Стругання, довбання, протягання

Стругання - це обробка поверхонь, яка виконується за наявності двох рухів: прямолінійного зворотно-поступального головного руху різця або заготовки в горизонтальній площині та переривчастого поступального руху подачі різця чи заготовки, перпендикулярного напрямку головного руху. При струганні процес різання переривчастий і стружка зрізається тільки при прямому (робочому) русі.

Стругальні верстати підрозділяють на два основних типи: поздовжньо-стругальні, на яких обробляють переважно середні та великі за розміром заготовки, та поперечно-стругальні, призначені для обробки заготовок при довжині стругання до 1 м. У поздовжньо-стругальних верстатів головним рухом є зворотно-поступальне переміщення стола з закріпленою на ньому заготовкою, а рухом подачі - періодичне переміщення різця в напрямку, перпендикулярному головному рухові. У поперечно-стругальних верстатах головним рухом є зворотно-поступальне переміщення різця, а рухом подачі при обробці горизонтальних площин - періодичне переміщення стола з заготовкою в напрямку, перпендикулярному напрямку руху різця. При обробці вертикальних або нахилених поверхонь періодичний рух подачі виконує супорт із закріпленим на ньому різцем.

Довбання - це вид стругання, але відрізняється від нього тим, що головний рух - зворотно-поступальне переміщення повзуна з вставленим у ньому різцем - здійснюється у вертикальній площині. Стіл верстата з заготовкою рухає подачу в горизонтальній площині в поздовжньому, поперечному або круговому напрямку. При струганні та довбанні як інструмент використовують різці. За формою стругальні різці подібні до токарних, але працюють як і довбальні, в більш тяжких умовах, оскільки в момент врізання відбувається удар. Тому їхні держаки роблять масивнішими. Залежно від розміщення ріжучої кромки стругальні різці, як і токарні, підрозділяють на праві та ліві; за виглядом обробки - на прохідні, підрізні, відрізні, фасонні, а залежно від обробки розрізняють різці чорнові та чистові.

Виготовляють стругальні різці цілісними, з привареними пластинками з швидкоріжучої сталі або з припаяними пластинками твердих сплавів ВК8, Т5К10, Т14К8 та інші. Довбальні різці, які застосовуються для роботи на довбальних верстатах, дещо відрізняються від стругальних. Стругальні різці вигнуті назад, щоб ріжучі елементи сприймали ударні навантаження на початку робочого ходу. Довбальні різці вигнуті вперед, оскільки вони працюють при вертикальному переміщенні і деформують шар металу, який зрі­зають, своєю нижньою частиною. На стругальних верстатах найчастіше оброблюють площини, пази, уступи та лінійні фасонні поверхні великогабаритних або одночасно декілька оброблюваних заготовок, менших за розмірами. Довбальні верстати також застосо­вують для обробки внутрішніх і зовнішніх вертикальних площин, лінійних фасонних поверхонь, прорізання шпоночних та інших пазів, а також для одержання багатогранних отворів. Довбальні верстати застосовують в одиничному та малосерійному виробництвах, зазвичай при відсутності фрезерних верстатів. Стругальні верстати (особливо поздовжньо-стругальні) більш широко, ніж довбальні, використовують як в одиничному, так і малосерійному виробництвах завдяки їхній універсальності, простоті виготовлення робочого інструменту та настроювання.

Протягання - це високопродуктивний та високоточний метод обробки різанням наскрізних отворів та зовнішніх лінійних поверхонь, здійснюваний протяжками.

Протяжка - це багатолезові різальний інструмент, форма якого відповідає формі обробленого отвору або зовнішній поверхні. Висота кожного послідуючого ріжучого зуба протяжки більша за висоту попереднього, і кожний зуб зрізає з оброблюваної поверхні стружку невеликої товщини. Розрізняють внутрішнє та зовнішнє протягання. При внутрішньому протяжку протягують через попередньо оброблений отвір заготовки. Залежно від форми поперечного перерізу протяжки одержують отвори різного профілю. Протяжки для зовнішнього протягання призначені для обробки зовнішніх плоских та лінійних фасонних поверхонь порівняно невеликої ширини.

Прошивання подібне до протягання. Прошивання виконують на пресах або спеціальних верстатах, проштовхуючи крізь оброблюваний отвір заготовки. Довжина прошивки значно менша за довжину протяжки. Протягання застосовують в багатосерійному та масовому виробництвах, в деяких випадках замінюючи ним стругання, фрезерування, довбання, розвертку. Протягання - це послідовний процес зрізання припуску металу зуб'ями протяжки. Найбільш широко використовують протяжки для круглих отворів та шпоночних пазів. Виготовляють протяжки з легованих та швидкоріжучих сталей. Застосовують також плоскі та шпоночні протяжки, оснащені пластинками твердих сплавів. Для обробки циліндричних отворів іноді використовують збірні протяжки зі змінними твердосплавними ріжучою та калібрувальною частинами. Протяжні верстати класифікують за низкою ознак. Залежно від призначення їх підрозділяють на верстати для внутрішнього та зовнішнього протягання; за ступенем універсальності - на загаль­ного призначення та спеціальні; за напрямом робочого руху- на горизонтальні та вертикальні; за характером руху - на безперервної та переривчастої дії, а також на верстати з одноінструментальною та багатоінструментальною настройкою. Найпоширеніші горизонтально-протяжні верстати для обробки отворів. Основні параметри, що характеризують протяжні верстати, - це допустиме зусилля протягання та довжина ходу протяжки. У верстатах різного типу довжина ходу протяжки коливається в межах 350...2000 мм, а зусилля протягування становить 2,5...120 т.

Зубонарізування

При зубонарізуванні розрізняють два основних методи профілювання бокових поверхонь зуб’ів зубчастих коліс: копіювання та обкатки (огинання). Метод копіювання полягає в прорізанні западини фасонним інструментом, форма ріжучих лез якого відповідає обрису западини між двома сусідніми зуб'ями зубчастого колеса. При зубонарізуванні на горизонтально-фрезерному верстаті зазвичай використовують дискову модульну фрезу, а на вертикально-фрезерному - кільцеву модульну. Недоліком методу копіювання є обмежена кількість фрез у комплекті, тоді як для кожного модуля залежно від вимог до точності профілю та кількості зуб’ів колеса, яке нарізають, необхідно мати від 8 до 26 фрез.

При нарізанні зубчастих коліс методом обкатки (огинання) профіль ріжучих лез інструмента не збігається з профілем зуб’ів колеса, що нарізаються, а відповідає профілю зуб’ів деякого зубчастого колеса або рейки, які називаються виробляючим колесом або рейкою, з якими колесо, що нарізається, знаходиться в зачепленні. Нарізають зуб'я зубчастих коліс за методом обкатки спеціальними інструментами на зуборізних верстатах. Найпоширеніші зубофрезерні, зубо-довбальні та зубостругальні верстати. При фрезеруванні зуб’ів на зубофрезерному верстаті як інструмент використовується черв'ячна модульна фреза. При такому методі зубонарізання для одержання циліндричного зубчастого колеса, окрім головного обертаючого руху, фрезі треба надати також вертикального переміщення подачі, а заготовці (майбутньому циліндричному зубчастому колесу) - примусового обертаючого руху, узгодженого з обертанням фрези так, ніби вони (заготовка і фреза) були у нормальному зачепленні.

На зубофрезерному верстаті можна нарізати циліндричні зубчасті колеса з прямими та гвинтовими зуб'ями, а також черв'ячні колеса. Фрезерування циліндричних зубчастих коліс черв'ячною фрезою має значні переваги порівняно з нарізанням їх дисковими модульними фрезами: черв'ячною фрезою певного модуля можна нарізати зубчасті колеса цього модуля з якою завгодно кількістю зуб’ів; профіль зуб’ів виходить значно точнішим; продуктивність набагато вища, тим більше що цикл роботи зубофрезерного верстата напівавтоматичний.

Вельми розповсюдженим, продуктивним та точним методом створення зуб’ів циліндричних зубчастих коліс як зовнішнього, так і внутрішнього зачеплення є нарізання їх на зубодовбальних верстатах за допомогою довб'яків.

Довб'як — це загартоване та одшліфоване зубчасте колесо з коригованими зуб'ями, кожен з яких має ріжучі кромки і необхідні кути різання (передній та головний задній). Принцип нарізання циліндричного зубчастого колеса методом обкатки за допомогою довб'яка полягає в тому, що в процесі обробки відтворюється зубчасте зачеплення двох коліс. Функцію одного з них виконує ріжучий інструмент (довб'як), а другого — заготовка (колесо, яке нарізають). Довб'як робить швидкий зворотно-поступальний головний рух, що обумовлює швидкість різання. При цьому ріжучими кромками він відтворює в просторі уявне продукуюче колесо, з яким нібито зачеплене беззазорно колесо, що нарізається. Довб'як, крім зворотно-поступального руху, повільно обертається навколо своєї осі, роблячи кругову подачу. У взаємодії з ним обертається і заготовка. На початку нарізання довб'як, здійснюючи обертальний рух обкатки, водночас здійснює радіальну подачу до урізування на повну глибину западини, якщо колесо нарізається за одне проходження. Після урізання довб'яка на цю глибину радіальна подача припиняється. В процесі нарізання зуб’ів за цим методом профіль зуба отримуються автоматично, як огинаюча крива послідовних положень ріжучої кромки зуба довб'яка. Довб'яком даного модуля можуть бути нарізані зубчасті колеса цього модуля з різною кількістю зуб’ів.

Вельми поширеним, продуктивним і точним методом нарізання зуб’ів конічних коліс є стругання їх на зубостругальних верстатах також за методом обкатки. Основу цього методу, як і при нарізанні циліндричних коліс за методом обкатки, становить поняття про продукуюче колесо, в зачепленні з яким нібито знаходиться заготовка, що нарізається, і поза яким при нарізанні вона обкатується. Кожний зуб колеса, який нарізається, послідовно і водночас з двох сторін обробляється двома різцями, що зворотно-поступально рухаються в протилежних напрямках. При цьому їх ріжучі кромки відтворюють у просторі контур зуба продукуючого колеса. При пово­роті заготовки на певний кут навколо своєї осі різці також повертаються на такий самий кут, при цьому заготовка і продукуюче колесо, зуб якого окреслюється їхніми ріжучими кромками, нібито знаходяться в нормальному зачепленні. Після повної обробки конкретного зубця ділильний механізм верстата повертає заготовку на один зуб, різці займають початкове положення, оброблюється наступний зуб і так продовжується доти, поки не будуть нарізані всі зуб'я.

Шліфування

На верстатах шліфувальної групи деталі обробляють методами шліфування, тонкого шліфування і точіння, хонінгування, суперфінішування, притирання, полірування, абразивно-рідкого полірування.

Шліфування - це процес обробки поверхні металу абразивним (шліфувальним) інструментом (шліфувальними кругами, брусками, шкуркою). Абразивний інструмент складається із зерен абразивного матеріалу, скріплених між собою зв'язуючою речовиною. Шліфування є основним методом одержання виробів високої точності з незначною шорсткістю поверхні та застосовується переважно для завершальної чистової обробки.

Тонке шліфування - це обробка зовнішніх і внутрішніх циліндричних поверхонь за підвищених вимог щодо точності розмірів, форми і високої чистоти поверхні. Високу точність виготовлення виробів забезпечує шліфування спеціальними м'якими високо-пористими кругами за рахунок зрізання дуже тонкої (5 мкм) стружки.

Тонке точіння здійснюють застосовуючи великі швидкості різання при малій товщині шару, що зрізується. Найкращим матеріалом для тонкого точіння, за умов масового виробництва виробів з кольорових металів і сплавів, вважають алмази, які характеризуються високою розмірною стійкістю. Для завершальної обробки заготовок з чорних металів застосовують різці з твердосплавними пластинами або пластинками з кубічного нітриду бору.

Хонінгування - метод завершальної обробки дрібнозернистими абразивними брусками. Такий інструмент закріплюють у спеціальній хонінгувальній головці, яка здійснює разом з ним обертальний (головний) рух і поступальне переміщення вздовж осі заготовки (рух подачі). Хонінгування застосовують здебільшого при обробці точних отворів.

Суперфінішування - метод тонкої кінцевої обробки для одержання дуже гладкої поверхні. Здійснюють, використовуючи дрібнозернисті абразивні бруски, закріплені у спеціальній головці, за умов поєднання обертального і поступального рухів головки вздовж осі оброблюваної деталі та коливального руху брусків. Така обробка забезпечує шорсткість (чистоту) поверхні R_a = 0,025...0,012мкм.

Притирання забезпечує одержання точних розмірів (до 0,1 мкм) і дуже малу шорсткість поверхні (R_a = 0,025...0,012мкм). Обробку здійснюють з використанням так званого — "притира", на поверхню якого наносять абразивну пасту або абразивний порошок, змішаний з маслом. Притирами служать різні диски, що обертаються, плити, бруски, кільця, стрижні з чавуну, міді, свинцю, твердих порід дерева та інше. Притирання виконують на універсальних і спеціальних притирочних верстатах або вручну.

Полірування - це кінцева обробка виробів дрібнозернистим абразивом зі зв'язкою (оливою, сумішшю воску, парафіну, сала з гасом), нанесеного на поверхню круга, диска або стрічки з м'якого еластичного матеріалу. Деталі після полірування добре працюють у потоках газів або рідини, іноді полірування використовують як попередню обробку декоративних виробів або перед нанесенням гальванічних покриттів.

Абразивно-рідке полірування з використанням водно-абразивної суспензії (подають під тиском до 0,3 МПа на оброблювану поверхню) застосовують для кінцевої обробки фасонних деталей. Шорсткість поверхні за такого полірування залежить від зернистості абразиву.

Серед наведених методів обробки металів найпоширенішим у виробництві є шліфування.

Залежно від характеру шліфувальних робіт верстати поділяють на такі основні типи:

• круглошліфувальні - для обробки зовнішніх поверхонь обертання;

• внутрішньо-шліфувальні - для обробки внутрішніх поверхонь обертання;

• плоскошліфувальні — для обробки площин;

• спеціальні (шліцешліфувальні, зубошліфувальні, різешліфувальні та інші);

• заточувальні — для заточування інструмента.

Найпоширеніші кругло- й плоскошліфувальні верстати.

Залежно від форми деталей, при обробці поверхонь застосовують різні схеми (види) шліфування:

· кругове зовнішнє з поздовжньою подачею;

· кругове зовнішнє з радіальною подачею;

· внутрішнє;

· плоске периферією круга на верстатах з прямокутним столом;

· плоске торцем круга на верстатах з прямокутним столом;

· плоске периферією круга на верстатах з круглим столом;

· плоске торцем круга на верстатах з круглим столом;

· безцентрове з поздовжньою подачею;

· безцентрове з радіальною подачею.

Найпоширеніші схеми кругового і плоского шліфування.

Під час кругового зовнішнього шліфування з поздовжньою подачею як і при інших видах шліфування, головний рух зі швидкістю V_кр здійснює шліфувальний круг. Заготовка обертається зі швидкістю К, і поступально переміщується вздовж осі (S_поз - поздовжня подача). Поперечну подачу S_П на глибину шліфування шліфувальний круг здійснює наприкінці поздовжнього ходу в на­прямку, перпендикулярному осі заготовки.

При шліфуванні з поперечною подачею (врізання) шліфувальний круг робить обертальний рух зі швидкістю V_кр і поперечне переміщення S_n, а заготовка - тільки обертальний рух V₃,. Ця схема застосовується при шліфуванні циліндричних, конічних і фасонних поверхонь, ширина яких менша за ширину круга.

При внутрішньому шліфуванні основним робочим рухом є обертання шліфувального круга зі швидкістю V_кр, який здійснює також і зворотно-поступальне переміщення зі швидкістю поздовжньої подачі S_поз і періодично, в кінці ходу, поперечну подачу S_nна глибину різання t. Заготовка обертається в напрямку, про­тилежному напрямку обертання шліфувального круга зі швидкістю V₃, яка у кілька разів менша за швидкість обертання шліфувального круга, що робить головний рух.

При круговому шліфуванні елементами різання є кругова швидкість заготовки, поздовжня і поперечна подачі. Кругова швидкість заготовки V₃ (м/хв) — це кругова подача. Поздовжня подача S_поз (мм/об) — це переміщення заготовки відносно шліфувального круга за один оберт. Поперечна подача S_n — це величина переміщення шліфувального круга в напрямку, пер­пендикулярному осі заготовки в крайніх її положеннях. Вона визначає товщину шару металу, що знімається за один прохід, і чисельно дорівнює глибині різання t. При плоскому шліфуванні, крім швидкості різання V_кр, елементами режиму різання є поздовжня S_поз, поперечна S_П і вертикальна S_В подачі

Продуктивність і якість обробки шліфуванням залежить не тільки від ширини круга В та діаметра Д_кр, а також і від параметрів, які характеризують абразивний інструмент. Однією з найважливіших характеристик абразивного інструменту є зернистість (величина зерна)абразиву. Залежно від розміру зерна абразиви позначають номерами. Грубозернисті (2000... 160 мкм) мають номери від 200 до 16, їх називають шліфувальними зернами. Більш дрібні, з розміром зерен 125...28 мкм (шліфувальні порошки), позначають номерами від 12 до 3. Мікропорошки з розміром зерен від 40 до 3 мкм позначають номерами від М40 до М5.

Алмазні матеріали за розміром зерна поділяють на дві групи:

• шліфувальні порошки;

• мікропорошки.

Їхня зернистість позначається дробом, в якому чисельник відповідає найбільшому розмірові зерна основної фракції, а знаменник - найменшому. Шліфувальні порошки мають номери від 630/500 до 50/40 мкм, мікропорошки - від 60/40 до 1/0 мкм.

Важливою характеристикою абразивного інструменту є також зв'язуюча речовина (неорганічна, органічна, металева), що об'єднує абразивні зерна в одне ціле. На практиці широко застосовують інструмент з використанням неорганічної зв'язуючої речовини на основі вогнетривкої глини — керамічний (К), на основі синтетичної смоли — бакелітовий (Б), на основі каучуку та сірки — вулканітовий (В). Металеві зв'язуючі речовини складаються з металевої основи (порошки Sb, Al, Си та інші) та наповнювача. Застосовують їх пере­важно в алмазних кругах.

Параметром, що характеризує абразивний інструмент, є твердість. Цей показник визначає опір зв'язуючої речовини видаленню зерен абразиву під дією зовнішньої сили. Розроблено шкалу, що має сім класів твердості (вони також поділяються на кілька ступенів):

Т - твердий, ВТ - вельми твердий, ДТ - дуже твердий.

Структуру абразивного інструменту оцінюють за співвідношенням (в %) об'ємів, зайнятих зернами абразиву, зв'язуючою речовиною і порами. Змінюючи ці співвідношення, одержують абразивні круги різної структури і властивостей. Розрізняють 12 номерів структур. Найменшій пористості відповідає найбільший номер. Тип шліфувальних кругів характеризується також формою. Так, круги прямого профілю позначають ПП.

Регламентована швидкість різання керамічними і бакелітовими кругами до 35 м/с, а вулканітовими - 40 м/с.

Основні характеристики відображено у маркуванні абразивних матеріалів. Так, круг марки 24А10ПС27К5, ПП5ООх5ОхЗО5 розшифровують так:

24А - вид абразивного матеріалу (електрокорунд білий);

10П - зернистість (П - вміст основної фракції зерен);

С2 - ступінь твердості;

7 - номер структури;

К5 - вид керамічної зв'язуючої речовини;

ПП - форма круга (прямий, плоский);

500 — зовнішній діаметр, мм;

50 - ширина, мм;

305 - діаметр отвору, мм.