Обработка плоских поверхностей корпусных деталей

Предмет дисциплины

 

Изучение типовых технологических процессов механической обработки и сборки изделий в машиностроительном производстве. В результате изучения дисциплины студент обязан:

- знать типовые технологические процессы при механической обработке и сборке изделий в машиностроительном производстве

- уметь использовать эти процессы в качестве аналогов при технологическом проектировании

- знать современные средства технологического оснащения машиностроительного производства (металлорежущие станки, инструменты и приспособления для металлорежущих станков),

- владеть техникой оформления результатов технологического проектирования в стандартных технологических документах

2. Типовые технологические процессы механической обработки деталей машин

 

2.1. Технология изготовления корпусных деталей

 

Служебное назначение, требования и конструктивное исполнение

Корпусные детали в сборочных единицах являются базовыми или несущими элементами, предназначенными для монтажа на них других деталей и сборочных единиц. Конструкция этих деталей должна обеспечивать необходимую точность взаимного расположения установленных на них элементов, как в статическом состоянии, так и при эксплуатации под нагрузкой. Таким образом, при конструировании и изготовлении корпусных деталей необходимо обеспечить требуемую точность размеров, формы и расположения поверхностей, а также прочность, жесткость, виброустойчивость, сопротивление температурным деформациям, герметичность, технологичность и удобство монтажа конструкции.

В конструктивном отношении корпусные детали можно разделить пять основных групп (рис. 2.1):

Первая группа – корпусные детали коробчатой формы в виде параллелепипедов, габариты которых имеют одинаковый порядок. К этой группе относятся корпуса редукторов, коробок скоростей металлорежущих станков, шпиндельных бабок и пр., отверстия в которых предназначены для установки подшипниковых узлов (рис. 2.1, а).

Вторая группа – корпусные детали с отверстиями, длина отверстий в которых значительно меньше диаметра. К этой группе относятся блоки цилиндров двигателей внутреннего сгорания, компрессоров, корпуса пневмо- и гидроаппаратуры: цилиндров, золотников и пр. (рис. 2.1, б). Отверстия в этих деталях являются направляющими для поршня или плунжера.

Третья группа –детали сложной формы для формирования потоков жидкости и газа, которые являются корпусами паровых и газовых турбин или арматурой водо- и газопроводов: вентилей, тройников, коллекторов и пр. (рис. 2.1, в).

Четвертая группа – корпусные детали с направляющими поверхностями. К этой группе относятся столы, каретки, суппорты, ползуны, которые в процессе работы совершают возвратно-поступательное или вращательное движения (рис. 2.1, г).

Пятая группа – корпусные детали типа кронштейнов, угольников, стоек и пр., которые применяются в качестве опорных элементов(рис. 2.1, д).

Элементами корпусных деталей являются плоские, цилиндрические, фасонные, и другие поверхности, которые обрабатываются или остаются без обработки. Обработанные плоские поверхности служат для присоединения по ним деталей и сборочных единиц. Поэтому они называются присоединительными. При механической обработке эти поверхности используют в качестве технологических баз. Фасонные поверхности, как правило, не обрабатываются. Конфигурация этих поверхностей определена их служебным назначением.

Отверстия в корпусных деталях делятся на основные и вспомогательные отверстия. Диаметр основных отверстий значительно больше диаметра вспомогательных отверстий. Основные отверстия используются как гнезда подшипников и в качестве направляющих поршней и плунжеров. Вспомогательные отверстия предназначены для монтажа болтов, масленок, маслоуказателей и могут быть гладкими и резьбовыми. Эти отверстия также служат базами при механической обработке.

 

Требования к точности

В зависимости от назначения и конструктивного исполнения к корпусным деталям предъявляют следующие нормы точности.

1. Точность геометрической формы плоских поверхностей регламентируется

отклонениями от прямолинейности и плоскостности поверхности на заданной длине или в пределах ее габаритов.

2. Точность относительного расположения плоских поверхностей регламентируется отклонениями от параллельности, перпендикулярности и отклонением наклона.

3. Точность диаметральных размеров регламентируется квалитетами

4. Точность геометрической формы отверстий регламентируется отклонениями от цилиндричности, круглости и профиля продольного сечения: конусообразности, бочкообразности и седлообразности.

5. Точность расположения осей отвер­стий регламентируется отклонениями от соосности, параллельности и перпендикулярности осей.

6. Шероховатость поверх­ностей регламентируется высотой неровностей профиля по десяти точкам и средним арифметическим отклонением профиля .

Требования к точности корпусных деталей определяются конструкцией, назначением и условиями эксплуатации этих изделий. Нормы точности для поверхностей устанавливаются конструктором отдельно в каждом конкретном случае.

 

2.1.3. Методы получения заготовок и материалы

Основными методами получения заготовок для корпусных деталей являются литьё и сварка. Стальные заготовки небольших размеров можно получать ковкой и штамповкой. Литые заготовки получают литьем в песчанно-глинистые формы, в кокиль, под давлением, в оболочковые формы, по выплавляемым и газифицируемиым моделям. Выбор метода литья зависит от условий производства, точности отливки, ее размеров, материала и пр. Материалом для отливок является в основном серый чугун. Применяют также ковкий, высокопрочный, жаростойкий, антифрикционный чугуны, сталь, цветные металлы: бронзу, литейную латунь, алюминиевые и магниевые сплавы.

Сварные заготовки для корпусных деталей применяют в мелкосерийном производстве, когда использование литья из-за высокой стоимости оснастки нецелесообразно. Кроме того, рекомендуется применять сварные конструкции для деталей, на которые действуют ударные нагрузки. Материалом для сварных заготовок является листовая малоуглеродистая сталь марки Ст. 3.

 

2.1.4. Базирование корпусных деталей при механической обработке

На первых операциях базирование осуществляется по необработанным (черным) поверхностям, которые называются черновыми базами. Поверхности, обработанные на этих операциях, используются затем как чистовые базы. Поверхности для базирования необходимо выбирать так, чтобы соблюдались принципы совмещения, постоянства и последовательности перемены баз.

Первый принцип заключается в совмещении при механической обработке технологической и измерительной баз, что позволяет исключить погрешность базирования. Суть второго принципа состоит в использовании одних и тех же баз на всех или большинстве операций технологического процесса, что повышает точность относительного расположения обработанных поверхностей. Максимальная точность обеспечивается при обработке заготовок за один установ. Третий принцип следует использовать тогда, когда при механической обработке, необходимо многократно менять положение заготовки с установкой на разные базы. В этом случае необходимо обрабатывать поверхности в порядке повышения точности их размеров.

Базирование корпусных деталей осуществляется различными способами.

Детали в форме параллелепипеда (коробчатой формы) базируют по трем взаимно перпендикулярным поверхностям (рис. 2.2, а). Базы в этом случае могут быть как чистовыми так и черновыми.

Два следующих примера являются способами базирования деталей по чистовым базам.

Детали, которые имеют плоскость с отверстиями, базируют по этой плоскости и двум отверстиям на ней (рис. 2.2, а; б). При установке заготовки на станке в отверстия вставляют пальцы: один цилиндрический, другой ромбический (срезанный) (рис. 2.2, в). Применение срезанного пальца позволяет устанавливать заготовки, у которых допуск на межцентровое расстояние отверстий больше допуска на межцентровое расстояние для пальцев, что позволяет снизить требования к точности данного размера у заготовки.

Детали с фланцами базируют по торцу фланца, центральному основному и вспомогательному отверстиям на фланце, в которые вставляют соответственно короткий цилиндрический и срезанный пальцы.(рис. 2.2, в).

Детали с соосными отверстиями, у которых при растачивании на предварительно настроенных станках необходимо обеспечить равномерное снятие припуска, рекомендуется базировать по этим отверстиям, используя их как черновые базы. Для этого в отверстия до растачивания вставляют конические оправки и обрабатывают поверхности, которые используют затем как чистовые базы (рис. 2.3, а). Чтобы исключить вращение заготовки вокруг осей отверстий, в качестве еще одной базы при обработке используют боковую плоскость заготовки. Таким образом образуется размерная цепь между основными отверстиями и чистовыми базами. Аналогичная размерная цепь организована настройкой станка между его борштангой и установочными элементами на столе. При установке заготовки эти размерные цепи совмещаются, что уменьшает отклонение от соосности отверстий и борштанги при растачивании отверстий на предварительно настроенном станке и обеспечивает более равномерное снятие припуска.

Детали, у которых при растачивании отверстий на предварительно настроенном станке необходимо обеспечить одинаковое расстояние от осей этих отверстий до внутренних стенок корпуса, рекомендуется базировать по внутренним поверхностям стенок корпуса. При этом используют самоцентрирующие устройства (рис. 2.3, б). Базированием по этим поверхностям также обеспечивается одинаковая толщина противоположных стенок корпуса при одновременной обработке их снаружи на предварительно настроенном станке.

Если конфигурация корпусной детали не позволяет надежно ее установить и закрепить, то обработку целесообразно вести в приспособлении – спутнике. Конструкция приспособления обеспечивает удобство его установки вместе с заготовкой на станке. В этом случае базами являются поверхности приспособления. Заготовка с одной операции на другую перемещается вместе с приспособлением, причем она обрабатывается на различных операциях при постоянной ее установке в приспособлении, в то время как положение приспособления на разных операциях может изменятся.

 

2.1.5. Структура технологического процесса при обработке корпусных деталей

Структура технологического процесса обработки корпусной детали зависит от ее конструктивного исполнения, геометрической формы, размеров, массы, метода получения заготовки, технических требований к ней, оснащенности производства, его типа и методов работы.

Однако, несмотря на многочисленные особенности конструкции и условий производства, технологический процесс обработки корпусных деталей включает следу­ющие основные операции:

- черновая и чистовая обработка поверхностей, которые используются в дальнейшем в ка­честве технологических баз (подготовка баз);

- черновая и чистовая обработка плоских поверхностей;

- черновая и чистовая обработка основных отверстий;

- обработка вспомогательных отверстий – гладких и резьбовых;

- отделочная обработка плоских поверхностей и основных от­верстий;

- контроль точности обработанной детали.

Кроме того, между этапами черновой и чистовой обработки может быть предусмотрено естественное или искусственное старение для снятия внутренних напряжений.

 

Обработка плоских поверхностей корпусных деталей

Плоскиеповерхности обрабатываются фрезерованием, строганием, точением, протягиванием и шлифованием.

Фрезерование является наиболее распространенным методом обработки и применяется при любом типе производства. Обработка ведется цилиндрическими или торцевыми фрезами (рис. 2.4, а; г) на универсально-фрезерных станках с вертикальным и горизонтальным расположением шпинделя, многошпиндельных продольно-фрезерных, карусельно- и барабанно-фрезерных станках.

Универсально-фрезерные станки используют для обработки заготовок небольших размеров в единичном и мелкосерийном производстве. Для повышения производительности за счет совмещения рабочих и вспомогательных ходов, обработку выполняют по схеме маятникового (челночного) фрезерования (рис. 2.5). Для этого на столе станка имеются две позиции. Пока очередная заготовка обрабатывается в одной позиции, в другой производится съем и установка следующей заготовки.

Многошпиндельные продольно-фрезерные станки используют для обработки крупногабаритных корпусных деталей или для групповой обработки деталей средних размеров в серийном производстве (рис. 2.6). Ход стола этих станков достигает восьми метров. Эти станки оснащены несколькими шпиндельными бабками, что позволяет обрабатывать одновременно несколько поверхностей. При групповой обработке заготовки устанавливаются на рабочем столе в один или два ряда и фрезеруют у них одни и те же поверхности (рис. 2.7, а; б). Однако можно вести обработку разных плоскостей фрезерованием в перекладку (рис. 2.7, в). При этом методе в позиции 1 идет фрезерование поверхностей К, Л. В позиции 2 производится фрезерование поверхностей М, Н. После рабочего хода заготовки из первой позиции перекладываются во вторую, а в первую позицию устанавливаются новые заготовки. Фрезерование в перекладку является разновидностью маятникового фрезерования.

При обработке на четырехшпиндельных продольно-фрезерных станках заготовок корпусных деталей с направляющими - каре­ток, столов, ползунов возможно применение набора фрез, которые устанавливают на общей оправке. Профиль набора фрез соответствует контуру направляющих (рис.2.8). Таким образом, за один рабочий ход обрабатывается полный профиль направляющих. Недостатком является сложность комплектования набора фрез.

Карусельно- и барабанно-фрезерные станки приме­няют для обработки корпусных деталей небольших размеров в крупносерийном производстве. Карусельно-фрезер­ные станки с круглым вращающимся столом имеют несколько

шпинделей, которые расположены вертикально. Заготовки устанавливают в приспособлениях, расположенных по окружности стола. Установка и съем детали осуществляется при непрерывном вращении стола, что позволяет получить высокую произ­водительность (рис.2.9,а). Диаметр фрез должен быть больше размера обрабатываемых поверхностей. На первой позиции ведут предварительную обработку. В последней позиции заготовку обрабатывают окончательно. Диаметр фрез по ходу технологического процесса увеличивается, что повышает скорость резания и уменьшает шероховатость поверхности..

На барабанно-фрезерном станке производят одновременную обработку в размер двух параллельных поверхностей (рис.2.9,б). В остальном схема работы этих станков аналогична карусельно-фрезерным. Барабан, вращается вокруг горизонтальной оси и имеет от четырех до восьми позиций, на которых в при­способлениях закреплены заготовки. Общее число фрезерных головок с горизонтальным расположением шпин­делей может составлять от двух до восьми. Это позволяет удалять за один оборот барабана большой припуск и совмещать черновую и чистовую обработку.

Строгание приме­няют для обработки наружных плоскостей корпусных деталей в мелкосерийном производстве. Обработку ведут на поперечно-строгальных и продольно-строгальных станках с вертикальными и горизонтальными суппортами. Производительность строгания ниже фрезерования из-за малых скоростей резания и обратного холостого хода стола. Производи­тельность повышается применением групповой обработки заготовок, последовательно установленных в один или два ряда на столе станка, а также за счет многорезцовой обработки (рис. 2.10,а). Возможна параллельная обработка горизонтальных и вертикальных поверхностей заготовок с исполь­зованием одновременно вертикальных и боковых суппортов станка (рис. 2.10,б).

Строгальные резцы представляют собой прочный, простой и дешевый инструмент. Глубина резания за один рабочий ход может составлять 15 - 20 мм. Строганием обеспечивается высокая точность по прямолинейности обработанных поверхностей из-за высокой жесткости стро­гальных суппортов и от­носительно малых температурных деформаций системы ДИПС в процессе резания. Поэтому строгание применяют при обработке заготовок корпусных деталей с направляющими — столов, кареток и ползунов. Кроме того, при обработке пазов и канавок производи­тельность строгания выше, чем фрезерования концевыми и дисковыми фрезами малого диаметра.

Точение осуществляют на токарно-карусельных станках при обработке крупных деталей типа тел вращения диаметром до 20000 мм, таких как корпуса паровых турбин, компрессоров, центробежных насосов, крупных электродвигателей, генераторов, крупногабаритных вентилей, а также планшайб станков. В условиях серийного производства на карусельно-токарных станках применяют групповую обработку деталей с плоскими поверхностями установленных по периметру стола. При этом обеспечиваются достаточно высокие требования к плоскостности и параллельности обрабатываемых поверхностей.

Протя­гивание применяют для обработки наружных поверхностей кор­пусных деталей. Этот метод обеспечивает большую производительность, а также высокую точность размеров и отно­сительного расположения плоских поверхностей. Скорость протягивания составляет 60 м/мин. На мощных протяжных станках с усилием протягивания до 500 кН за один ход снимается при­пуск 3 - 5 мм. Длина протяжек со вставными зубьями достигает 2 - 3,5 м.

В массовом производстве протягивание наружных плоскостей корпусных деталей вы­полняют на специализированных про­тяжных станках горизонтального и вертикального типа (рис. 2.11). Высокая производительность обеспечивается применением станков непрерывного действия различной конструкции. Станки с цепным приводом имеют цепь, которая перемещает закрепленные на ней детали относительно протяжки, установленной сверху (рис. 2.11,б). На карусельно – и барабанно-протяжных станках детали размещаются по периметру стола или барабана, вращением которых осуществляется резание металла (рис. 2.12).

Протягивание наружных поверхностей осуществляется по двум схемам: прогрессивной и простой. Протяжки, работающие по прогрессивной схеме, имеют зубья одинаковые по высоте, но разные по ширине (рис. 2.13,а). Поэтому глубина резания для каждого зуба одинакова и равна припуску на механическую обработку, а по ширине каждый зуб обрабатывает свой участок заготовки. В этой связи износ рабочих участков является одинаковым для всех зубьев. Недостатком этих протяжек является малый припуск, удаляемый за один рабочий ход.

Протяжки, работающие по простой схеме, имеют зубья одинаковой ширины, которая равна ширине обрабатываемой поверхности (рис 2.13,б). Высота зубьев постепенно увеличивается от начала протяжки к ее концу. В процессе обработки каждый зуб снимает слой металла, составляющий часть припуска. Поэтому первые зубья простых протяжек, которые работают по корке после литья, быстро изнашиваются. Неравномерность износа зубьев является недостатком этих протяжек.

Общими недостатками протягивания являются высокая стоимость режущего инструмента, а также значительные силы резания, что исключает возможность обработки нежестких деталей.

Шлифование наружных плоскостей корпусных деталей при­меняется для черновой и чистовой обработки. При чистовом шлифовании обеспечиваются повышенные требования к шероховатости и точ­ности. Черновым шлифованием обрабатывают литые деталей с дефектами поверхностного слоя, когда лезвийный инструмент значительно изнашивается. Припуск, снимаемый за рабочий ход при черновой обработке, может достигать 4 мм. Шлифование применяют также при обработке прерывистых поверхностей чу­гунных деталей. Обработка лезвийным инструментом приводит к выкрашиванию кромок таких поверхностей. Для исключения перегрева металла шлифование ведут с использованием СОЖ. Шли­фование выполняют на плоскошлифовальных станках с прямо­угольным или круглым столом (рис. 2.14, а;б). Шлифование ведут перифе­рией плоского круга, торцом чашечного круга или торцовой по­верхностью составного сегментного круга (рис. 2.14, б;в;г).

Данные о точности, получаемой при различных методах обработки пло­ских поверхностей, приведены в таблице 2.1.

 

123456Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: