Tehnologiya_konstruktsionnyh_materialov

6.8. Технологичность деталей машин

Под технологичностью любого объекта понимается соответствие свойств этого объекта конкретным условиям его производства, эксплуатации и ремонта. Следовательно, технологичность любой конструкции, это сово-

купность свойств обеспечивающих оптимальность затрат труда, средств, ма-

териалов и времени при технической подготовке ее производства, изготовле-

нии, эксплуатации и ремонта. При конструировании деталей машин необхо-

димо ориентироваться на предполагаемые способы получения ее заготовки,

обработки ее поверхностей. Предпочтение необходимо отдавать тем конст-

рукциям, которые обеспечат: наибольший коэффициент использования мате-

риала (Км = Qи/Qз, где: Qи - масса изделия; Qз – общая масса заготовок); наи-

меньшую себестоимость изготовления заготовок и обработки поверхностей деталей при заданной производительности и точности обработки; возмож-

ность замены ручного труда и автоматизации производства.

Деталь, обрабатываемая точением, должна удовлетворять следующим технологическим требованиям. Содержать наибольшее число поверхностей,

имеющих форму тел вращения. Масса детали должна быть уравновешена от-

носительно ее оси вращения. Желательно, чтобы обрабатываемые поверхно-

сти не имели разрывов (шпоночных пазов, лысок). Вращение неуравнове-

шенной детали, точение прерывистых поверхностей приводят к возбужде-

нию колебаний в технологической системе, что отрицательно скажется на стойкости режущего инструмента и снизит точность обработки. При конст-

руировании детали необходимо использовать нормальный ряд диаметров и длин, что позволит применить стандартные режущие инструменты. Жела-

тельно избегать применения нежестких элементов в конструкции детали

(длинные и тонкие шейки, тонкостенные втулки). Точение нежестких загото-

вок не обеспечивает необходимой точности обработки и требует применения специальных приспособлений (люнетов, много лепестковых цанг). Жела-

тельна унификация элементов детали (одинаковые размеры фасок, радиусов закруглений, канавок), что позволяет выполнять одинаковые элементы одним

241

Деталь, обрабатываемая строганием или долблением, должна удовле-

творять следующим технологическим требованиям. Обрабатываемые по-

верхности заготовки, целесообразно оформлять в виде плоскостей или соче-

таний плоскостей. Желательно избегать сложных фасонных поверхностей,

требующих изготовления специальных копиров. Обрабатываемые поверхно-

сти следует располагать в одной плоскости, что позволит обрабатывать их за один проход. Перед обработкой поверхности необходимо прострогать фаски под углом 45º со стороны входа и выхода инструмента, что обеспечит плав-

ное врезание резца в заготовку и предотвратит скалывание края обработан-

ной поверхности при выходе резца. Обрабатываемые поверхности должны обеспечить свободный выход резца в конце рабочего хода. При наличии в направлении главного движения уступов, необходимо предусматривать раз-

делительную канавку для выхода инструмента. Ширина канавки: для попе-

речно-строгальных станков, 10…15мм; для продольно-строгальных станков, 30…40 мм. При строгании поверхностей расположенных под углом друг к другу, необходимо предусматривать разделительную канавку для выхода ин-

струмента и правильной дальнейшей сборки сопрягаемых деталей в узле.

Строгание узких длинных поверхностей необходимо проводить в продоль-

ном направлении, так как строгание в поперечном направлении с большим числом двойных ходов в минуту приведет к значительным вибрациям техно-

логической системы Нецелесообразно строгать ребристые, прерывистые по-

верхности, так как это вызовет значительные вибрации технологической сис-

темы. При необходимости обработки таких поверхностей их строгают по длине ребра. При строгании деталей малой жесткости (например: коробчатые конструкции с тонкими стенками) необходимо, для повышения их прочно-

сти, предусматривать ребра жесткости. Следует избегать строгания поверх-

ностей, расположенных в углубления. Пазы, обрабатываемые строганием на проход, должны быть открытыми. Ширина обрабатываемого паза должна обеспечивать размещение строгального резца. Желательно пазы выполнять сборными. Желательно, чтобы шпоночные пазы, обрабатываемые долблени-

243

ем, были открытыми. При долблении несквозных шпоночных пазов необхо-

димо предусматривать кольцевые канавки для выхода инструмента. Нецеле-

сообразно обрабатывать долблением длинные поверхности, так как потребу-

ются резцы с большим вылетом, что приведет к значительным деформациям и разрушению резца.

Деталь, обрабатываемая сверлением, должна удовлетворять следую-

щим технологическим требованиям. Поверхность, на которой надо просвер-

лить отверстие должна быть перпендикулярной к оси отверстия. В против-

ном случае возможна поломка сверла. С этой целью, у литых деталей преду-

сматриваются специальные плоскости перпендикулярные оси отверстия. У

заготовок, полученных методами ОМД, фрезеруют аналогичные уступы. При конструктивной невозможности выполнения этого требования требуется применение специальных, направляющих кондукторных втулок. Высокоточ-

ные отверстия желательно выполнять сквозными, а не глухими. Если требу-

ется глухое точное отверстие, то лучше сверлить сквозное, и заглушить его пробкой. Глубокие сквозные отверстия желательно заменить на два неглубо-

ких, расположенных оппозитно, что позволит сверлить их одновременно с двух сторон. Гладкие глубокие отверстия желательно заменять на ступенча-

тые с постепенным уменьшением диаметра. Желательно не использовать от-

верстия с пересекающимися осями или с совпадением части их образующей,

так как возможна поломка сверл. На заготовках формы тел вращения жела-

тельно предусматривать токарную обработку торцов вместо цекования каж-

дой торцевой поверхности бобышек.

Деталь, обрабатываемая фрезерованием, должна удовлетворять сле-

дующим технологическим требованиям. Фрезеруемые поверхности, лежащие в одной плоскости, должны располагаться на одной высоте, что позволяет обрабатывать их одной фрезой за один проход. При размещении поверхно-

стей на разных уровнях их придется фрезеровать в несколько проходов,

опуская или поднимая стол станка. При наличии нескольких рядом располо-

женных бобышек, желательно объединить их в одну плоскость, что позволит

244

уменьшить вибрации в технологической системе СПИД. Пазы и прорези це-

лесообразно обрабатывать дисковыми фрезами, так как обработка ими про-

изводительнее, чем концевыми. Радиус паза необходимо выбирать равным радиусу стандартной фрезы. Для повышения производительности обработки,

желательно фрезеровать несколько одинаковых заготовок одновременно. По-

этому вариант заготовок с односторонним выступом предпочтительнее вари-

анта заготовок с двусторонними выступами. Разрезные втулки желательно выполнять с плоскостями разъема, не проходящими через центр отверстия.

Ширина прорези должна быть равной ширине стандартной фрезы. Желатель-

но предусматривать равномерную ширину фрезерования по всей длине обра-

батываемой поверхности. Неравномерная ширина приведет к неравномерно-

сти сил резания, что скажется на размерной точности обработки и приведет к увеличению волнистости обработанной поверхности. При фрезеровании квадратов необходимо предусматривать канавку на выход фрезы. При отсут-

ствии канавки возможно фрезерование только концевой фрезой, что менее производительно и может привести к поломке фрезы. Диаметр прилегающей шейки вала должен быть меньше стороны квадрата. Наружные торцы кор-

пусных деталей легче фрезеровать, чем внутренние.

Зубчатые колеса, должны удовлетворять следующим технологическим требованиям. Несимметричное расположение элементов зубчатого колеса и резкие переходы приводят к повышенным деформациям зуба при термиче-

ской обработке. Термическая обработка колес с симметричными элементами значительно уменьшает деформацию зубьев. Нарезание колес с выступаю-

щими ступицами в пакете приведет к увеличению рабочего хода инструмен-

та. Колеса без выступающих ступиц позволяют обрабатывать их пакетом.

Зубчатые колеса с близко расположенным высоким буртиком можно обраба-

тывать только зубодолблением. Если буртик расположить ниже окружности впадин зубчатого венца, то его можно обрабатывать червячными фрезами,

круговыми протяжками. Многовенцовые зубчатые колеса с близкорасполо-

женными венцами, затруднительно обрабатывать современными высокопро-

245

ГЛАВА 7. ОБРАБОТКА ПОВЕРХНОСТИ ЗАГОТОВОК БЕЗ

СНЯТИЯ СТРУЖКИ

Обработка поверхностей заготовок без снятия стружки поверхностным пластическим деформированием (ППД) обеспечивает низкую шероховатость и необходимые физико–механические свойства поверхностей заготовок.

Уменьшение шероховатости сопровождается смятием выступов мик-

ронеровностей рис. 7.1, с одновременным упрочнением обработанной по-

верхности – наклепом. В результате наклепа повышаются все характеристики Рис. 7.1 Шероховатость поверхности после обра-

ботки резанием (а) и поверхностным пластическим деформированием (б).

сопротивления металла деформации, понижается его пластичность и увеличивается твердость. В ходе ППД

кристаллы вытягиваются в направлении деформации, образуется упорядо-

ченная структура (текстура) волокнистого характера. Упрочнение металла в незакаленных сталях происходит за счет структурных изменений и уменьше-

ния несовершенств (рыхлости, уменьшение дислокаций, дробление зерен).

При упрочнении закаленных сталей, кроме того, идет частичное превраще-

ние остаточного аустенита в мартенсит. Интенсивность наклепа тем выше,

чем мягче сталь. Наибольшее повышение твердости наблюдается в аустенит-

ных сталях, наименьшее – у сталей с избыточным ферритом. Поверхность,

обработанная ППД становится более долговечной и износостойкой.

Все методы ППД можно разделить на две основные группы: статиче-

ские и ударные. Особенностью статических методов является воздействие на обрабатываемую поверхность постоянной силой «Р» причем очаг деформа-

ции, возникающий от действия силы, последовательно перемещается по по-

верхности, подлежащей обработки. Инерционные силы не оказывают влия-

ния на процессы деформации. К данным методам относятся: выглаживание

(рис. 7.2, а), накатывание (рис. 7.2, б), а также однократное деформирование

247

обрабатываемой поверхности без перемещения очага деформирования (рис.

7.2, в). Для ударных методов (рис. 7.2, г) характерно многократное воздейст-

вие инструментом или рабочими телами на обрабатываемую поверхность,

при этом сила воздействия «Р» изменяется в течение каждого цикла от ми-

нимума до максимума. Если осуществляется локальное ударное воздействие,

то для обработки всей поверхности за-

готовки очаг деформации должен рав-

номерно перемещаться по ней.

Рис. 7.2. Основные группы мето-

дов ППД:

а, б, в – статические; г – ударные;

D – перемещение инструмента или за-

готовки; Р - сила воздействия.

ППД можно осуществлять специальным инструментом или рабочими телами, находящимися в рабочей среде. В качестве инструментов можно ис-

пользовать шарики и ролики с конструктивно определенными осями враще-

ния и без них, выглаживатели, протяжки с деформирующими элементами

(дорны), специальные бойки и чеканы, металлические щетки. Рабочими те-

лами могут быть: стандартная дробь, специальные шарики, изготовленные из металлов и других конструкционных материалов. В качестве рабочих сред при поверхностном деформировании используются жидкости, газы или их суспензии с частицами абразива.

Основные принципиальные схемы обработки поверхностным пласти-

ческим деформированием приведены на рис. 7.3, 7.4, 7.5.

Упрочняющее обкатывание (для наружных поверхностей) и раскаты-

вание (для внутренних поверхностей) характеризуются качением инструмен-

та (индентора) по обрабатываемой поверхности. Выглаживание характеризу-

ется скольжением инструмента по поверхности локально контактирующей с ним. Вибрационная обработка (накатывание и выглаживание) характеризует-

248

Ультразвуковая обработка характеризуется сложением постоянной си-

лы деформирование, приложенной к индентору с микроударами, возникаю-

щими за счет его ультразвуковых колебаний.

Рис. 7.5. Схемы ППД наружных поверхностей рабочими телами:

а - дробеструйная обработка; б - дробеметная обработка; в - вибраци-

онная ударная обработка; 1 – заготовка; 2 – дробь; 3 – струя газа или жидко-

сти; 4 – дробемет; 5 – вибростол.

Ударное раскатывание характеризуется ударным взаимодействием ро-

ликов с обрабатываемой поверхностью во время прохождения выступающих элементов опоры. Центробежная обработка характеризуется ударным взаи-

модействием роликов с обрабатываемой поверхностью под действием цен-

тробежной силы. Упрочняющая чеканка характеризуется ударным приложе-

нием деформирующей силы при возвратно – поступательном перемещении инструмента. Вибрационная ударная обработка характеризуется ударами ра-

бочих тел об обрабатываемую поверхность заготовки в замкнутом простран-

стве при вибрационном перемещении заготовки. Обработка механической щеткой характеризуется ударами концами проволоки вращающейся механи-

ческой щетки.

Если сравнить статические и ударные методы, близкие по приклады-

ваемым усилиям и кратности их приложения, то можно выявить следующие закономерности. Меньшую шероховатость поверхности с большой относи-

тельной опорной длиной профиля обеспечивают статические методы ППД.

Для достижения большей степени упрочнения, которая характеризуется по-

вышением микротвердости, значений сжимающих остаточных напряжений и

толщины упрочненного слоя, как правило, лучше применять ударные мето-

250