительная закал­ка в масле, отпуск при 625 °С и последующая лазерная обработка	Низколегиро­ванная сталь	Микротвердость увеличивается от 620 до 730 МПа
Никелирование и оп­лавление при лазерном облучении	Сплав А1 с 5 % Si и 3 % Си	Толщина покрытия 250 мкм. Структура - тонкодисперсные деидриты A13Ni и А1 в междендритных участках. 500... 600 HV, зона термического влияния 10... 30 мкм
Гальваническое покры­тие Ml - В + лазерная обработка		Микротвердость 6400... 7510 МПа
Эле ктр оэррозионное покрытие электродолг из ВК8 + лазерное оплавление	Среднеуглеро­дистая сталь	Формируется зона термического влияния большой толщины, уменьшаются параметры шероховатости, высота микронеровностей 20 мкм, низкая пористость н значительная микротвердостъ
Лазерная обработка + + электроискровое ле­гирование	Стали X12М и хвг	Лазерная закалка приводит к созданию твер­дой подложки, которая препятствует продав- ливанию предварительно нанесенного слоя. Стойкость штампов увеличивается в 2,5 раза
Лазерная обработка + + поверхностно-плас­тическое деформирова­ние	Чугун	Измеияет значение и характер распределе­ния остаточных напряжений с целью увели­чения сопротивления усталости
Борирование + лазер­ное облучение	Инстр уме итал ь- ные стали	Микротвердость увеличивается от 14 ООО до 18 ООО МПа. Устраняется скол боридного слоя с режущей кромки
Комплексноелазерное и криогенное упрочне­ние	Стали Х12, ХВГ, Р6М5	Твердость увеличивается от 730... 830 после закалки и отпускало 1100 HV
Комплексное лазерное и ультразвуковое уп­рочнение	Ствли Х12, ХВГ, Р6М5	Уменьшение параметров шероховатости при исходной Ra = 0,63 мкм, после совмещенной обработки Ra = 0,25 мкм. Твердость HV100 1200... 1600 при исходной HV100 250

Параметры лазерной обработки. Характеристики режима лазерной обработки де­лят на два класса: параметры, характеризующие луч, и характеристика обрабатываемого материала.

Характеристики лазерного луча определяются пятью параметрами: тип работы (не­прерывный или импульсный); длина волны излучения А,; диаметр пятна, сфокусированно­го на поверхности; скорость перемещения луча или время взаимодействия излучения с материалом, мощность излучения Р или плотность излучаемой мощности q. В табл. 9.6 представлены параметры лазерных устройств, применяемых для упрочнения материалов.