Обработка металлов резанием

Уменьшить величину заусенцев можно своевременной и качественной заточкой инструмента, рабочих элементов штампов (средние статистические данные показывают, что величина заусенцев при листовой штамповке увеличивается на 0,05 мм через каждые 100 000 ходов штампа), изменением конструкции инструмента, последовательности и режимов обработки, изменением конструкции детали. Например, большие заусенцы образуются при подрезке торца отливок, штамповок. Фаска или радиус, полученные при изготовлении заготовки литьем или штамповкой, значительно уменьшают величину заусенцев. Конструкция инструментов позволяет также уменьшить или предотвратить образование заусенцев. Так, применение комбинированных инструментов для одновременного растачивания или сверления отверстий, подрезка его торца или округление кромки, снятие фаски удаляют одновременно и заусенцы. Применение комбинированного сверла или зенковки исключает операцию по удалению заусенцев на кромках верхней части просверленного отверстия.

При точении целесообразно  применять схему обработки, исключающую образование заусенцев.

Одним из путей  полного устранения заусенцев является применение электрохимической, электроискровой, электронно-лучевой, лазерной и др. методов обработки. Однако во многих случаях исключить полностью образование заусенцев в процессе обработки не предоставляется возможным.

Методов удаления заусенцев довольно много. Выбор метода опирается на знание принципов каждого из них и их технологических возможностей. Все они основываются на всевозможных воздействиях на обрабатываемую деталь: гравитационных, центробежных, абразивных, вибрационных, ультразвуковых, химических и др.

Галтовка во вращающихся барабанах применяется для зачистки заусенцев, шлифования и полирования деталей, очистки поверхности. Если галтовку выполняют с применением абразивных частиц, в этом случае осуществляется резание, Без абразивных частиц — заусенцы сбиваются обкаткой с применением щепы, опилок, мыльного раствора для отделки поверхностей детали. Обработка происходит за счет скольжения и трения рабочих частиц во вращающемся барабане круглой или граненой формы вокруг горизонтальной, вертикальной и наклонной осей (рис. 1).

Так как абразивные операции в галтовочном барабане происходят лишь на участке скольжения, одновременно обрабатывается лишь 20—30 % загруженных деталей. Наибольший эффект получается при высоте загрузки 60—75 % общего объема барабана. Скорость вращения барабана составляет от 4—6 до 50—60 об/мин — для барабанов малых размеров. Галтовка в барабанах эффективна для удаления заусенцев в деталях простой формы, с открытой поверхностью и относительно жестких. Время обработки составляет несколько часов, а в некоторых случаях более 10—15ч.

Объемная виброабразивная обработка в противоположность галтовке во вращающихся барабанах осуществляется во всем объеме и быстрее за счет действия вибрации. Возможна обработка хрупких, тонкостенных деталей и с внутренними полостями.

Установки для виброабразивной обработки 8МПВ-100, ВМ-12М,  ВМП-25, ВМП-100, ВМП-200 и ВМП-600 выполнены с контейнерами И-образной (рис. 2), цилиндрической и торроидальной формы. В большинстве случаев вибрация осуществляется за счет вращающегося несбалансированного груза, находящегося под контейнером, который опирается на пружины. В промышленности в основном применяются установки с частотой вибрации от 950— 3000 колебаний в минуту. Амплитуда колебаний зависит от величины дисбаланса (массы груза и смещения центра тяжести груза от оси вращения вибратора) и составляет от 0,2 до 8—9 мм.

Производительность  виброабразивной обработки целесообразно  оценивать по интенсивности съема  металла с деталей. Большое влияние на процесс оказывает количество рабочей жидкости. Оптимальный уровень заливки жидкости составляет 0,2—0,4 от уровня загрузки абразивной массы и деталей. В зависимости от характера выполняемой операции, марки обрабатываемого материала применяют различные растворы кислот, щелочей, солей.

При обработке  деталей из конструкционных и легированных сталей применяют 1,5—3 %-ный растворы кальцинированной соды, 1—1,5 %-ный раствор тринатрия фосфата, 0,5 %-ный раствор триэтаноламина +1,5 %-ный раствор уротранина и др.

Для обработки  алюминиевых сплавов применяют 1 %-ный раствор хромового ангидрида + 0,5 %-ный раствор серной кислоты, 0,5— 0,7 %-ный раствор триэтаноламина + 0,25 %-ный раствор нитрата натрия, 0,1 %-ный раствор ОП-10.

В качестве рабочих  сред для очистки литья, удаления окалины применяют стальную дробь  диаметром 2—5 мм, игольчатые ролики, абразивную крошку, промывку кальцинированной содой.

Для шлифования, зачистки заусенцев  применяют бой абразивных кругов твердостью Т и ЧТ, абразивные наполнители  в форме трехгранных призм, выпускаемые  Московским абразивным заводом.

Объемная виброхимическая обработка. Суть процесса виброхимического удаления заусенцев заключается в том, что при контакте на их поверхности образуется приостанавливающая реакцию пленка, представляющая собой слой металла, оксида металла или его основных солей. Под действием виброударов абразивного наполнителя пленка разрушается преимущественно на острых кромках и заусенцах, так как количество энергии на единицу поверхности основной детали значительно ниже.

Растворы для виброхимической  обработки сталей 10, 20, 45, 65Г: для снятия заусенцев — медный купорос (30—50 г/л), пленки — хромовый антигидрид (80 г/л), серно-кислой аммоний (100 г/л).

Латунь обрабатывают медным купоросом (50—80 г/л), бронзу — хлористым аммонием (30—60 г/л), алюминиевых сплавов Д16, АД — медным купоросом (160 г/л), гидроксидом натрия (148 г/л), глицерином (700 г/л), калием фтористым двухводным (700 г/л).

После отслаивания пленки с заусенцев  и острых кромок на металле вновь  образуется защитная пленка. На основной поверхности деталей растворение металла незначительно (в 10 раз меньше, чем на острых кромках и заусенцах). В этом заключается возможность избирательного травления заусенцев.

Установка УВЗ-901 снабжена электротахометром  для контроля за технологическим  процессом. Производительность обработки на установке за счет повышения частоты колебания контейнеров в 3—4 раза выше, чем в установке для виброхимического удаления заусенцев типа ПР-376.

Объемная виброабразивная магнитная  обработка. Контейнер установки (рис. 3) для виброабразивной обработки, заполненный магнитными деталями и абразивной средой, устанавливают между полюсами электромагнита, расположенными на одной оси с противоположных сторон контейнера на возможно меньшем расстоянии от него, перпендикулярно плоскости циркуляционного движения рабочей среды,

Индуцируемое магнитное поле в  контейнере, выполненном из диамагнитного материала, позволяет предохранить детали от соударений в процессе их обработки путем отталкивания одновременно намагниченных полюсов деталей. В этом случае длину контейнера принимают из соотношения L=(l- l/3)(l + Ь), где l — длина обрабатываемой детали; Ь — зазор между торцом детали и внутренней стенкой контейнера.

В процессе обработки детали также  поворачиваются вокруг собственной оси, что способствует равномерному съему металла.

Объемная виброабразивная электрохимическая  обработка. Детали находятся под комплексным электрическим, химическим и механическим воздействием электролита и абразивного наполнителя при пропускании через электролит тока и вибрационных колебаний. Электрохимическое воздействие проявляется в анодном растворении металла на поверхности детали. Абразивный наполнитель оказывает механическое воздействие, вызывающее съем металла и удаление шлака с поверхности. Напряжение 20—30 В, ток 180—220 А, частота колебаний 1000—1500 колебаний в минуту, амплитуда колебаний 2—8 мм.

В контейнер установки заливают электролит, загружают абразивный наполнитель и детали. Контейнер закрывают крышкой из электроизоляционного материала, в центре которого закреплен катод. Контейнер, являющийся анодом, изготовлен из токопроводящих, устойчивых к действию щелочей и кислот, материалов. При воздействии вибрации детали перемещаются, при этом они находятся в контакте друг с другом и со стенками контейнера, от которого ток проходит через электролит к катоду. Детали соударяются между собой, с абразивным наполнителем, стенками контейнера, при этом при протекании тока происходит химическое взаимодействие материала детали с электролитом и анодное растворение металла с поверхностей, в первую очередь с острых кромок и заусенцев.

Шпиндельная обработка. Детали больших  размеров крепятся к шпинделям, которые  погружаются в барабан, наполненный  абразивной массой. Барабан вращается в одном направлении (несколько сотен оборотов в минуту), шпиндели с присоединенными деталями (например, зубчатыми колесами) — в противоположном. Применяется вариант, когда барабан подвергается вместо вращательного движения вибрационному воздействию.

Центробежно-планетарная обработка. Детали и абразивные частицы загружаются в контейнеры, которые закреплены на вращающейся планшайбе. При этом контейнерам придается дополнительное вращение вокруг своих осей. Образующиеся при вращении планшайбы центробежные силы составляют (5—20)G (G — гравитационные силы тяжести), они прижимают абразивные частицы и детали к стенкам контейнера (рис. 4). При этом загрузка в сечении контейнера занимает почти правильный сегмент, внутри которого увлекаемый стенкой контейнера слой частиц и прилегающие к этому слою частицы движутся в сторону вращения контейнера по дуге окружности. В некоторый момент времени эти частицы сходят с окружности и перекатываются на поверхность основного массива (по хорде сегмента), замыкая цикл. Практика показала, что скорость съема металла в центробежно-планетарных установках в 10—15 раз выше, чем при объемной вибрационной обработке.

Центробежно-планетарная установка  УЗЦ-901 включает вибросепаратор, вибротранспортер, насосную станцию с баком для  непрерывной промывки барабанов раствором. Вращение оси вала двигателя через клиноременную передачу передается на вал ротора. В зависимости от шкивов ротор имеет две скорости вращения — 16 и 26 об/мин. При вращении ротора шестерни, установленные жестко на барабанах, через паразитные шестерни обкатываются вокруг неподвижной центральной шестерни. При этом барабаны получают вращение в сторону, противоположную вращению вала ротора. Рабочая среда и детали подаются в загрузочный лоток, откуда они поступают в барабаны, в которые в процессе обработки подается рабочая жидкость. По истечению заданного времени обработки реле отключает приводы ротора и насосной станции, открываются горловины барабанов, включаются вибратранспортер и вибросепаратор. Барабаны останавливаются, детали и рабочая среда выгружаются на вибротранспортер и в вибросепараторе происходит отделение детали от рабочей среды. Детали поступают в один короб, рабочая среда — в другие. Реле отключают вибратранспортер и вибрасепаратор.

Применяемые рабочие жидкости: для  стальных и титановых деталей — водный раствор 1 %-ного тринатрия фосфата + 0,5 %-ного нитрата натрия; для алюминиевых сплавов — 0,2 %-ное нейтральное мыло.

Центробежная обработка. Схема  центробежной обработки приведена на рис. 5. Дно рабочего контейнера, представляющее диск тарельчатой формы, вращается со скоростью 150—400 об/мин. Дно, а также неподвижные стенки рабочего контейнера покрыты изнутри полиуретаном. Загруженная в контейнер рабочая среда и детали поджимаются центробежной силой к стенке контейнера, перемещаются по ней вверх и падают назад, на середину вращающегося дна. Во время обработки в контейнер непрерывно подается рабочая жидкость. Этот метод более высокопроизводителен по сравнению с объемной вибрационной обработкой (время обработки сокращается до 10 раз), но пригоден для обработки жестких деталей небольших габаритных размеров.

Объемная ультразвуковая обработка. Детали помещают в камеру с абразивной жидкой средой. В дно, а иногда и в стенки камеры встроены магнитострикаторы, преобразующие электрические колебания в механические и излучающие ультразвуковые волны с частотой 15—20 кГц и амплитудой до 15 мкм. Абразивная среда под влиянием ультразвуковых волн непрерывно соударяется с поверхностями деталей, удаляя заусенцы и притупляя острые кромки. При создании статического давления в камере процесс интенсифицируется. При добавлении различных химических компонентов происходит сочетание ультразвуковых воздействий абразивных частиц с химическим, процесс при этом значительно интенсифицируется, появляется возможность избирательной обработки аналогично объемной виброхимической обработке.

Электрохимическая обработка. Основные принципы электрохимического удаления заусенцев такие же, как и при электрохимической обработке, т. е. метал удаляется под воздействием постоянного тока, проходящего через электролитический раствор между отрицательно заряженным инструментом (катодом) и положительно заряженной деталью (анодом)(рис. 6).

Заусенцы отрываются и падают в  раствор, образуя нерастворимые  оксиды, и уносятся электролитом. Ток  колеблется в диапазоне 25— 600 А, давление электролита 50—300 кПа, время обработки 5—25 с.

Инструмент обычно изготовляют  из меди, вольфрамовой меди или коррозионно-стойкой  стали и покрывают изоляционным слоем (например полиэтиленом) за исключением участка, на котором удаляют заусенцы. Расстояние между инструментом и деталью 0,12—0,6 мм. Радиус углов, с которых удаляются заусенцы, редко превышает 0,12— 0,25 мм.

При электрохимической зачистке необходимо выполнять следующие условия:

— скорость протекания электролита через зазор должна быть большой (около 3 м/с) для вырывания остатков заусенцев и отведения шлака;

— анод должен присоединяться к детали в недоступных для электролита местах в целях исключения растворения детали;