Отделка поверхностей на токарном станке

Методы отделки поверхностей

Общие сведения. Отделочными называют методы обработки, рассчитанные на получение особенно высокой точности поверхности. К таким методам относятся тонкое точение, хонингование, притирание, полирование, суперфиниширование, выглаживание. Операции отделки отличаются снятием весьма малых припусков.

Малый припуск не позволяет существенно изменять положение поверхности, занимаемое ею до отделки. Поэтому за исключением тонкого точения, все методы отделки характерны самоустанавливающейся конечной связью, т. е. рассчитаны на улучшение только точности обработки. Отделку используют чаще всего для повышения точности поверхности только по форме и по шероховатости, и даже только по шероховатости, так как заданная точность по размеру редко требует отделочных методов. Необходимый малый припуск обеспечивают за счет допуска на окончательный размер поверхности.

Тонкое точение. Процесс тонкого точения характеризуется незначительной глубиной резания, малой подачей и высокой скоростью резания. Обработку ведут алмазным или твердосплавным резцом.

Тонкое точение применяют главным образом при обработке деталей из цветных сплавов, так как эти сплавы легко обрабатываются резцом, но плохо ведут себя при обработке абразивным инструментом.

Точение алмазным резцом дает возможность при автоматическом получении размеров обеспечивать точность поверхности: по диаметру — до 5 квалитета точности; по форме — овальность и конусность, не превышающие 0,003—0,005 мм; по шероховатости — до Ra 0.16.

Высокая точность получается благодаря малому износу доведенного лезвия резца (стойкость алмазного резца 200—400 ч), небольшим силам в процессе резания и высокой точности оборудования. Большая скорость резания не только компенсирует уменьшение производительности в связи с малой подачей, но и способствует уменьшению шероховатости обработанной поверхности.

Для операций тонкого точения используют станки определенного назначения, но наряду с ними и токарные станки, обладающие необходимыми кинематическими данными и точностью. Резцы из твердых сплавов используют для обработки сталей и чугуна, а также для чернового точения цветных сплавов, когда операцию тонкого точения разделяют на два перехода — черновой и чистовой.

Наиболее широко тонкое точение используют для обработки точных отверстий в деталях из цветных сплавов. Трудности шлифования (засаливание круга) здесь особенно возрастают (малый диаметр круга); развертывание также малопроизводительно и к тому же не позволяет влиять на координаты оси отверстия. Тонкое растачивание позволяет влиять на точность размера и формы, обеспечивает высокую стабильность качества обработки и хорошую производительность. Для этой цели выпускают расточные станки, у которых вращается не деталь, а резец (ввиду быстроходности важно, чтобы нагрузки на шпиндель были меньшими). Для небольших деталей применяют горизонтально-расточные станки, а для крупных — вертикальные.

Самый малый и равномерно распределенный по окружности отверстия припуск позволяют обеспечивать горизонтально-расточные двусторонние станки. На таком станке при одной установке детали производят черновое растачивание с одной стороны, а чистовое — с другой.

Для операций растачивания отверстий с параллельными осями используют многошпиндельные станки, допускающие устанавливать нужное расстояние между осями шпинделей, а также специальные станки, изготовляемые как агрегатные.

Хонингование. Хонингование находит широкое применение для обработки отверстий. Обрабатывающим инструментом служит разжимная головка – хон, несущая по окружности абразивные (или алмазные) бруски (рис. 5.23). Бруски закреплены в металлических колодках и с помощью механизма головки могут разжиматься в радиальных направлениях. Головку связывают со шпинделем хонинговального станка не жестко, а шарнирно, чтобы она могла самоустанавливаться по обрабатываемому отверстию детали, закрепленной на столе станка.

Головке, введенной в отверстие, сообщается вращение (V = 30 – 60 м/мин) и возвратно-поступательное движение V = 10 – 15 м/мин). Разжатие брусков в процессе обработки осуществляется автоматически или вручную (головка — инструмент специальный, поэтому конструкции их разнообразны). Давление брусков на поверхность — небольшое (0.4 – 0.8 МПа). Во время обработки применяют обильное охлаждение керосином, часто с примесью минерального масла. Обычная длительность хонингования 1—5 мин.

Припуск (слой металла), снимаемый в одной операции хонингования, может быть малым (до 0,01 мм) и сравнительно большим (до 0,2 мм). Он определяется точностью предшествующей обработки и показателями точности поверхности, требуемыми после хонингования.

Отделка поверхностей на токарном станке

Отделочные операции – полирование, доводку, обкатывание, раскатывание, выглаживание и накатывание выполняют для уменьшения шероховатости, повышения размерной точности к из­носостойкости ранее обработанной поверхности или для нанесения на нее рифлений определенного узора.

Полирование

Полирование выполняют для уменьшения шероховатости и по­вышения блеска поверхностей детали. На токарных станках оно осуществляется шлифовальными шкурками на бумаге или полотне. Сталь и цветные металлы обрабатывают шкурками из корунда 15А- 25А, чугун и другие хрупкие материалы — шкурками из кар­бида кремния 54С- 64С.

В процессе работы полоску шкурки, удерживая обеими руками, прижимают к вращающейся полируемой поверхности и перемещают возвратно-поступательно вдоль нее. Удерживать шкур­ку рукой в обхват нельзя, так как она может намотаться на деталь и защемить пальцы. Стоять у станка необходимо с поворотом кор­пуса вправо примерно под углом 45° к оси центров. Полирование обычно выполняют последовательно несколькими шкурками с постепенным уменьшением их зернистости.

Цилиндрические поверхности удобно полировать «жимком», состоящим из двух шарнирно соединенных деревян­ных брусков. В радиусные углубления брусков укладывают шлифо­вальную шкурку, которую прижимают жимком к обрабатываемой поверхности. Удерживая рукоятки жимка левой рукой, а правой поддерживая шарнир, осуществляют возвратно-поступательную продольную подачу.

Полирование можно выполнять также при закреплении шлифо­вальной шкурки в резцедержателе суппорта с по­мощью деревянного бруска и металлической планки.

Внутренние поверхности полируют шкуркой, закрепленной и намотанной на деревянной оправке.

Полируемая деталь сильно нагревается и удлиняется. Поэтому, когда она поджата центром, надо периодически проверять, насколь­ко туго он зажат, и, если требуется, немного ослабить.

Чтобы получить более качественную поверхность, надо увели­чить насколько возможно частоту вращения детали. Кроме того, при окончательном полировании рекомендуется натирать шкурку мелом.

Доводка

Доводка выполняется для повышения точности поверхности (до 5-6-го квалитета) и уменьшения ее ше­роховатости. Специальными инструментами – притирами — вместе с абразивными материалами с поверхности детали удаляются мельчайшие неровности.

Абразивные и связующие материалы. Рабочая поверхность при­тира насыщается твердыми абразивными материа­лами: порошками электрокорунда — для доводки сталей и карбида кремния — для чугуна и других хрупких материалов.

Зернистость порошков выбирается в зависимости от требуемой шероховатости. Предварительную доводку выполняют микропорош­ками М40-М14, чистовую-М10-М5 (номер микропорошка соответствует размерам зерен в микронах).

Из доводочных паст наиболее часто используются пасты ГОИ, изготовляемые на основе мягкого абразивного материала-окиси хрома в смеси с химически активными и связующими веществами. По доводочной способности такие пасты делятся на грубые, средние и тонкие.

В качестве связующих и смазывающих материалов при доводке применяют керосин или минеральное масло.

Притиры-втулки с продольным разрезом, позволяющим регу­лировать их по диаметру для компенсации износа.

Притиры для предварительной доводки снабжены продольными или винтовыми канавками, в которых во время работы собираются остатки абразивного материала. Окончательная доводка ведется притирами с гладкой поверхностью.

Доводка наружной поверхности выполняется при­тиром, который устанавливается в жимок и регулируется по ме­ре необходимости винтом.

Для обработки отверстий притир устанавливают на конической оправке и регулируют за счет осевого перемещения гайками. Материал притира выбирают в зависимости от его назначения и применяемого абразивного материала.

При доводке твердыми абразивными материалами, зерна кото­рых вдавливаются в притир, материал последнего должен быть мяг­че материала обрабатываемой детали. Кроме того, чем крупнее зерна применяемого порошка, тем мягче материал следует выби­рать для притира. Для грубой доводки рекомендуются притиры из мягкой стали, меди, латуни, а для предварительной и чистовой – из мелкозернистого серого чугуна средней твердости.

Для работы пастами ГОИ притир должен иметь большую твердость, чем доводимая деталь. В этом случае хорошие результаты дает применение притиров из закаленной стали или серого чугуна повышенной твердости.

Окружная скорость детали или притира принимается при пред­варительной доводке 10—20 м/мин, при чистовой — 5—6 м/мин в целях уменьшения нагрева детали.

Накатывание

Назначение и инструменты. Накатывание выполняется для со­здания на поверхностях некоторых деталей (ручках, головках винтов и др.) специально предусмотренной шероховатости, выполнен­ной в виде рифлений определенного узора. Для этого пользуются накатками, состоящими из накатного ролика и державки.

Для нанесения прямого узора применяют однороликовую накат­ку, сетчатого— двухроликовую соответственно с правым и левым направлениями рифлений.

Накатные ролики изготавливают из инструментальных сталей и закаливают до высокой твердости. На их цилиндрической поверх­ности выполняются рифления с углом профиля 70° для стальных деталей и 90° — для деталей из цветных металлов с шагом от 0,3 до 1,6 мм.

Накатка закрепляется с наименьшим вылетом в резцедержателе суппорта так, чтобы образующая ролика была строго параллельна оси детали. Проверяют это по обрабатываемой поверхности на про­свет. Ось ролика однороликовой накатки должна находиться на уровне оси центров станка. Для двухроликовой накатки точность установки по высоте не имеет существенного значения, так как в

этом случае ролики самоустанавливаются по обрабатываемой по­верхности за счет шарнирного соединения обоймы с держав­кой.

Приемы накатывания. При на­катывании металл выдавливается, поэтому поверхность детали обта­чивают до диаметра, меньше но­минального примерно на 0,5 шага рифлений.

Ролики подводят вплотную к вращающейся детали и ручной подачей вдавливают в обрабаты­ваемую поверхность на некоторую глубину. Выключив вращение де­тали, проверяют точность образо­вавшегося рисунка. Затем вклю­чают вращение шпинделя и про­дольную подачу и выполняют на­катывание на требуемую длину за несколько проходов в обе стороны до получения полной высоты рифлений. В конце каждого прохода, не нарушая контакта с заготовкой, накатку подают поперечно на

требуемую глубину. Накатные ролики следует периодически очищать проволочной щеткой от застрявших в углублениях металлических частиц.

Продольную подачу принимают примерно равной удвоенной ве­личине шага рифлений (1—2,5 мм/об), скорость вращения детали — в пределах 15—20 м/мин.

Обрабатываемую поверхность смазывают маслом.

Методы отделки поверхностей

Для отделочной обработки поверхностей применяются тонкое точение и растачивание, тонкое шлифование, полирование, хонингование, суперфиниш, притирка, абразивно-жидкостная отделка, методы отделочной обработки профилей зубьев: обкатка зубчатых колес, шевингование зубьев, притирка, зубошлифование и зубозакругление.

Характерной чертой всех отделочных методов обработки резанием является весьма малый размер сечения срезаемой стружки и, следовательно, малое усилие резания. Для рационального применения отделочных методов необходима хорошая предварительная обработка поверхности и оставление очень небольшого припуска.

Тонкое обтачивание поверхностей производится твердосплавными резцами при малых сечениях срезаемого слоя (S = 0,02 — 0,5 мм/об, t = 0,05 — 0,3 мм и на высоких скоростях резания V > 100 м/мин). В таких случаях не требуется значительных усилий для закрепления заготовки: усилие резания получается небольшое, тепла выделяется мало и толщина дефектного слоя на обработанной поверхности оказывается очень малой. Так как работы такого рода ведутся обычно на жестких и точных станках, то в результате всех этих условий достигается более высокая точность и чистота поверхности при тонком обтачивании, чем при обычном (точность до 2-го класса и чистота до 9-го класса).

Тонкое растачивание поверхностей дает более высокую точность и чистоту обработки, чем обыкновенное растачивание. Тонкое растачивание производят расточными резцами, оснащенными пластинками из сплавов Т30К4 или Т60К6, на высоких скоростях резания (V = 300 ÷ 1500 м/мин для цветных металлов и 100 ÷ 300 м/мин для черных металлов) и при малых сечениях срезаемого слоя (S = 0,01 ÷ 0,1 мм/об, t = 0,05 ÷ 0,2 мм). Для тонкого растачивания применяют очень точные станки, обладающие значительной жесткостью.

В результате всех этих условий тонкое растачивание позволяет получить весьма высокую точность (до 1 класса по ГОСТу) и чистоту обработки (до 10 класса по ГОСТу), выдержать форму отверстия в пределах 3 мк и координирующие размеры в пределах 0,02 мм на 100 мм длины как на сквозных, так и на глухих отверстиях.

При обработке отверстий в тонкостенных стальных заготовках, а также при обработке очень вязких цветных металлов, тонкое растачивание является наилучшим способом выполнения высоких технических требований.

Тонкое шлифование — способ окончательной отделки поверхностей с высокой степенью точности и чистоты обработки.

Особенностями тонкого шлифования являются:

• применение мелкозернистых мягких шлифовальных кругов;
• шлифование с глубиной резания до 5 мк;
• работа при малой окружной скорости обрабатываемой поверхности (порядка 2÷10 м/мин) и большой скорости вращения шлифовального круга (более 40 м/сек);
• применение максимально интенсивного охлаждения;
• длительное выхаживание, т. е. отделка поверхности без поперечной подачи круга.

Тонкое шлифование на жестких станках дает возможность получить точность обработки по 1-му классу и чистоту поверхности по 11-му классу ГОСТа.

Отделка поверхностей на токарном станке

Когда по условиям чертежа требуется получить гладкую и блестящую зеркальную поверхность детали, но точность размеров может быть грубой, применяют полирование этой поверхности; если же, помимо чистоты и блеска, требуется получить точные размеры детали, применяют доводку или притирку.

1. Полирование

Полирование производится на токарных станках при помощи наждачной шкурки. В зависимости от размера зерен наждака различают следующие номера шкурки: № 6, 5 и 4 — с крупными зернами наждака № 3 и 2 — со средними, № 1, 0, 00 и 000 — с мелкими. Самое чистое полирование дает шкурка № 00 и 000. Наждачную шкурку нужно держать так, как показано на рис. 232, а, иначе она может намотаться на деталь и защемить пальцы.

Полирование производится значительно быстрее при помощи простого приспособления, называемого жимками (рис. 232, б). Жимки состоят из двух деревянных брусков, соединенных с одного конца кожаным или металлическим шарниром и имеющих углубления по форме детали. В жимки закладывают наждачную шкурку или засыпают наждачный порошок. Рекомендуется смазать полируемую поверхность машинным маслом или смешать с маслом порошок, тогда поверхность получается более блестящей.

Применение жимков устраняет опасность повреждения рук токаря и захвата рукава вращающейся деталью, хомутиком или патроном.

Полирование ведут при легком нажиме жимков и больших числах оборотов обрабатываемой детали.

2. Доводка или притирка

Доводка или притирка применяется для окончательной обработки наружных и внутренних цилиндрических и конических, фасонных и плоских поверхностей деталей с целью получить точные размеры и высокое качество (чистоту) поверхности или герметичность соединения.

Этот метод обработки получил широкое распространение в инструментальном производстве (доводка режущих кромок твердосплавных резцов и разверток; доводка калибров цилиндрических, конических, резьбовых; доводка измерительных плиток).

Этот метод обработки широко применяется также и в машиностроении, например, доводка шеек коленчатых валов, плунжеров форсунок, зубьев колес и т. д. Чистоту поверности после доводки можно получить от 10 до 14.

Доводка наружных цилиндрических поверхностей производится чугунными, медными, бронзовыми или свинцовыми втулками (притирами), выточенными по размеру обрабатываемой детали. С одной стороны втулка разрезана, как показано на рис. 233.

Втулку 1 смазывают изнутри ровным тонким слоем корундового микропорошка с маслом или доводочной пастой. Затем ее вставляют в металлический жимок 2 и надевают на деталь. Слегка подтягивая жимок болтом 3, равномерно водят притир вдоль вращающейся детали. При доводке полезно смазывать деталь жидким машинным маслом или керосином.

Припуск на доводку оставляют порядка 5—20 мк (0,005— 0,020 мм) на диаметр.

Скорость вращения детали при доводке — от 10 до 20 м/мин; чем чище должна быть обработанная поверхность, тем ниже должна быть скорость.

Доводка отверстий производится чугунными или медными втулками (притирами), также разрезанными с одной стороны. Втулки устанавливают на точный размер при помощи пологих конических оправок, на которые они насаживаются. На рис. 234 показана втулка 1, насаженная на коническую оправку 2, закрепленную в самоцентрирующем патроне. Для доводки деталь надевают на втулку 1, которая во время доводки вращается с оправкой 2; при этом детали сообщают медленное прямолинейно-возвратное движение по втулке.

Доводку наружных и внутренних поверхностей производят корундовым микропорошком, смешанным с маслом, или специальными доводочными пастами ГОИ. Эти пасты дают лучшие результаты как по качеству поверхности, так и по производительности. Они оказывают на металл не только механическое, но и химическое действие. Последнее состоит в том, что благодаря пасте на поверхности детали образуется тончайшая пленка окислов, которая легко затем снимается.

3. Накатывание

Цилиндрические рукоятки различных измерительных инструментов, рукоятки калибров, головки микрометрических винтов и круглые гайки делают не гладкими, а рифлеными, чтобы удобнее было пользоваться ими. Такая рифленая поверхность называется накаткой, а процесс ее получения — накатыванием. Накатка бывает прямой и перекрестной.

Для накатывания в резцедержателе суппорта станка закрепляют особую державку 1 (рис. 235), в которой установлены для простой накатки один, а для перекрестной — два ролика 2 и 3 из инструментальной закаленной стали с нанесенными на них зубчиками.

Зубчики на роликах имеют различные размеры и по-разному направлены (рис. 236), что позволяет получить накатку различных узоров.

При накатывании державку прижимают к вращающейся детали. Ролики вращаются и, вдавливаясь в материал детали, образуют на ее поверхности накатку. Она может быть крупной, средней или мелкой в зависимости от размеров зубчиков на роликах.

При накатывании производят подачу в двух направлениях — перпендикулярно к оси детали и вдоль оси. Для получения достаточной глубины накатки можно вести накатывание в 2—4 прохода.

Правила накатывания : 1) начиная накатывание, следует дать сразу сильный нажим и проерить, попадают ли зубчики ролика при следующих оборотах в сделанные ими насечки;
2) ролики должны соответствовать требуемому узору детали;
3) двойные ролики должны быть точно расположены один под другим;
4) перед работой ролики нужно тщательно очистить проволочной щеткой от остатков материала;
5) во время накатывания рабочие поверхности роликов следует хорошо смазывать веретенным или машинным маслом.

Режимы накатывания . В табл. 10 и 11 указаны окружные скорости и продольные подачи при накатывании на токарных станках.

Проверку правильности накатки производят на глаз.

4. Обкатывание поверхности роликом

Для упрочнения поверхностного слоя детали, предварительно обработанной, например, чистовым точением применяют обкатывание цилиндрической поверхности закаленным роликом с полированной поверхностью.

Обкатываемой детали сообщают вращательное движение со скоростью 25—50 м/мин, а державке с роликом — движение продольной подачи. Величина подачи 0,2—0,5 мм/об — в зависимости от требуемой чистоты поверхности. Обкатывание ведут с небольшим нажимом ролика на обкатываемую поверхность. Число проходов ролика 2—3. Для уменьшения износа ролика применяют обильную смазку поверхностей ролика и детали веретенным или машинным маслом, смешанным в равных количествах с керосином.