Часть 8 направляет развертку в отверстии и обеспечивает необходимую точ-

ность и шероховатость поверхности. По конструкции крепления развертки делят

на хвостовые (рис. 43 г, д) и насадные (рис.43 е).

Метчики применяют для нарезания внутренних резьб. Метчик представля-

ет собой винт с прорезанными прямыми или винтовыми канавками, образую-

щими режущие кромки (рис. 43 ж). Метчик состоит из режущей 9 и калибрую-

щей 10 частей. Профиль резьбы метчика должен соответствовать профилю на-

резаемой резьбы.

Обработка на фрезерных станках. Фрезерование – это метод обработки

заготовок, при котором инструмент (фреза) совершает непрерывное главное

вращательное движение, а заготовка – поступательное движение подачи. Отли-

чительная черта фрезерования – высокая производительность и разноплановая,

с точки зрения геометрических форм поверхностей, обработка.

Фреза представляет собой тело вращения, по периферии или на торце ко-

торого расположены режущие элементы – зубья фрезы. Каждый зуб можно

рассматривать как резец с присущими ему геометрическими и конструктивны-

ми параметрами, такими как передние и задние поверхности, главные и вспо-

могательные режущие кромки. Конструкция фрезы как многолезвийного инст-

румента предопределяет характер процесса резания, его прерывистость. Каж-

дый зуб находится в контакте с заготовкой только какую-то часть оборота.

Вследствие этого врезание фрезы в заготовку сопровождается ударами и при-

водит к неравномерности резания. Такой режим обработки вызывает вибрации,

повышенное изнашивание зубьев и отрицательно сказывается на точности об-

работки и шероховатости поверхности детали.

При цилиндрическом фрезеровании плоскостей работу резания выполняют зу-

бья, расположенные на цилиндрической поверхности фрезы. При торцевом

фрезеровании плоскостей в работе резания участвуют зубья, расположенные на

цилиндрической и торцевой поверхностях фрезы.

Цилиндрическое и торцевое фрезерование плоскостей в зависимости от

направлений вращения фрезы и подачи заготовки можно осуществлять двумя

способами:

–против подачи (встречное фрезерование), когда направление подачи про-

тивоположно направлению вращения фрезы; 149

–по подаче (попутное фрезерование), когда направления подачи и враще-

ния фрезы совпадают. На рис.44 показаны схемы фрезерования плоскости ци-

линдрической и торцевой фрезами.

Рис. 44 . Фрезерование: а – цилиндрической и б – торцевой фрезами:

1 – заготовка; 2 – фреза

При встречном фрезеровании (рис. 45 а) резание начинается в точке А, ко-

гда толщина срезаемого слоя α = 0, и заканчивается в точке В с наибольшей

толщиной срезаемого слоя αmах.

Рис.45 . Способы фрезерования: а – встречное; б – попутное

При этом нагрузка на зуб фрезы возрастает от нуля до максимума, а сила,

действующая на заготовку со стороны фрезы, стремится оторвать ее от стола,

что приводит к вибрациям и увеличению шероховатости обработанной поверх-

ности. Преимуществом этого метода является работа зубьев фрезы «из-под

корки», т. е. фреза подходит к твердому поверхностному слою снизу. Недоста-

ток – наличие начального скольжения зуба по наклепанной поверхности, обра-

зованной предыдущим зубом, что вызывает повышенный износ фрезы.

При попутном фрезеровании (рис.45 б) резание начинается в точке В с

наибольшей толщиной срезаемого слоя α mах и заканчивается в точке А с тол-

щиной срезаемого слоя α = 0. Нагрузка на зуб фрезы изменяется от максималь- 150

ной до нуля, а сила, действующая на заготовку, прижимает ее к столу станка,

что уменьшает вибрации. Попутное фрезерование исключает начальное про-

скальзывание зуба, износ фрезы и шероховатость обработанной поверхности.

Режим и силы резания при фрезеровании. При фрезеровании фреза, вра-

щаясь вокруг своей оси, образует тело вращения, режущие элементы которого

формируют ту или иную поверхность, снимая припуск. Режим резания при

фрезеровании характеризуют скорость резания v, подача Sпр, глубина резания t,

ширина фрезерования В (рис.46).

Рис.46 . Силы резания при работе цилиндрической фрезой:

а – с прямыми зубьями; б – с винтовыми зубьями

Скорость резания v, т. е. окружная скорость вращения фрезы, (м/мин)

равна v = πDn/1000, где D – диаметр фрезы, мм; n – частота ее вращения,

об/мин.

Подача – это величина перемещения обрабатываемой заготовки в минуту

(Sм, мм/мин), за время углового поворота фрезы на один зуб (Sz, мм/зуб) или за

время одного оборота фрезы (Sо, мм/об). Они связаны между собой следующей

зависимостью:

SM = Son = Szzn, где z – число зубьев фрезы.

Глубина резания t – кратчайшее расстояние между обрабатываемой и

обработанной поверхностями.

Ширину фрезеруемой поверхности В измеряют в направлении, параллель-

ном оси фрезы при цилиндрическом фрезеровании и перпендикулярном на-

правлению движения подачи при торцевом фрезеровании.

В процессе фрезерования каждый зуб фрезы преодолевает силу сопротив-

ления металла резанию. Фреза должна преодолеть суммарные силы резания,

которые складываются из сил, действующих на находящиеся в контакте с заго-

товкой зубья. При фрезеровании цилиндрической фрезой с прямыми зубьями

равнодействующую сил резания R, приложенную к фрезе в некоторой точке А,

можно разложить на окружную силу Р, касательную к траектории движения

точки режущей кромки, и радиальную силу Ру, направленную по радиусу. Силу

R можно также разложить на горизонтальную Ph и вертикальную Pv состав-

ляющие (рис. 46 а). У фрез с винтовыми зубьями в осевом направлении дейст-

вует осевая сила Р0 (рис.46 , б). Чем больше угол наклона винтовых канавок ω,

тем она больше. 151

При больших значениях силы Р0 применяют две фрезы с разными направ-

лениями наклона зубьев. В этом случае осевые силы направлены в разные сто-

роны и взаимно уравновешиваются.

По окружной силе Р определяют эффективную мощность и производят

расчет механизма коробки скоростей на прочность. Радиальная сила Pv дейст-

вует на опоры шпинделя станка и изгибает оправку, на которой крепят фрезу.

Горизонтальная сила Ph действует на механизм подачи станка и элементы креп-

ления заготовки, а осевая сила Р0 – на подшипники шпинделя станка и меха-

низм поперечной подачи стола. Вертикальная сила Pv является основой для

расчета механизма вертикальной подачи стола. В зависимости от способа фре-

зерования направление и уровень сил изменяются.

Цилиндрические и торцевые фрезы являются самыми распространенными из

большой группы фрезерных инструментов. Они могут быть цельными и сбор-

ными, со вставными ножами. Зубья фрезы могут быть мелкими (для чистовой и

получистовой обработки) и крупными (для черновых операций).

Показана цилиндрическая фреза с винтовыми зубьями на ( рис. 47 а).

Рис.47 . Элементы и геометрия фрезы, а – цилиндрическая фреза;

б – зуб торцевой фрезы; D – диаметр фрезы; L – ширина фрезы

Она состоит из корпуса 1 и режущих зубьев 2. Зуб фрезы имеет следующие

элементы: переднюю поверхность 3, заднюю поверхность 6, спинку зуба 7, лен-

точку 5 и режущую кромку 4. У цилиндрических фрез различают передний

угол γ, измеренный в плоскости А–А, перпендикулярной к главной режущей

кромке; главный задний угол α, измеренный в плоскости, перпендикулярной к

оси фрезы; угол наклона зубьев ω. Передний угол γ облегчает образование и

сход стружки. Главный задний угол α обеспечивает благоприятные условия пе-

ремещения задней поверхности зуба относительно поверхности резания и

уменьшает трение по этим поверхностям. Угол наклона зубьев ω обеспечивает

более равномерные условия резания по сравнению с прямым зубом и определя-

ет направление сходящей стружки.

Стандартные фрезы имеют следующие значения углов: γ = 15°; α =16°;

ω = 30–40°. У зуба торцевой фрезы (рис.47 б) режущий контур имеет более

сложную форму. Он состоит из главной режущей кромки 8, переходной кромки

9 и вспомогательной кромки 10. Зуб торцевой фрезы имеет главный угол в пла- 152

не φ, вспомогательный угол в плане φ1, и угол наклона переходной кромки φ0.

Чем меньше угол φ1, тем меньше шероховатость обработанной поверхности

(обычно он колеблется в пределах 5– 10°).

Фрезы различают по следующим параметрам:

– расположению зубьев на исходном цилиндре – торцевые, цилиндриче-

ские, трехсторонние;

– способу закрепления на станке – насадные, концевые;

– виду обрабатываемой поверхности – угловые, шпоночные, фасонные, для

Т-образных пазов, пазовые, отрезные, резьбовые, зуборезные;

– форме зуба – прямозубые, с винтовым зубом, с разнонаправленным зу-

бом;

– виду задней поверхности – острозаточенные, затылованные;

– материалу, из которого изготовлена режущая часть фрезы – из быстроре-

жущей стали, твердого сплава, керамики, синтетических твердых материалов;

– способу закрепления режущих зубьев – цельные, с напаянными пластин-

ками, с механическим креплением пластин;

– виду хвостовика для крепления фрезы в шпинделе – с цилиндрическим и

коническим хвостовиком;

– размеру зубьев – с мелкими и крупными зубьями.

На рис. 48 показаны основные виды фрез и схемы обработки.

Горизонтальные плоскости обрабатывают цилиндрическими (шириной до

120 мм) и торцевыми фрезами (рис. 48 а, б); вертикальные плоскости – торце-

выми (рис. 48 в) и концевыми (рис. 48 г); наклонные плоскости и скосы – тор-

цевыми (рис. 48 д), концевыми (рис. 48 е) и угловыми (рис. 48 ж). Комбиниро-

ванные поверхности – комбинированными фрезами (рис. 48 з). Для получения

пазов и уступов применяют дисковые (рис. 48 и), концевые (рис.48 к), фасон-

ные (рис.48 л), угловые (рис. 48 м) фрезы. Открытые пазы типа «ласточкин

хвост» и Т-образные пазы обрабатывают следующим образом: сначала проре-

зают паз прямоугольного профиля концевой фрезой, а затем обрабатывают его

концевой одноугловой (рис. 48 н) или Т-образной (рис. 48 о) фрезами. Шпо-

ночные пазы фрезеруют концевыми (рис. 48 п), шпоночными

(рис. 48 р) или дисковыми (рис. 48 с) фрезами. Фасонные поверхности обраба-

тываются фасонными фрезами (рис. 48 т).

Обработка на шлифовальных станках. Шлифование – процесс обработ-

ки металлов резанием при помощи абразивного инструмента с режущими эле-

ментами в виде зерен абразивных материалов, имеющих весьма высокую твер-

дость. Шлифование является чистовой, отделочной операцией, обеспечиваю-

щей высокую точность и малую шероховатость поверхности.

В ряде случаев оно применяется для обдирочных работ со снятием слоя до 6

мм. Шлифованием обрабатываются детали как из мягких, так и из твердых ма-

териалов. 153

Рис.48 . Виды фрез и схемы обработки фрезерованием

Режим резания при шлифовании. Шлифование можно рассматривать

как процесс суммарного микроцарапания и истирания обрабатываемого мате-

риала абразивными зернами. Процесс резания при этом осуществляется, как

правило, с большими отрицательными передними углами, что возможно лишь

при высокой твердости и теплостойкости абразивного материала. При высоких

скоростях шлифования (30 м/с и выше) интенсивное скольжение зерен по обра-

батываемому материалу перед их врезанием приводит к значительному мест- 154

ному разогреву материала (свыше 900 °С), повышению его пластичности и об-

легчению процесса смятия и среза

Шлифованием обрабатываются цилиндрические и конические, плоские и

фасонные поверхности, включая зубья зубчатых колес, резьбы и т. д.

Элементы срезаемого слоя при шлифовании относятся не к единичным

режущим зернам, а к их совокупности режущей поверхности абразивного инст-

румента. Основными элементами режима резания при шлифовании являются

окружная скорость круга VK, окружная скорость заготовки v3, глубина резания t

и подача S.

Скоростью резания при шлифовании VK (м/с) называют линейную скорость

на наибольшей окружности шлифовального круга VK = nDn, где D – диаметр

круга, м; п – частота вращения, об/с.

Скоростью перемещения заготовки v3 при плоском шлифовании называют

скорость перемещения стола, а при круглом шлифовании – окружную скорость

заготовки.

Поперечной подачей при плоском шлифовании называют перемещение

точки круга вдоль оси за один оборот, а продольной подачей при круглом – ее

перемещение за двойной ход заготовки.

Глубиной резания t при шлифовании называют слой металла между обра-

ботанной и обрабатываемой поверхностью, снимаемый за один рабочий ход.

В зависимости от технологических параметров обработки, материала заго-

товки и оборудования можно с помощью справочных данных назначить ок-

ружную скорость шлифовального круга, глубину срезаемого слоя и подачу.

Шлифовальные станки. Шлифовальные станки подразделяются на не-

сколько типов, из которых наиболее распространены плоскошлифовальные,

круглошлифовальные, внутришлифовальные, бесцентрово-шлифовальные и за-

точные.

Плоскошлифовальный станок с прямоугольным столом состоит из стани-

ны, стола, стойки, шлифовальной бабки и привода стола . У другого типа стан-

ков вместо возвратно-поступательного стол совершает вращательное движение.

В этом случае его выполняют круглым с вертикальной осью вращения. Компо-

новка такого станка предусматривает вертикальное расположение оси шлифо-

вального круга. При плоском шлифовании периферией круга обеспечивается

наиболее высокая точность обработки, возможна обработка заготовок малой

жесткости.

Наибольшее применение нашли четыре метода плоского шлифования

(рис.49). Обработку шлифованием проводят периферией и торцевой поверхно-

стью круга. Заготовки 2 закрепляют на прямоугольных или круглых столах с

помощью магнитных плит или в зажимных приспособлениях. Возможно закре-

пление одной или нескольких заготовок одновременно.

Прямоугольные столы совершают возвратно-поступательные движения,

обеспечивая продольную подачу. Подача круга на глубину резания осуществ-

ляется в крайних положениях стола. Поперечная подача необходима в тех слу-

чаях, когда ширина круга меньше ширины заготовки. 155

Круглые столы совершают вращательное движение, обеспечивая круговую

подачу. Остальные движения аналогичны движениями при шлифовании на

прямоугольных столах. Более производительно шлифование торцом круга, так

как одновременно в работе участвует большее число абразивных зерен.

На круглошлифовальных станках обрабатывают наружные поверхности

заготовок типа тел вращения с прямолинейными образующими.

Рис.49 . Схемы плоского шлифования:

а, в – периферией круга; б, г – торцом круга

Круглошлифовальный станок (рис. 50) состоит из станины 1, стола 2, пе-

редней бабки 3 с коробкой скоростей, шлифовальной бабки 4, задней бабки 5,

привода стола 6. Эти станки подразделяются на простые, универсальные и

врезные. На универсальных станках каждую из бабок можно повернуть на оп-

ределенный угол вокруг вертикальной оси. Простые станки снабжены непово-

ротными бабками. У врезных станков отсутствует продольная подача стола, и

процесс шлифования ведется по всей длине заготовки широким абразивным

кругом с поперечной подачей.

При наружном круглом шлифовании возвратно-поступательное движение

продольной подачи осуществляется столом с закрепленной на ней заготовкой.

Круговое движение подачи заготовки производится передней бабкой шлифо-

вального станка, а поперечное движение подачи шлифовальным кругом осуще- 156

ствляется вне зоны обработки на каждый ход стола. Такой способ круглого

шлифования называют осциллирующим шлифованием.

Рис. 50 Круглошлифовальный станок

Круглое шлифование цилиндрических поверхностей осуществляется по

следующим схемам. При шлифовании с продольной подачей (рис. 51 а) заготов-

ка вращается равномерно Sкр и совершает возвратно-поступательное движение

Snp. В конце каждого хода заготовки шлифовальный круг перемещается на Snon ,

и при следующем ходе срезается новый слой металла, пока не будет достигнут

необходимый размер детали.

Врезное шлифование (рис. 51 б) применяют при обработке жестких загото-

вок, когда ширина шлифуемого участка меньше ширины шлифовального круга.

Круг перемещается с постоянной подачей Sn до достижения необходимого раз-

мера детали. Такая схема используется при шлифовании фасонных поверхно-

стей и кольцевых канавок. В этом случае шлифовальный круг заправляют в со-

ответствии с формой поверхности или канавки.

Глубинным шлифованием (рис. 51 в) за один проход снимают слой мате-

риала на всю необходимую глубину. На шлифовальном круге делают кониче-

ский участок длиной 8–12 мм. В ходе шлифования конический участок удаляет

основную часть срезаемого слоя, а цилиндрический зачищает обработанную

поверхность. Поперечная подача отсутствует.

В тех случаях, когда необходимо обеспечить правильное взаимное распо-

ложение цилиндрических и плоских (торцевых) поверхностей, шлифовальный

круг заправляют по схеме рис. 51 г и поворачивают на определенный угол.

Шлифуют коническими участками круга. Цилиндрическую поверхность шли-

фуют с продольной подачей Snp и периодической подачей Snon на глубину реза-

ния.

На круглошлифовальных станках возможна также обработка конических

поверхностей путем поворота стола или передней бабки. 157

Рис. 51. Схемы обработки на круглошлифовальных станках:

a – с продольной подачей заготовки; б – врезное шлифование;

в – глубинное шлифование; г – шлифование двух взаимно перпендикулярных

плоскостей; д – внутреннее шлифование

Внутренним круглым шлифованием (рис. 51 д) обрабатывают внутренние

поверхности сквозные и глухие, конические и фасонные отверстия. Диаметр

шлифовального круга составляет 0,1–0,9 диаметра шлифуемого отверстия.

Шлифовальному кругу сообщается высокая частота вращения, и она тем выше,

чем меньше диаметр круга. Обработка производится с продольной подачей,

врезанием и шлифованием с планетарным движением круга. При планетарном

движении шпиндель с кругом помимо главного движения совершает еще вра-

щательное движение относительно оси обрабатываемого отверстия. Этот метод

применяется при шлифовании заготовок больших размеров при обработке

внутренних фасонных и торцевых поверхностей. Внутренние фасонные по-

верхности шлифуют специально заправленным кругом методом врезания.

Процесс шлифования на бесцентрово-шлифовальных станках характери-

зуется высокой производительностью. Заготовки обрабатывают в незакреплен-

ном состоянии, и в них не делают центровых отверстий.

На станине 1 бесцентрово-шлифовального станка (рис. 52) установлены

два круга: шлифующий – на бабке 2 и ведущий – на бабке 4. Каждый из кругов

подвергается периодической правке с помощью механизмов 3 и 5. Заготовка

вращается на ноже 6 и одновременно контактирует с обоими кругами. Чтобы 158

заготовка перемещалась по ножу в продольном направлении, бабку ведущего

круга поворачивают на небольшой угол.

Рис. 52. Бесцентрово-шлифовальный станок

Заготовку 3 (рис.52) устанавливают на нож 2 между двумя кругами – ра-

бочим 1 и ведущим 4. Эти круги вращаются в одном направлении, но с разны-

ми скоростями. Трение между ведущим кругом и заготовкой больше, чем меж-

ду ней и рабочим кругом. Вследствие этого заготовка увлекается во вращение

со скоростью, близкой к окружной скорости ведущего круга.

Рис. 53 . Схемы обработки на бесцентрово-шлифовальных станках:

а – наружных поверхностей; б – ступенчатой формы

Перед шлифованием ведущий круг устанавливают наклонно под углом

θ 1–7° к оси вращения заготовки. Вектор скорости этого круга vв.к (рис. 53 а)

разлагается на составляющие, в результате чего обеспечивается продольная по-

дача Snp. Поэтому заготовка перемещается по ножу вдоль своей оси и может

быть прошлифована на всю длину. Чем больше угол θ, тем больше подача. Та-

кие станки легко автоматизировать, установив наклонный лоток, по которому

заготовки будут сползать на нож, проходить процесс шлифования и падать в

тару. Заготовки ступенчатой формы или с фасонными поверхностями шлифуют 159

методом врезания (рис. 53 б). Перед шлифованием ведущий круг отводят в сто-

рону, заготовку кладут на нож и затем поджимают ее ведущим кругом и обра-

батывают с поперечной подачей Sпоп до получения необходимого размера дета-

ли. После шлифования обработанная деталь удаляется из зоны резания вытал-

кивателем.

Лекция 25. Особенности обработки заготовок электрофизическими

и электрохимическими методами

Для облегчения обработки резанием некоторых конструкционных мате-

риалов были разработаны высокоэффективные электрофизические и электро-

химические методы обработки. К труднообрабатываемым материалам относят-

ся: высоколегированные стали аустенитного класса, жаро- и кислотностойкие,

специальные никелеферритные и никелевые стали, тугоплавкие сплавы, компо-

зиционные материалы, неметаллические материалы (алмазы, рубины, герма-

ний, кремний и т. п.).

При электрофизических и электрохимических методах обработки меха-

нические нагрузки либо отсутствуют, либо настолько малы, что практически не

влияют на суммарную погрешность обработки. Эти методы позволяют изме-

нять форму обрабатываемой поверхности заготовки, а также состояние поверх-

ностного слоя. Так, например, в некоторых случаях наклеп обработанной по-

верхности не образуется, дефектный слой незначителен, удаляются прижоги

поверхности, полученные при шлифовании, повышаются износостойкость,

коррозионная стойкость, прочность и другие эксплуатационные характеристи-

ки поверхностей деталей.

Кинематика формообразования поверхностей деталей электрофизически-

ми и электрохимическими методами обработки, как правило, обеспечивает

точное регулирование процессов и их автоматизацию. На обрабатываемость за-

готовок такими методами (за исключением ультразвуковой и некоторых других

видов обработки) не влияют твердость и вязкость материала заготовки.

Технологическое оборудование для осуществления электрофизических и

электрохимических методов обработки, так же как и металлорежущие станки,

оснащают системами ЧПУ.

Электрофизическая обработка. Электроэрозионная обработка.

Электроэрозионная обработка заготовок основана на явлении эрозии (разруше-

ния) электродов из токопроводящих материалов при пропускании между ними

импульсного электрического тока. Разряд между электродами происходит в га-

зовой среде или при заполнении межэлектродного промежутка диэлектриче-

ской жидкостью – керосином, минеральным маслом. В жидкой среде эрозия

происходит более интенсивно. При наличии разности потенциалов на электро-

дах происходит ионизация межэлектродного пространства. Когда разность по-

тенциалов достигает определенного значения, в среде между электродами обра-

зуется канал проводимости, по которому передается электрическая энергия в

виде импульсного искрового или дугового разряда. При высокой концентрации,

реализуемой за 10–5

– 10–8

с, мгновенная плотность тока в канале проводимости 160

достигает 8000 – 10 000 А/мм2

, в результате чего температура на поверхности

обрабатываемой заготовки-электрода возрастает до 10 000 – 12 000 °С. Благо-

даря кратковременности процесса теплота не может распространиться по объе-

му электрода, а потому происходит мгновенное оплавление и испарение эле-

ментарного объема металла анода, и на его поверхности образуется лунка.

Следующий импульс тока пробивает межэлектродный промежуток там,

где расстояние между электродами наименьшее. Эрозия продолжается до тех

пор, пока не будет удален весь металл, расположенный между электродами на

расстоянии, при котором возможен электрический пробой при заданном на-

пряжении импульса. Для продолжения процесса необходимо сблизить электро-

ды. В электроэрозионных станках используют специальные следящие системы,

постоянно контролирующие ширину межэлектродного промежутка и автома-

тически поддерживающие ее такой, чтобы обработка не прекращалась.

Кроме теплового воздействия, при электроэрозионных процессах обра-

ботки на материал электрода-заготовки действуют электродинамические и

электростатические силы, а также давление жидкости вследствие кавитации,

сопровождающей процесс импульсных разрядов. Совокупность силовых и теп-

ловых факторов приводит к разрушению металла и формообразованию поверх-

ности обрабатываемой заготовки-электрода. Разновидностями электроэрозион-

ной обработки являются электроискровая, электроимпульсная, высокочастот-

ная электроискровая и электроконтактная обработка.

Электроискровая обработка основана на использовании импульсного ис-

крового разряда между двумя электродами, один из которых является обраба-

тываемой заготовкой (анод), а другой – инструментом (катод).

В качестве источников импульсов используют электронные, тиратронные, лам-

повые и транзисторные генераторы. В зависимости от энергии, реализуемой в

импульсе, режим обработки делят на жесткий или средний (для предваритель-

ной обработки) и мягкий или особо мягкий (для отделочной обработки).

Обработку ведут в ваннах, заполненных диэлектрической жидкостью.

Наличие этой жидкости предотвращает нагрев электродов (инструмента и заго-

товки), вызывает охлаждение продуктов разрушения, уменьшение боковых раз-

рядов между инструментом и заготовкой, что повышает точность обработки.

Для обеспечения непрерывности обработки необходимо, чтобы ширина зазора

между электродом-инструментом и заготовкой была постоянной. Для этого

электроискровые станки снабжают следящей системой и механизмом автома-

тического движения подачи инструмента. Подача зависит от режима обработки.

Этот метод используют для обработки заготовок из всех токопроводящих мате-

риалов. Наиболее целесообразно обрабатывать заготовки из твердых сплавов,

тантала, вольфрама, молибдена, труднообрабатываемых материалов и их спла-

вов. Электроискровую обработку широко применяют для изготовления штам-

пов, пресс-форм, фильер, режущего инструмента, деталей двигателей внутрен-

него сгорания, сеток.

Зависимость интенсивности эрозии от физико-механических свойств ме-

таллов называют электроэрозионной обрабатываемостью. Если принять элек- 161

троэрозионную обрабатываемость стали за единицу, то для других металлов

она может быть выражена в следующих относительных единицах: вольфрам –

0,3; твердые сплавы – 0,5; титан – 0,6; никель – 0,8; медь – 1,1; латунь – 1,6;

алюминий – 4,0; магний – 6,0.

Из электроэрозионных станков с системами ЧПУ наибольшее распро-

странение в промышленности получили координатно-прошивочные, копиро-

вально-вырезные и универсальные копировально-прошивочные.

Координатно-прошивочные станки с ЧПУ (рис. 54) позволяют автомати-

чески по заданной программе устанавливать (позиционировать) заготовку от-

носительно инструмента в необходимое положение. Обработку ведут профили-

рованным инструментом. Во время обработки заготовка неподвижна.

Копировально-вырезные станки имеют контурную систему ЧПУ. Обра-

ботку ведут непрофилированным инструментом – проволокой (рис. ). Приме-

няют медную, латунную, вольфрамовую, молибденовую проволоку диаметром

0,02–0,3 мм. Программное устройство для станков должно обеспечивать регу-

лирование не только движений формообразования, но и технологического ре-

жима (напряжения на искровом промежутке). Особенность вырезки состоит в

наличии переменной эквидистанты, зависящей от ширины прорезаемого паза.

Следовательно, устройства ЧПУ станков должны обеспечивать коррекцию эк-

видистанты.

Рис. 54 . Электроискровой координатно-прошивной ставок с ЧПУ:

1 – блок управления системы ЧПУ; 2 – станок; 3 – электропульт;

4 – блок электропитания станка

В универсальных копировально-прошивочных электроэрозионных стан-

ках используют две системы ЧПУ: систему адаптивного управления с предва-

рительным набором координат и режимов по программе и систему адаптивно-

программного управления по трем координатным осям. В станках этого типа

системы ЧПУ обеспечивают планетарное движение заготовки в следящем ре- 162

жиме, автоматическое позиционирование заготовки и автоматическую смену

инструмента.

Электроимпульсная обработка. При этом методе обработки использу-

ют электрические импульсы большой длительности (500–10 000 мкс), в резуль-

тате чего происходит дуговой разряд. Большие мощности импульсов, получае-

мых от электронных генераторов, обеспечивают высокую производительность

обработки. Применение генераторов и графитовых электродов, а также обрат-

ной полярности позволило уменьшить разрушение электродов.

Электроимпульсную обработку наиболее целесообразно применять при

предварительной обработке штампов, турбинных лопаток, твердосплавных де-

талей, фасонных отверстий в деталях из коррозионно-стойких и жаропрочных

сплавов.

В станках для электроимпульсной обработки широко используют различ-

ные системы программного управления, особенно в тех случаях, когда для об-

работки заготовки необходимо иметь два движения подачи и более. Конструк-

ция станков с чувствительными системами позволяет изготовлять детали слож-

ной геометрической формы с высокой точностью. Приборы автоматического

переключения на разные подачу и глубину резания, управляемые системой

ЧПУ, обеспечивают оптимальное использование электроэрозионных станков,

так как в процессе обработки режим работы согласуется с технологическими

требованиями к деталям. Применяемые адаптивные системы ПУ позволяют

своевременно определять отклонения параметров в ходе обработки и устранять

их. Изменения параметров обработки вносятся в устройства, формирующие

сигнал коррекции. Использование программного управления перемещениями

заготовки относительно инструмента позволяет с помощью простых электродов

изготовлять детали сложной геометрической формы, в частности, полости

штампов.

Электроконтактная обработка основана на локальном нагреве заго-

товки в месте ее контакта с электродом-инструментом и удалении размягченно-

го или даже расплавленного металла из зоны обработки механическим спосо-

бом при относительных движениях заготовки и инструмента. Источником об-

разования теплоты в зоне обработки являются импульсные дуговые разряды.

Электроконтактную обработку оплавлением рекомендуют для обработки круп-

ных деталей машин из углеродистых и легированных сталей, чугунов, цветных

сплавов, тугоплавких и специальных сплавов.

Электроконтактную обработку применяют при зачистке отливок, проката

из спецсплавов, черновом круглом наружном, внутреннем и плоском шлифова-

нии корпусных заготовок деталей машин из труднообрабатываемых сплавов,

шлифовании заготовок из труднообрабатываемых сплавов, шлифовании с од-

новременной поверхностной закалкой деталей из углеродистых сталей, при об-

работке металлических конструкций, прошивании отверстий. Электроконтакт-

ная обработка не обеспечивает высокой точности и качества поверхности, но 163

дает высокую производительность съема металла вследствие использования

больших электрических мощностей.

Электрохимическая обработка. Электрохимическая обработка основана

на явлении анодного растворения, происходящего при электролизе. При про-

хождении постоянного электрического тока через электролит на поверхности

заготовки, включенной в электрическую цепь и являющейся анодом, происхо-

дят химические реакции, и поверхностный слой металла превращается в хими-

ческое соединение. Продукты электролиза переходят в раствор или удаляются

механическим способом. Производительность электрохимической обработки

зависит главным образом от электрохимических свойств электролита, обраба-

тываемого токопроводящего материала и плотности тока. Разновидностями

электрохимической обработки являются полирование, размерная обработка

и т. д.

Электрохимическое полирование осуществляют в ванне, заполненной

электролитом. В зависимости от материала обрабатываемой заготовки электро-

литом служат растворы кислот или щелочей. Обрабатываемую заготовку под-

ключают к аноду, вторым электродом-катодом служит металлическая пластина

из свинца, меди, стали и т. п. Для интенсификации процесса обработки элек-

тролит подогревают до температуры плюс 40 – 80 ºС. При подаче напряжения

на электроды начинается растворение материала заготовки-анода. Растворение

происходит главным образом на выступах микронеровностей поверхности

вследствие более высокой плотности тока на их вершинах.

Кроме того, впадины между микровыступами заполняются продуктами

растворения: оксидами или солями, имеющими пониженную проводимость.

В результате избирательного растворения, т. е. растворения выступов, проис-

ходит сглаживание микронеровностей обрабатываемой поверхности, и поверх-

ность приобретает металлический блеск. Электрохимическое полирование

улучшает физико-механические характеристики деталей, так как уменьшаются

размеры микротрещин. Обработанные поверхности не имеют деформированно-

го поверхностного слоя, отсутствуют наклеп и термические изменения струк-

туры, повышается коррозионная стойкость.

Электрохимическое полирование применяют для получения поверхностей

деталей под гальванические покрытия, доводки рабочих поверхностей режуще-

го инструмента, изготовления тонких лент и фольги, очистки и декоративной

отделки поверхностей деталей.

Электрохимическая размерная обработка. Ее особенностью является то,

что она происходит в струе электролита, прокачиваемого под давлением через

межэлектродный промежуток, образуемый обрабатываемой заготовкой-анодом

и инструментом-катодом (рис. 55). Струя электролита, непрерывно подаваемо-

го в межэлектродный промежуток, растворяет образующиеся на аноде-

заготовке продукты анодного растворения (соли) и удаляет их из зоны обработ-

ки. При этом способе одновременно обрабатывается вся поверхность заготовки, 164

находящаяся под активным воздействием катода, что обеспечивает высокую

производительность процесса. Участки заготовки, не требующие обработки,

изолируют. Инструменту придают форму, обратную форме обрабатываемой

поверхности. Формообразование поверхности происходит по методу отражения

(копирования), при котором отсутствует износ инструмента, так как им являет-

ся струя электролита.

Схемы размерной электрохимической обработки поверхностей заготовок

показаны на рис. 55.

Рис. 55. Схема последовательного а, б, в – формообразования поверхности заготовок:

1 – электрод-инструмент; 2 – струя проточного электролита; 3 – электрод-заготовка

Многие модели станков для электрохимической обработки снабжены

системами ЧПУ, обеспечивающими высокую точность и производительность

обработки заготовок.

Для повышения точности обрабатываемой поверхности заготовки целе-

сообразно применять импульсное рабочее напряжение. Точность обработки

значительно повышается при уменьшении ширины рабочего зазора между заго-

товкой и инструментом. Для контроля ширины зазора в станках для электрохи-

мической обработки в следящую систему встраивают высокочувствительные

элементы.

Этот способ рекомендуют для обработки заготовок из труднообрабаты-

ваемых материалов. При обработке отсутствуют давление инструмента на заго-

товку и силы резания, что позволяет обрабатывать нежесткие тонкостенные де-

тали, обеспечивая высокие точность и качество обработанных поверхностей.

Электроабразивная и электроалмазная обработка. Особенность со-

стоит в том, что инструментом-электродом является шлифовальный круг, вы-

полненный из абразивного материала на электропроводящей связке (бакелито-

вая связка с графитовым наполнителем). Между анодом-заготовкой и катодом-

шлифовальным кругом имеется межэлектродный зазор вследствие наличия зе-

рен, выступающих из связки. В зазор подается электролит. Продукты анодного

растворения материала заготовки удаляются абразивными зернами, для чего

шлифовальный круг имеет вращательное движение, а заготовка – движение по-

дачи, т. е. движения, соответствующие процессу механического шлифования.

в 165

Введение в зону резания ультразвука повышает производительность элек-

трохимического абразивного и алмазного шлифования в 2–2,5 раза при одно-

временном значительном увеличении качества обработанной поверхности.

Электроабразивную и электроалмазную обработку используют как отделочную

обработку заготовок из труднообрабатываемых материалов, а также нежестких

заготовок, так как силы резания здесь незначительны. Кроме того, при этих

способах обработки прижоги обрабатываемой поверхности практически полно-

стью исключены.

Отделочную обработку поверхностей заготовок можно выполнять электро-

химическим хонингованием (рис. 56 ).

Рис. 56 . Схема электрохимической размерной обработки заготовок:

а – турбинной лопатки; б – полости штампа; в – цилиндрического отверстия

полым электродом

.

Кинематика процесса идентична кинематике хонингования абразивными

головками. Различие состоит в том, что обрабатываемую заготовку устанавли-

вают в ванну, заполненную электролитом, и подключают к аноду, а хонинго-

вальную головку – к катоду. Вместо абразивных брусков в головке установле-

ны деревянные или пластмассовые бруски. Продукты анодного растворения

удаляются с обрабатываемой поверхности заготовки брусками при вращатель-

ном и возвратно-поступательном движениях хонинговальной головки. Чтобы

продукты анодного растворения удалялись более активно, в электролит добав-

ляют абразивные материалы. После того как удаление припуска с обрабатывае-

мой поверхности закончено, осуществляется выхаживание поверхности при

выключенном электрическом токе для полного удаления анодной пленки с об-

работанной поверхности. Электрохимическое хонингование обеспечивает бо-

лее низкую шероховатость поверхности, чем хонингование абразивными бру-

сками. Поверхность приобретает зеркальный блеск. Производительность элек-

трохимического хонингования в 4 – 5 раз выше, чем производительность меха-

нического хонингования.

б 166

Анодно-механическая обработка. Анодно-механическая обработка осно-

вана на сочетании электротермических и электромеханических процессов. Об-

рабатываемую заготовку подключают к аноду, а инструмент – к катоду.

В зависимости от характера обработки и вида обрабатываемой поверхности в

качестве инструмента используют металлические диски, цилиндры, ленты,

проволоку. Обработку ведут в среде электролита (чаще всего водный раствор

жидкого натриевого стекла). Заготовка и инструмент совершают такие же дви-

жения, как при обычных методах обработки резанием (рис. 57). Электролит по-

дают в зону обработки через сопло.

При пропускании через раствор электролита постоянного электрического

тока происходит анодное растворение, характерное для электрохимической об-

работки. При соприкосновении инструмента-катода с микронеровностями обра-

батываемой поверхности заготовки-анода происходит процесс электроэрозии,

характерный для электроискровой обработки. Кроме того, при пропускании

электрического тока разогревается заготовка в точке контакта ее с инструмен-

том, как при электроконтактной обработке, и материал обрабатываемой заготов-

ки размягчается. Продукты электроэрозии и анодного растворения удаляются из

зоны обработки при относительных движениях инструмента и заготовки.

Анодно-механическим способом обрабатывают заготовки из всех токопро-

водящих материалов, высокопрочных и труднообрабатываемых металлов и

сплавов, твердых сплавов, вязких материалов. В станках для анодно-

механической обработки используют системы ЧПУ.

Рис.57 . Схема анодно-механической обработки:

а – резка заготовок на части; прорезание пазов и щелей; б – точение поверхностей тел

вращения; в – шлифование поверхностей, имеющих форму тел вращения

По программе осуществляется управление скоростями движений заготовки

и инструмента, поддерживается постоянной ширина зазора в рабочем простран-

стве между ними, задаются параметры электрического режима при переходе с

черновой обработки на чистовую.

Ультразвуковая обработка. Ультразвуковая обработка материала являет-

ся разновидностью механической обработки. Она основана на разрушении об-

рабатываемого материала абразивными зернами под действием инструмента,

колеблющегося с ультразвуковой частотой. Источником энергии служат ульт- 167

развуковые генераторы тока с частотой 1630 кГц. Инструмент получает коле-

бания от ультразвукового преобразователя с сердечником из магнитострикци-

онного материала. Эффектом магнитострикции обладают никель, железонике-

левые сплавы (пермендюр), железоалюминиевые сплавы (альфер), ферриты.

В сердечнике из магнитострикционного материала при наличии электро-

магнитного поля домены разворачиваются в направлении магнитных силовых

линий, что вызывает изменение размера поперечного сечения сердечника и его

длины. В переменном магнитном поле частота изменения длины сердечника

равна частоте колебаний тока. При совпадении частоты колебаний тока с соб-

ственной частотой колебаний сердечника наступает резонанс, и амплитуда ко-

лебаний торца сердечника достигает 2 – 5 мкм. Для увеличения амплитуды ко-

лебаний на сердечнике закрепляют резонансный волновод переменного попе-

речного сечения, что увеличивает амплитуду колебаний до 10 – 60 мкм. На

волноводе закрепляют рабочий инструмент-пуансон. Под пуансоном-

инструментом устанавливают заготовку и в зону обработки поливом или под

давлением подают абразивную суспензию, состоящую из воды и абразивного

материала. Из абразивных материалов используют карбид бора, карбид крем-

ния, электрокорунд.

Наибольшей производительности достигают при использовании карбидов

бора. Инструмент поджимают к заготовке с силой 1 – 60 Н.

Обработка заключается в том, что инструмент, колеблющийся с ультразву-

ковой частотой, ударяет по зернам абразива, лежащим на обрабатываемой по-

верхности, зерна скалывают частицы материала заготовки.

На станке заготовку помещают в ванну под инструментом-пуансоном. Ин-

струмент установлен на волноводе, который закреплен в магнитострикционном

сердечнике, смонтированном в кожухе, сквозь который прокачивают воду для

охлаждения сердечника. Для возбуждения колебаний сердечника магнитост-

рикционного преобразователя служит генератор ультразвуковой частоты и ис-

точник постоянного тока.

Абразивную суспензию подают под давлением по патрубку насосом из ре-

зервуара. Прокачивание суспензии насосом исключает оседание абразивного

порошка на дне ванны и обеспечивает подачу в зону обработки абразивного

материала.

Ультразвуковым методом обрабатывают заготовки из хрупких твердых ма-

териалов: стекла, керамики, ферритов, кремния, кварца, драгоценных минера-

лов, алмазов.

Метод используют для профилирования наружных поверхностей, гравиро-

вания, изготовления деталей сложной формы (рис. 58). Движениями подачи для

указанных видов обработки являются движения: вертикальной подачи инстру-

мента DSB при обработке отверстий и полостей, продольной подачи заготовки

Ds при разрезании ее на части, продольной и поперечной подач заготовки при

разрезании ее по сложному контуру. Для управления движениями заготовки и

движением вертикальной подачи инструмента используют системы программ-

ного управления. Точность размеров и шероховатость поверхностей деталей,

обработанных ультразвуковым способом, зависят от размера используемых аб- 168

разивных зерен и соответствуют точности и шероховатости поверхностей дета-

лей, обработанных шлифованием.

а б в г

Рис. 58 . Схема ультразвуковой обработки:

а, б – сквозных и глухих отверстий с любым поперечным сечением;

в – фасонных полостей; г – резка заготовок на части

Лучевая обработка. Электронно-лучевая обработка основана на превра-

щении кинетической энергии пучка электронов в тепловую. Высокая плотность

энергии сфокусированного электронного луча позволяет осуществлять размер-

ную обработку заготовок вследствие расплавления и испарения материала с уз-

колокального участка.

Поток электронов, получаемый вследствие электронной эмиссии вольфра-

мового катода электронной пушки, ускоряется напряжением, приложенным

между катодом и анодом, и фокусируется магнитными линзами. Стигматор

придает лучу круглую форму, а перемещение луча по поверхности заготовки

осуществляется отклоняющей системой, которая может управляться системой

программного управления.

Система ПУ также управляет продольными и поперечными перемеще-

ниями стола, на котором закреплена заготовка, продолжительностью импуль-

сов и интервалами между ними. При размерной обработке заготовок установка

работает в импульсном режиме, что обеспечивает локальный нагрев заготовки.

В зоне обработки температура достигает 6000ºС, а на расстоянии

1 мкм от кромки луча она не превышает 300 °С. Продолжительность импульсов

и интервалы между ними подбирают так, чтобы за один цикл успел нагреться и

испариться металл только под лучом, а теплота не успела распространиться по

объему заготовки. Длительность импульсов 10–4

–10–6

с, а частота импульсов

50 – 6000 Гц. Диаметр сфокусированного электронного луча составляет не-

сколько микрометров.

Электронно-лучевая обработка наиболее перспективна для получения от-

верстий диаметром 1 – 10 мкм, при прорезании пазов, резки заготовок, изготов-

ления тонких сеток из фольги и т. д. Обработке подвергают заготовки из труд-

нообрабатываемых металлов и сплавов (тантала, вольфрама, циркония, корро-

зионно-стойких сталей), а также из неметаллических материалов (рубинов, ке- 169

рамики, кварца). Высокая чистота окружающей среды позволяет обрабатывать

заготовки из легкоокисляющихся активных материалов. Электронным лучом

можно наносить покрытия на поверхности заготовок в виде пленок, толщиной

от нескольких микрометров до десятых долей миллиметра. Недостатком обра-

ботки является то, что она возможна только в вакууме.

Светолучевая (лазерная) обработка основана на тепловом воздействии

светового луча высокой энергии на поверхность обрабатываемой заготовки.

Источником светового излучения является лазер – оптический квантовый гене-

ратор (ОКГ). Существуют твердотелые, газовые и полупроводниковые ОКГ.

Работа оптических квантовых генераторов основана на принципе стимулиро-

ванного генерирования светового излучения. Атом вещества, имея определен-

ный запас энергии, находится в устойчивом энергетическом состоянии и распо-

лагается на определенном энергетическом уровне. Для того чтобы атом вывес-

ти из устойчивого (стабильного) энергетического состояния, его необходимо

возбудить. Возбуждение (накачка) вещества осуществляется световой им-

пульсной лампой. Возбужденный атом излучает сразу два фотона, в результате

чего происходит своеобразная цепная реакция генерации лазерного излучения.

Для механической обработки используют твердотелые ОКГ, рабочим

элементом которых является рубиновый стержень, состоящий из оксида алю-

миния, активированного 0,05 % хрома. Рубиновый ОКГ работает в импульсном

режиме, генерируя импульсы когерентного монохроматического красного цве-

та. При включении пускового устройства ОКГ электрическая энергия, запасен-

ная в батарее конденсаторов, преобразуется в световую энергию импульсной

лампы. Свет лампы фокусируется отражателями корпуса на рубиновый стер-

жень, в результате чего атомы хрома приходят в возбужденное состояние. Из

этого состояния они могут возвратиться в нормальное, излучая фотоны с дли-

ной волны 0,69 мкм (красная флюоресценция рубина).

При взаимодействии фотонов с возбужденными атомами возникают ла-

винообразные потоки фотонов в различных направлениях. Наличие торцовых

зеркальных поверхностей рубинового стержня приводит к тому, что при много-

кратном отражении усиливаются свободные колебания в направлении оси

стержня рубина вследствие стимулирования возбужденными атомами. Спустя

0,5 мс более половины атомов хрома приходит в возбужденное состояние, и

система становится неустойчивой. Вся накопленная в стержне рубина энергия

одновременно высвобождается, и кристалл испускает ослепительный яркий

красный цвет. Лучи света имеют высокую направленность. Расходимость луча

обычно не превышает 0,1°. Системой оптических линз луч фокусируется на по-

верхности обрабатываемой заготовки.

Энергия светового импульса ОКГ обычно невелика (20 – 100 Дж), но она

выделяется в миллионные доли секунды и сосредоточивается в луче диаметром

около 0,01 мм. В фокусе диаметр светового луча составляет всего несколько

микрометров, что обеспечивает температуру около 6000 – 8000 ºС. В результате

этого поверхностный слой материала заготовки, находящийся в фокусе луча,

мгновенно расплавляется и испаряется. 170

Лазерную обработку применяют для прошивания сквозных и глухих от-

верстий, резки заготовок на части, вырезания заготовок из листового материа-

ла, прорезания пазов и т. д. Этим методом можно обрабатывать заготовки из

любых материалов, включая самые твердые и прочные.

Перемещениями заготовки относительно светового луча управляют сис-

темы ЧПУ, что позволяет прорезать в заготовках сложные криволинейные пазы

и вырезать из заготовок детали сложной геометрической формы. Лазерные

станки оснащают системами ЧПУ типа CNC, управляющими перемещениями

стола от шаговых приводов, работой луча лазера, а также работой приспособ-

лений, необходимых для обеспечения процесса обработки.

Плазменная обработка. Сущность обработки состоит в том, что плазму

(полностью ионизированный газ), имеющую температуру 10 000 – 30 000 ºС,

направляют на обрабатываемую поверхность заготовки. Этим способом можно

обрабатывать заготовки из любых материалов, выполняя прошивание отвер-

стий, вырезание заготовок из листового материала, строгание, точение, При

прошивании отверстий, разрезании и вырезании заготовок плазменную головку

ставят перпендикулярно к поверхности заготовки, при строгании и точении –

под углом 40 – 60º.

Плазменные головки применяют также для сварки, пайки и нанесении

защитных покрытий на деталях.

Принципиально новым является метод получения деталей непосредст-

венно из плазмы. Он заключается в том, что в камеру головки подаются одно-

временно порошкообразный конструкционный материал и инертный газ под

высоким давлением. Под действием дугового разряда конструкционный мате-

риал плавится и переходит в состояние плазмы. Струя плазмы сжимается в го-

ловке плазмообразующим газом. Выходя из сопла, струя плазмы направляется

на экран. Системы обеспечивают перемещение луча по всей площади экрана.

Детали получаются в результате наращивания микрочастиц конструкци-

онного материала в определенных местах экрана. Иногда вместо экрана ис-

пользуют тонкостенную заготовку, на которой происходит наращивание метал-

ла до заданной толщины стенок. Специальные контрольные устройства следят

за наращиванием металла и автоматически отключают систему, когда достига-

ются заданные форма и размеры детали. Для управления работой плазменных

установок используют системы ЧПУ типа CNC. Программа обеспечивает регу-

лирование режимов плазменной струи, перемещение столов (экрана) по задан-

ной траектории, обеспечивает позиционирование заготовки относительно струи

плазмы.

171